DE2210391B2

DE2210391B2 - Kreiselgerät

Info

Publication number: DE2210391B2
Application number: DE2210391A
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Huntington Station N.Y. Quermann (V.St.A.)
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1979-06-21
Also published as: FR2128566B2; IT1045680B; US3677097A; DE2210391A1; DE2210391C3; CA942098A; JPS5243987B1; FR2128566A2; GB1364757A; NL7202095A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät mit einem Kreiselrotor, der an einer Antriebswelle mittels biegsamer radialer und axialer Tragelemente befestigt ist, deren Rückstellkraft durch Kompensationseinrichtungen kompensiert ist, und mit die biegsamen Tr agelemente schützenden Schutzeinrichtungen, die mit der Antriebswelle gekoppelte Begrenzungseinrichtungen zur Begrenzung der Größe der Auslenkbewegungen des Rotors bezüglich der Antriebswelle um Achsen senkrecht zur Achse der Antriebswelle sowie gegebenenfalls einer Axialbewegung des Rotors einschließen.

Beim Betrieb sowie beim Einbau oder dem Transport eines derartigen bekannten Kreiselgerätes (US-PS 29 477) können übermäßige Stöße auftreten, die zu einer Überbeanspruchung der radialen und axialen Tragelemente führen können. Das bekannte Kreiselgerät weist zwar an der Antriebswelle angeordnete Anschläge auf, mil denen der Kranz des Rotors bei Bewegungen um Achsen senkrecht zur Achse der Antriebswelle in Eingriff kommen können. Da die während des Betriebs normalerweise auftretenden Bewegungen des Rotors um Achsen senkrecht zur Antriebswelle jedoch relativ groß sein müssen, bevor die Anschläge zur Wirkung kommen, müssen diese Anschläge in einem erheblichen axialen Abstand von dem Kranz des Rotors angeordnet sein, so daß bei axialen Stößen diese Anschläge eine erhebliche

ίο Belastung der axialen Tragelemente zulassen, bevor sie zur Wirkung kommen. Weiterhin ergeben diese bekannten Begrenzungseinrichtungen keine Begrenzung einer Relativdrehung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor um eine Achse koaxial zur Achse der

ι: Antriebswelle.

Es ist weiterhin ein Kreiselgerät bekannt (FR-PS 20 33 727), bei dem der Rotor über ein elastisches Element mit einer schalenförmigen den Rcior umgreifenden Ummantelung verbunden ist und einen Kranz aufweisst, dessen axiale vordere und hintere Kante mit dieser Ummantelung in Eingriff kommen können. Bevor ein derartiger Eingriff erfolgt, führt der Rotor jedoch eine erhebliche Winkelbewegung um Achsen senkrecht zur Achse der Antriebswelle aus und weiterhin ergibt sich keine Begrenzung von axialen Beanspruchungen oder von Relativdrehungen zwischen dem Rotor und der Ummantelung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreiselgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die radialen und axialen Tragelemente gegen übermäßige Beanspruchungen bei Stoßbeanspruchungen in beliebigen Richtungen sicher geschützt sind.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kreiselgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Begrenzungseinrichungen erste Begrenzungseinrichtungen in Form einer Anschlagfeder 34 mit einer Anzahl von Blattferdern, die Kippbewegungen des Rotors um Achsen senkrecht zur Antriebswelle begrenzen, zweit. Regrenzungseinrichtungen in Form von Nabcnteilen, die mit der Antriebswelle gekoppelt sind und sphärische Oberflächenteile aufweisen, und von mit diesen zusammenwirkenden sphärischen Oberflächenteilen an dem Rotor zur Begrenzung der Axialbewegungen des Rotors, und dritte Begrenzungseinrichtungen umfassen, die durch an dem Rotor befestigte und mit der Anschlagfeder zusammenwirkende Anschläge gebildet sind und Verdrehungen des Rotors gegenüber der Antriebswelle um die Achse dieser Antriebswelle herum begrenzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kreiselgerät besteht bei Auftreten von Stößen oder Schwingungen keine Gefahr einer Überlastung oder Ermüdung der radialen und axialen Tragelemente weil Kippbewegungen um Achsen senkrecht zur Achse der Antriebswelle durch die Blattfedern der Anschlagfeder sicher begrenzt werden, wobei eine zusätzliche Begrenzungseinrichtung für axiale Beanspruchungen der Tragelemente vorgesehen ist, deren Axialspiel wesentlich kleiner gewählt werden kann als das Spiel vor dem Eingreifen der Blattfedern der Anschlagfeder. Durch die Verwendung von mit der Anschlagfeder zusammenwirkenden Anschlägen werden weiterhin Verdrehungen des Rotors gegenüber der Antriebswelle um die Achse dieser Antriebswelle herum auf einen sicheren Wert begrenzt, so daß bei Stößen und Schwingungsbeanspruchungen in beliebigen Richtungen insgesamt keine Gefahr einer Überbeanspruchung der Tragelemente besteht. Die Blattfedern der Anschlagfeder nehmen einen wesentlichen Teil der Stöße

