DE1473712B2 - Kreiselgeraet zur ausfuehrung von ermuedungspruefungen durch oszillierende torsionsbeanspruchungen einer einstellbarer amplitude und frequenz des drehmoments - Google Patents

Description

ideelle Achse hat, die zu den beiden Wellen 4 und 5 senkrecht steht. Da die Welle 5 in der Ebene der Fig. 2 rotiert, läuft die ideelle Achse des genannten Momentes in der gleichen Ebene um, so daß an der Hauptachse des Gehäuses 1 eine Komponente dieses Momentes verfügbar ist, deren Größe nach der Zeit sinusförmig verläuft und höchstens gleich derjenigen des Präzessionsmomentes ist.

Auf die Gehäuseachse wirkt somit ein oszillierendes Drehmoment ein, welches dazu verwendet werden kann, ein axial am Gehäuse angebrachtes und am anderen Ende eingespanntes Prüfobjekt einer Ermüdungsbeanspruchung auf Torsion auszusetzen.

Mittels dieses Momentes kann ein Prüfobjekt, welches quer zur Gehäuseachse angeordnet wird, einer in einer Ebene wirkenden Biegungsbeanspruchung unterworfen werden. Es ist möglich, abwechselnde Druck- und Zugbeanspruchungen (durch einen an dem das Gehäuse einschließenden Schwingsystem angebrachten Arm) und zusammengesetzte Beanspruchungen auszuüben.

Es ist vorteilhaft, zur stufenweisen Änderung des Betrages des Schwingmomentes zerlegbare Schwungmassen vorzusehen oder zur stufenlosen Änderung die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 zu variieren.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ist die Drehbewegung der Welle 4 von derjenigen der Welle 5 unabhängig. In diesem Fall ist der Maximalwert der Amplitude der durch das Präzessionsmoment erzeugten sinusförmigen Schwingung

Hier ist J das Massenträgheitsmoment der um die Welle 5 rotierenden Masse 6, ω die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 und ω' die Winkelgeschwindigkeit der Welle 5. Da in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten ω zu ω' durch das Übersetzungsverhältnis des Räderwerkes 7, 8 gegeben und daher konstant ist, ist die Amplitude der genannten sinusförmigen Komponente dem Quadrat von ω

C=k-J-o>² *

proportional, und daher ist ihre Veränderung sowohl durch stufenlose Änderung von ω als auch durch Veränderung des Trägheitsmomentes J erzielbar.

Da die Größe C von der Winkelgeschwindigkeit ω abhängt, können bei der gleichen Frequenz verschiedene Beanspruchungen nicht ohne Auswechseln der Schwungmassen, d. h. ohne Umbauarbeiten, eingestellt werden.

Dieser Nachteil wird behoben, wenn die Welle 5 unabhängig von der Welle 4 angetrieben wird. Wird die Winkelgeschwindigkeit ω der Welle 4 als konstant angenommen, so ist die Größe C dem Produkt der Winkelgeschwindigkeiten ω und ω' proportional. Die Größe C und damit die Belastung kann, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 konstant gehalten wird, durch Änderung der Winkelgeschwindig-

keit ω' der Welle 5 geändert werden. Eine Änderung des Trägheitsmomentes der rotierenden Massen 6 und ein hierdurch bedingter Umbau während eines Prüfprogrammes werden somit vermieden.

Die durch die gegenseitige unabhängige Veränderbarkeit von ω und ω' erzielten Aufgabenlösungen sind spezielle Abwandlungen der Erfindung. Hierbei kann, wenn die Welle 5 gemäß Fig. 4 unmittelbar von einem Motor 9 mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben wird, das Räderwerk 7, 8 entfallen.

Die Welle 4 kann durch einen Motor mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Anschlußleitungen für den Motor 9 werden in diesem Fall durch die Welle 4 geführt und enden an nicht dargestellten Schleifkontakten.

