軸系扭振異向振動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是軸系扭轉異向振動控制方法。軸系扭轉異向振動機理主要說明了產(chǎn)生異向振動的原因是由于軸系扭振系統(tǒng)存在對稱分支結構，具有多個相同的固有頻率，這些相同固有頻率對應的振型中，對稱結構的振幅要遠遠大于軸系扭轉系統(tǒng)其它部分的振幅。實施具體控制措施的辦法是設計成非對稱扭振結構，可以配置不同的扭振減振器，也可改變慣量或者扭轉剛度。為保證系統(tǒng)具有足夠的抗扭強度并不增加重量，將相同重量的部件改變形狀可以獲得不同慣量，能夠簡便有效地控制軸系扭轉異向振動。在同心對稱齒輪系統(tǒng)中，采用調載方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
【專利說明】軸系扭振異向振動控制方法
(-)【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種軸系扭振異向振動控制方法，屬于動力工程領域。
(二)【背景技術】
[0002]在動力工程領域中，多機并車是一種經(jīng)濟的增加功率方法，V型機的應用越來越廣泛。這些系統(tǒng)均存在含對稱結構的軸系扭振系統(tǒng)，由于含對稱結構的軸系扭振存在異向振動，容易造成劇烈振動，給結構的安全帶來危害。
[0003]李渤仲是我國研究對稱結構異向振動問題的第一人，上世紀70年代中期，他帶領的團隊就發(fā)表了系列論文對對稱結構在非對稱激勵下的振動(即偏振)進行了深入研究(文獻【1】李渤仲等.V型發(fā)動機的偏振問題(上、下).內燃機[J]，1975:39-58 ;文獻【2】李渤仲，陳之炎，張金興.V型發(fā)動機的偏振問題.內燃機工程[J]，1982 (2):37-70頁)。李渤仲等人研究的重點是如何進行重根以及振型的計算，討論了 V型發(fā)動機的凸輪軸軸系的偏振是由于非對稱激勵所造成的，提出了通過改進供油激勵來消除偏振的方法。
[0004]趙信華、謝訓等(文獻【3】謝訓.多分支系統(tǒng)扭轉振動問題的研究[C].七一一研究所第二屆學術交流論文集，上海，1988:494-513頁.)針對柴油機雙機并車軸系復雜、運行工況多但有其特有的扭振性能的特點，以典型的雙機并車軸系為例，對這類軸系在扭轉振動方面的特性作出了研究和分析。指出了兩分支對稱系統(tǒng)扭轉振動固有頻率有重根的現(xiàn)象，并給出了兩分支對稱軸系同向振動與異向振動的概念。該文獻提供的避開方法是將柴油機運行轉速與異向振動的轉速錯開。
[0005]同心對稱減速裝置由于功率密度大一直倍受歡迎，但是對稱軸系結構帶來的異向振動限制了該類型減速器的發(fā)展。美國在上世紀五十年代就發(fā)現(xiàn)了斜齒輪傳動系統(tǒng)中如含有對稱軸系結構(文獻【4】W.Ker Wilson.Practical Solution of Torsional VibrationProblems, Vol (1).1956:P357_358)，分支系統(tǒng)會有類似滾振現(xiàn)象出現(xiàn)，造成減速系統(tǒng)的破壞；這實質上是異向振動的共振表現(xiàn)，通過轉速規(guī)避可以控制異向振動的出現(xiàn)。在高速傳動系統(tǒng)中，原動機轉速從零上升至額定轉速，如果同心對稱減速裝置異向振動的頻率不能避開原動機轉速范圍，就無法使用該類裝置，整個傳動系統(tǒng)也很難實現(xiàn)高功率密度。
[0006]上世紀后期人們發(fā)現(xiàn)異向振動以及偏振帶來的危害不可忽視時，探求異向振動以及偏振的形成機理是當務之急，由于當時計算機水平、數(shù)值計算水平以及儀器測試水平的限制，當年的研究都是研究如何進行計算并驗證計算結果的正確性，研究何種激勵導致偏振,如何調整激勵特性。
[0007]隨著計算機水平以及數(shù)值計算水平的提高，現(xiàn)在已經(jīng)可以清楚看出，異向振動是含對稱結構的扭振系統(tǒng)的固有特性，當對稱結構受到非對稱激勵時就會形成偏振。
(三)
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供異向振動控制方法，一種方法是將對稱結構變成非對稱結構，從根本上消除異向振動；另一種是針對同心對稱齒輪系統(tǒng)，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0010]對于雙機并車以及V型發(fā)動機結構的軸系扭振系統(tǒng)，通過改變軸系慣量或者加裝不同的扭振減振器，將原有的對稱結構變成非對稱結構，可以消除原有系統(tǒng)的固有頻率出現(xiàn)重根現(xiàn)象，徹底消除了軸系扭振的異向振動。