auf, die sich bei wiederholten Stoßen des Rotors gegen die Blattfedern ergeben, so daß die Größe des Stoßes, der bei Auslenkungen des Rotors auf die radialen oder axialen Tragelemente übertragen wird, gering wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Blattfeder einen Fingerabschnitt aufweist, der eine relativ kleine Berührungsfläche für der. Rotor ergibt, so daß eine Gaskopplunjj der Anschlagfeder mit dem Rcior so weit wie möglich verringert ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfinduung sind die Anschläge der dritten Begrenzungseinrichtungen durch mindestens zwei Anschlagstifte gebildet, die an dem Rotor an einer Stelle befestigt sind, die eine Berührung der Stifte mit der Anschlagfeder nach zulässigen Winkelbewegungen zwischen dem Rotor und der Antriebswelle in den beiden möglichen Winkelbewegungsrichtungen ergibt

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. !r der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Querschnittsansicht des Kreicclgerätes;

F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie H-II nach Fig. 1, wobei die Ummantelung des Kreiselgerätes fortgelassen ist;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Anschlagfeder des Kreiselgerätes.

In F i g. 1 weist die Ausführungsform des Kreiselgerätes 10 ein Gehäuse 11 und einen üblichen Synchronmotor 12 mit Feldwicklungen 13 auf, die an der Innenwand des Gehäuses 11 befestigt sind. Die Feldwicklungen 13 wirken mit einem Anker 14 zusammen, der auf einer Antriebswelle 15 befestigt ist, die in axial mit Abstand angeordneten Lagerungen 16 und 17 derart gelagert ist, daß sich die Antriebswelle 15 um eine Drehachse X-X drehen kann. Die Antriebswelle 15 ist mit einer radialen biegsamen Tragvorrichtung 21 verbunden, die in F i g. 2 deutlicher gezeigt ist. Diese Tragvorrichtung 21 wird durch ein Tragelement in Form von drei unter gleichen Winkeln abgeordneten elastischen Bändern gebildet, die den Kreiselrotor 10 um die Drehachse X-X elastisch tragen. Der Rotor 20 ist außerdem durch ein biegsames axiales Tragelement 22 gehaltert, das sich durch eine öffnung 23 in dem radialen Tragelement 21 erstreckt. Das axiale Tragelement 22 ist über ein weiteres axiales biegsames Tragelement 24 mn einer elastischen Membran 25 verbunden. Fig. I ist kein Querschnitt entlang einer diametralen Ebene, sondern eine Ansicht entlang einer Linie wie z. B. I-I nach F i g. 2.

Das dem Rotor 2C gegenüberliegende Ende des radialen Tragelementes 21 ist zwischen zwei Nabenteilen 26 ui.d 27 befestigt, aie sphärische Oberflächenteile aufweisen, die ihrerseits mit zwei sphärischen Oberflächenteilen 30 und 31 in der Nabe des Rotors 20 zusammenwirken können. Ein Ende des axialen biegsamen Tragelementes 22 ist in einer Verlängerung des Nabenteiles 26 befestigt, während das andere Ende des biegsamen Tragelementes 22 in einer Verlängerung der Nabe des Rotors 20 befestigt ist. Die Nabenteile 26 und 27 sind zwischen einer Stellschraube 32 und einer ebenen Oberfläche einer äußeren Nabe befestigt, die einen Verlängerungsteil 33 der Welle 15 bildet.

Eine Anschlagfeder 34 und eine Ummantelung 35 sind mit Hilfe einer Anzahl von Schrauben 36 an dem Verlängerungsteil 33 befestigt. Die in Fi g. 3 deutlicher gezeigte Anschlagfeder 34 weist eine öffnung 44 auf, die in einer in der Mitte angeordneten schalenförmigen Anordnung 45 angeordnet ist, die den Verlängerungsteil 33 umschließt und eine Anzahl von unter Winkelabstaud angeordneten Löchern 46 aufweist, die das Einsetzen der Stellschrauben 32 in den Verlängerungsteil 33 und ihre Berührung mit dem sphärischen Oberflächenteil des Nabenteils 26 ermöglichen. Die Anschlagfeder 34 weist weiterhin eine Anzahl von Blattfedern 47 mit senkrecht angeordneten, nach innen gewendeten Fingerabschnitten 48 auf, die an den Enden der Blattfedern angeordnet sind. Die Fingerabschnitte 48

ίο ergeben eine relativ kleine Berührungsoberfläche mit dem sich drehenden Rotor 20, wodurch sich während des normalen Betriebes eine sehr geringe Gaskupplung ergibt.