Es ist auch möglich, das Räderwerk 7, 8 beizuhalten, die Welle 8 jedoch, statt sie am Gehäuse zu befestigen, mit veränderbarer Geschwindigkeit Ω anzutreiben. In diesem Fall ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit ω" aus der Differenz der Winkelgeschwindigkeiten ω und Ω

ω'=ω-Ω

Wenn die Winkelgeschwindigkeit Ω der Welle 8 sich ändert, erfährt die Winkelgeschwindigkeit ω' auch eine entsprechende Veränderung. Dabei wird die Welle 5 zum Beispiel von einem in Fig. 3 nicht dargestellten Elektromotor über eine Hilfswelle 10 angetrieben, die innerhalb der Welle 4 koaxial angeordnet ist. Wenn der Antriebsmotor 9 im Gehäuse gemäß Fig. 4 befestigt wird, muß eine flexible elektrische Verbindung vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 nische Formänderungsarbeit bei einem halben Last-Patentansprüche: spiel. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kreiselgerät der

1. Kreiselgerät zur Ausführung von Ermü- eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem ein dungsprüfungen durch oszillierende Torsionsbean- 5 großes und regulierbares Drehmoment bei beliebig spruchungen mit einstellbarer Amplitude und Fre- veränderbarer Frequenz und mit geringem Leistungsquenz des Drehmomentes, dadurch gekenn- verbrauch erzeugt werden kann. Gleichzeitig soll mit zeichnet, daß eine oder mehrere auf einer ge- der Erfindung ein schnell arbeitendes Gerät mit meinsamen Welle (5) befestigte rotierende Massen Höchstwerten des Drehmomentes geschaffen werden, (6) um eine senkrecht zu ihrer Welle (5) angeord- io welches allseitig kleine Abmessungen hat und Prüfunnete Welle (4) drehbar angeordnet sind, und die gen ermöglicht, die sehr wenig Zeit beanspruchen die rotierenden Massen tragende Welle (5) in einer und das derart ausgebildet ist, daß es sowohl im ReBüchse (3) gelagert ist, die an der Welle (4) fest- sonanzpunkt als auch unter- und oberhalb dieses sitzt und mit einem mit einem Prüfkörper fest ver- Punktes arbeiten kann, so daß das Drehmoment im bundenen Gehäuse (1) drehbar verbunden ist. υ erstgenannten Fall weitgehend verstärkt, beim Arbei-

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch ge- ten weit unterhalb des Resonanzpunktes als Prüfgerät kennzeichnet, daß die die Schwungmassen (6) tra- für »Soll-Beanspruchung« und beim Arbeiten obergende Welle (5) zur Ausführung ihrer in der Axial- halb des Resonanzpunktes als Prüfgerät für »Sollebene der Schwingachse verlaufenden kreisenden Formänderung« wirkt, was sich aus den Gesetzen Bewegung über eine in einer Radialebene der 20 über die Abhängigkeit des Drehmomentes von der Schwingachse verlaufende Welle (4) von einem Winkelgeschwindigkeit ergibt.

Elektromotor antreibbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe be-

3. Kreiselgerät nach Anspruch 1. gekennzeich- steht bei dem Kreiselgerät der genannten Art darin, net durch eine mit dem Körper (1) fest verbünde- daß eine oder mehrere auf einer gemeinsamen Welle ne, zur Welle (4) koaxiale Hilfswelle und einen ^Ί-"> befestigte rotierende Massen um eine senkrecht zu durch Kegelräder (7, 8) gebildeten Antrieb für die ^w ihrer Welle angeordnete Welle drehbar angeordnet die Schwungmassen (6) tragende Welle (5) zur sind, und die die rotierenden Massen tragende Welle Ausführung der Drehbewegung um ihre eigene in einer Büchse gelagert ist, die an der Welle festsitzt Achse, wobei das eine Kegelrad (8) auf der Hilfs- und mit einem mit einem Prüfkörper fest verbundewelle und das andere (7) auf der Welle (5) dreh- 30 nen Gehäuse drehbar verbunden ist.