[0011]在同心對稱齒輪系統(tǒng)中，由于無法進行結構的改動，無法將對稱結構變?yōu)榉菍ΨQ結構。但在嚙合過程中，輪齒的嚙合剛度是分支結構扭轉剛度的主要影響因素，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點主要體現(xiàn)在:
[0013]1、本發(fā)明可以根據(jù)實際軸系的情況，通過把對稱軸系變?yōu)榉菍ΨQ軸系，徹底避免了異向振動。
[0014]2、在同心對稱齒輪系統(tǒng)中，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。這種方法不需要對結構進行改動，簡便易行。
[0015]本發(fā)明的特點是，以工程上最方便以及經(jīng)濟的方式控制異向振動的發(fā)生，一種方法是將對稱結構變成非對稱結構，從根本上消除異向振動；另一種是針對同心對稱齒輪系統(tǒng)，采用調載方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是方法結構圖。
(五)【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明包括改變對稱結構和改變擬合系統(tǒng)負荷兩種方法。
[0018]對于雙機并車、V型發(fā)動機系統(tǒng)，可以將對稱結構變成非對稱結構?！揪唧w實施方式】舉例為:對雙機并車裝置，給兩臺發(fā)動機配置不同慣量的飛輪，對稱的扭振分支系統(tǒng)就變成了非對稱分支系統(tǒng)，整個并車系統(tǒng)的扭振避免了重根，從而避免了異向振動。也可以在兩臺發(fā)動機自由端加裝不同的扭振減振器，同樣也把對稱的扭振分支系統(tǒng)就變成了非對稱分支系統(tǒng)。
[0019]在同心對稱齒輪系統(tǒng)中，由于無法進行結構的改動，無法將對稱結構變?yōu)榉菍ΨQ結構。但在嚙合過程中，輪齒的嚙合剛度是分支結構扭轉剛度的主要影響因素，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的?！揪唧w實施方式】舉例為:以柴油機或燃機驅動的調距槳推進軸系為例，傳統(tǒng)的方法是將螺旋槳的負荷調成空載，將主機轉速由零不斷調至額定轉速。在這種空載狀態(tài)下，同心對稱減速裝置的齒輪扭轉剛度為低剛度，輕載齒輪容易發(fā)生敲齒，如果異向振動頻率落在主機轉速范圍內，主機將因為劇烈振動而無法越過異向振動頻率，整個軸系無法達到額定轉速。本發(fā)明是，在主機轉速上升接近異向振動頻率時，加大調距槳螺距，使得螺旋槳承受20% — 30%的額定功率，這一負載將使得同心對稱齒輪的嚙合剛度加大進而加大了分支系統(tǒng)的扭轉剛度，這樣使得異向振動的頻率得到提高，發(fā)動機可以進一步提高轉速直至額定轉速。
【權利要求】
1.軸系扭轉異向振動控制方法，包括軸系扭轉異向振動機理與實施具體避開措施的辦法，其特征是:包括軸系扭轉異向振動機理與實施具體避開措施的辦法，軸系扭轉異向振動機理主要說明了產(chǎn)生異向振動的原因是由于軸系扭振系統(tǒng)存在對稱分支結構，具有多個相同的固有頻率，這些相同固有頻率對應的振型中，對稱結構的振幅要遠遠大于軸系扭轉系統(tǒng)其它部分的振幅，實施具體避開措施的辦法是設計成非對稱扭振結構，可以改變扭轉剛度或者慣量，為保證系統(tǒng)具有足夠的抗扭強度，一般不改變傳扭部件的扭轉剛度，但可以加裝不同固有頻率的扭振吸振器；為了不增加軸系重量，將相同重量的部件改變形狀可以獲得不同慣量，能夠簡便地避開軸系扭轉異向振動，在同心對稱齒輪系統(tǒng)等無法改變對稱結構的嚙合系統(tǒng)中，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸系扭轉異向振動控制方法，其特征是:在對稱分支上加裝不同固有頻率的扭振吸振器，達到將分支結構固有頻率錯開的目的。
3.根據(jù)權利要求1所述的軸系扭轉異向振動控制方法，其特征是:通過改變對稱分支結構中部件的形狀，從而改變分支結構的慣量，從而達到避免異向振動的目的。
4.根據(jù)權利要求1所述的軸系扭轉異向振動控制方法，其特征是:在同心對稱齒輪系統(tǒng)等無法改變對稱結構的嚙合系統(tǒng)中，采用調整載荷方法改變嚙合剛度進而改變扭轉剛度，調開異向振動的固有頻率達到控制異向振動的目的。
【文檔編號】F16F15/22GK103742593SQ201410035597
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】劉妍, 周松, 呂秉琳, 李玩幽, 韓霄 申請人:哈爾濱工程大學