Am Außenkranz des Rotors 20 befestigte Anschlagstifte 40 weisen eine ausreichende Länge auf, um unter bestimmten Bedingungen mit den Kanten der Blattfedern 47 an der Anschlagfeder 34 in Berührung zu kommen. Zusätzlich müssen die Anschlagstifte 40 kurz genug sein, so daß sie während der Rotation des Rotor?

20 nicht mit der Ummantelur.; 35 in Berührung kommen.

Die Wirkungsweise der Begrenzungseinrichtungen wird zunächst in bezug auf die sphärischen Oberflächenteile an den Nabenteilen 26 und 27 beschrieben. Es sei angenommen, daß ein übermäßiger Stoß entlang der Λ^-Λ-Achse in einer Richtung aufgebracht wird, die eine derartige Translationsbewegung des Rotors 20 hervorruft, daß die innere konkave sphärische Oberfläche 3i sich der konvexen sphärischen Obe"fläche des Nabenteils 27 nähen. Zu Anfang liegt der Radialabstand zwischen diesen beiden Oberflächen in der Größenordnung von 0,025 mm. Daher kommt, wenn der Rotor eine Translationsbewegung in Richtung auf das Nabenteil 27 ausführt, die innere Oberfläche 31 in Berührung mit der Oberfläche des Nabenteils 27, nachdem sie einen Weg von nur ungefähr 0,025 mm ausgeführt hat. Als Ergebnis wird das axiale biegsame Tragelement 22 keiner übermäßigen Zugbeanspruchung auf Grund e'er Translationsbewegung des Rotors 20 entlang der A"-X-Achse ausgesetzt. In ähnlicher Weise würde ein in der entgegengesetzten Richtung wirkender Stoß bewirken, daß sich die innere konkave sphärische Oberfläche 30 der konkaven sphärischen Oberfläche de» Nabenteils 26 nähern würde, wobei diese Oberflächen in Berührung kommen, bevor der Rotor einen ausreichenden Weg zurückgelegt hat, um das axiale biegsame Tragelement 22 zu verformen. Wenn der Rotor 20 rotiert, reicht das radiale Spiel zwischen den sphärischen Oberflächen aus, so daß sich keine störende Auswirkung auf die Betriebsweise des Kreiselgerätes 10 ergibt.

Während des Betriebes des Kreiselgerätes versucht der Rotor 20, wenn er mit einer relativ hohen Geschwindigkeit rotiert, um die zueinander senkrecht stehenden Achsen Y-Yund Z-Znach Fig.2 zu kippen.

Bei Auftreten von übermäßigen Kippbewegungen würden sowohl das radiale biegsame Tragelement 21 nls auch das axiale biegsame Tragelement 24 einer wiederholten Biegung ausgesetzt, die eventuell eine Materialermüdung hervorrufen würde. Um dieser Möglichkeit entgegenzuwirken, ist die Anschlagfeder 34 vorgesehen, die in Berührung mit dem Kranz des Rotors 20 kommt, bevor der Rotor übermäßig um eine der YY- oder Z-Z-Achse kippt. Das Ende jeder Blattfeder 47 auf der Anschlagfeder 34 ist so geformt, daß es nicht in Berührung mit der Ummantelung 35 kommt. Daher übt der Kranz während eines übermäßigen Kippens des Rotors 20 abwechselnd eine Druckwirkung gegen den nächsten Fingerabschnitt am Ende jeder Blattfeder 47

an der Anschlagfeder 34 aus. Das Ende jeder Blattfeder 47 wird ausgelenkt und nimmt einen beträchtlichen Teil der Stoßbelastung auf, die sich aus dem Zusammenprall des Kranzes des Rotors 20 mit dem Fingerabschnitt an jeder Blattfeder 47 ergibt, wodurch die Größe des Stoßes, der auf die radialen und axialen biegsamen Tragclemente 21 und 22 zurückgeführt wird, verringert wird.