fest ist. Weiterbildungen und Einzelheiten der Erfindung er-

4. Kreiselgerät nach Anspruch 1, gekennzeich- geben sich aus den Unteransprüchen und werden in net durch eine mit dem Körper (1) drehbar verbun- der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeidene. zur Welle (4) koaxiale Hilfswelle und einen spielen in Verbindung mit den Unteransprüchen und Kegeltrieb zwischen der die Schwungmassen (6) 35 der Zeichnung erläutert:

tragenden Welle (5) und der durch einen Elektro- Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Kreiselgerätes

motor angetriebenen Hilfswelle zur Erzeugung der nach der Erfindung,

Drehbewegung der Welle (5) um ihre eigene F i g. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung, deren

Achse. Schnittebene zu derjenigen nach Fig. 1 um 90° ge-

5. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 dreht ist, und die

kennzeichnet, daß der die die Schwungmassen (6) Fig. 3 und 4 zeigt weitere Ausführungsbeispiele tragende Welle (5) antreibende Elektromotor auf der Erfindung.

dieser Welle selbst angeordnet ist. Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Gehäuse 1, welches das Laufwerk enthält, kann um seine geome-■*5 trische Achse, die mit derjenigen der in den Lagern 2,

gelagerte Wellenstüpfe identisch ist, Drehbewegungen,

insbesondere Drehschwingungen ausführen. Im Gehäuse 1 ist ein drehbarer Halterrahmen 3 vorgesehen.

Die Erfindung betrifft ein Kreiselgerät zur Ausfüh- der mit einer Antriebswelle 4 fest verbunden ist. In rung von Ermüdungsprüfungen durch oszillierende 50 dem Halterrahmen 3 ist eine Welle 5 in Lagern recht-Torsionsbeanspruchungen mit einstellbarer Amplitude winklig zur Welle 4 drehbar gelagert. An den Enden und Frequenz des Drehmomentes. der Welle 5 ist je eine Schwungmasse 6 befestigt. Für Ermüdungsprüfungen mit Torsionsbeanspru- Außerdem sitzt ein Übertragungsglied 7 eines Getriechungen sind im wesentlichen zwei Arten von Dreh- bes (bei dem gezeichneten Beispiel eines Kegelradgemomenterregern, und zwar mechanische und ölhy- 5 5 triebes) drehfest auf der Welle 5. Das zugehörige Gedraulische, bekanntgeworden. Bei den mechanischen genrad 8 ist drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Drehmomenterregern sind die erzeugten Drehmo- Wenn die Welle 4 zusammen mit dem Halterrahmente fast nie sehr groß, während die Arbeitsfre- men 3 umläuft, dreht sich die Welle 5 in' einer zur quenz praktisch gleichbleibend ist, da die Regelung Welle 4 senkrechten Ebene (welche mit der Zeichender oszillierenden Torsionsbeanspruchung durch An- 60 ebene der Fig. 2 identisch ist) und um die eigene derung des Arbeitspunktes der Anordnung auf der Achse.

Resonanzkurve, die immer sehr eng ist. erfolgt. Bei Das von den Schwungmassen 6 gebildete System den ölhydraulischen Erregern können die Drehmo- hat demnach gleichzeitig zwei zueinander proportiomente sehr groß sein und die Frequenz und die Form nale Winkelgeschwindigkeiten, die rechtwinklig zueinder Belastung können in den zulässigen Grenzen ge- ft5 ander wirken. Dadurch entsteht ein Präzessionsmoändert werden. Diese Erreger haben jedoch den ment, welches dem Massenträgheitsmoment des schwerwiegenden Nachteil eines hohen Energiever- Schwingmassensystems und dem Quadrat der Gebrauches, der über achtmal größer ist als die mecha- schwindigkeit der Welle 4 proportional ist und eine