Während der Hochgeschwindigkeilsnachführung der Welle 15 bewirkt der Unterschied in der Drehgeschwindigkeit /wischen dem Rotor 20 und der Welle 15 eine relative Verschiebung zwischen diesen Teilen, die eine Verformung des radialen biegsamen Tragelementes 21 in der K/T-Ebene ergibt. Außerdem bewirkt der Drehgeschwindigkeitsuntcrsehied ein Verwinden des ι⁵· axialen biegsamen Tragclementes 22, das an einem linde an einer Verlängerung der Nabe an dem Rotor 20 und an dem anderen Ende an einer Verlängerung des Nilbenteils 26 befestigt ist. um die X-X-Achse. Die Kombination der Anschlagstifte 40 und der Anschlagfc- .'o der 34 beseitigt diese Wirkung bei einer Drehung der Teile im Uhrzeigersinn CW nach l·'i g. 2 dadurch, daß der Anschlagstift 40 in Berührung mit der benachbarten Kante der benachbarten Blattfeder 47 an der Anschlagfeder 34 kommt. Als Ergebnis dieser Berührung sind die :ί Welle 15 und der Rotor 20 aneinander festgegt und müssen sich synchron im Uhrzeigersinn drehen. Alternativ kommt der Anschlagstift 40 bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn in F i g. 2 in Berührung mit der benachbarten Kante der benachbarten Blattfeder 47 an der Anschlagfeder 34, wodurch sich die Welle 15 und der Rotor 20 wiederum synchron, diesmal jedoch im Gegenuhrzeigersinn drehen müssen.

Während des normalen Betriebes des Kreiselgerätes stehen die sphärischen Oberflächenteile an den Nabenteilen 26 und 27 nicht in Berührung mit den sphärischen Obcrflachcnteilen 30 und 31 auf dem Rotor 20 und haben mit nur sehr geringe Auswirkungen auf die Betriebseigenschaften des Kreisclgeräics. In einem Ausführungsbeispiel des Kreiselgerätcs bewirkte die zusätzliche Dämpfung auf Grund der nahen Nachbarschaft der Anschlagoberflächcn einen Abfall der Sclbstaufricht/.eitkonstante des Kreisels von 60 auf 45 Sekunden, also eine Änderung von lediglich 1 5 Sekunden. In diesem Ausführungsbeispiel war der Spalt /wischen den Anschlagsliftcn 40 und der Kante der Blattfedern 47 0,175 mm während das Spiel /wischen den I'ingerabschnitten 48 an den Blattfedern 47 und den Kran/ des Rotors 0,075 mm betrug.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung .n

Claims

1 Patentansprüche:

1. Kreiselgerät mit einem Kreiselrotor, der an einer Antriebswelle mittels biegsamer radialer und axialer Tragelemente befestigt ist, deren Rückstellkraft durch Kompensationseinrichtungen kompensiert ist, und mit die biegsamen Tragelemente schützenden Schutzeinrichtungen, die mit der Antriebswelle gekoppelte Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Größe der Auslenkbewegungen des Rotors bezüglich der Antriebswelle um Achsen senkrecht zur Achse der Antriebswelle sowie gegebenenfalls einer Axialbewegung des Rotors einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtungen erste Begrenzungseinrichtungen in Form einer Anschlagfeder (34) mit einer Anzahl von Blattfedern, die Kippbewegungen des Rotors (20) um Achsen senkrecht zur Antriebswelle (15) begrenzen, zweite BegrenzungseinrichtKr.gen in Form von Nabenteilen (26, 27), die mit der Antriebswelle (15) gekoppelt sind und sphärische Oberflächenteile aufweisen, und von mit diesen zusammenwirkenden sphärischen Oberflächenteilen (30, 31) an dem Rotor (20) zur Begrenzung der Axialbewegungen des Rotors (20), und dritte Begrenzungseinrichtungen umfassen, die durch an dem Rotor (20) befestigte und mit der Anschlagfeder zusammenwirkende Anschläge (40) gebildet sind und Verdrehungen des Rotors (20) gegenüber der Antriebswelle (15) um die Achse dieser Antriebswelle herum begrenzen.

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Blattfeoer (47) einen Fingerabschnitt (48) aufweist, der eine relativ kleine Berührungsfläche für den Roior (20) ergibt, so daß eine Gaskopplung der Anschlagfeder (34) mit dem Rotor (20) so weit wie möglich verringert ist.

3. Kreiselgerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge der dritten Begrenzungseinrichtungen durch mindestens zwei Anschiagstifte (4C) gebildet sind, die an dem Rotor (20) an einer Stelle befestigt sind, die eine Berührung der Stifte (40) mit der Anschlagfeder (34) nach zulässigen Winkelbewegungen zwischen dem Rotor (20) und der Antriebswelle (15) in den beiden möglichen Winkelbewegungsrichtungen ergibt.