一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，由于實(shí)際轉(zhuǎn)子均有不平衡量，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 時(shí)由于不平衡量激勵(lì)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)使轉(zhuǎn)子工作在臨界轉(zhuǎn)速下時(shí)發(fā)生共振，或者 過大振動(dòng)會(huì)影響轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)行。因此，如何減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅度是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中至關(guān)重要 的課題。
[0003] 轉(zhuǎn)子的具體形式由旋轉(zhuǎn)機(jī)械功能確定，比如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪葉片，汽車輪胎也 屬于轉(zhuǎn)子。本發(fā)明中的轉(zhuǎn)子由復(fù)合材料制成，能夠達(dá)到較金屬材料更高的旋轉(zhuǎn)角速度，同時(shí) 直徑較小，質(zhì)量較輕。
[0004] 減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)的方法包括質(zhì)量平衡法（減小轉(zhuǎn)子不平衡量）、阻尼調(diào)節(jié)法、主動(dòng)控 制法等。質(zhì)量平衡法就是采用實(shí)驗(yàn)的方法檢測(cè)得到轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的大小和位置，利用加 重或者減重的措施減小轉(zhuǎn)子總的失衡量，進(jìn)而減小轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)量，這種方法被廣泛 應(yīng)用于轉(zhuǎn)子制造過程；阻尼調(diào)節(jié)法是針對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的具體特性，通過增加阻尼使轉(zhuǎn)子振動(dòng) 減小，這種方法經(jīng)常被用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裝配中的調(diào)節(jié)；主動(dòng)控制法是實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的 振動(dòng)頻率和相位，采用如施加電磁力的方法減小轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，這種方法較適合不可預(yù)測(cè)下 轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。具體實(shí)施方法視轉(zhuǎn)子具體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用而定。
[0005] 本發(fā)明提出一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，所述方法屬于主動(dòng)控制法。復(fù) 合材料轉(zhuǎn)子用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械時(shí)，采用質(zhì)量平衡法往往不能達(dá)到要求，阻尼調(diào)節(jié)法在復(fù)合 材料轉(zhuǎn)子跨越臨界轉(zhuǎn)速時(shí)調(diào)節(jié)能力有限，然而，采用主動(dòng)控制法能夠在振動(dòng)超過限制值時(shí) 短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子過大的振動(dòng)量。本發(fā)明提出的振動(dòng)控制方法能夠使復(fù)合材料轉(zhuǎn) 子振動(dòng)減小，有利于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提出一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，其特征在于，包括 如下步驟：
[0007] 1)根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，在轉(zhuǎn)子制造時(shí)采用玻璃纖維或碳纖維加上環(huán)氧樹脂纏繞 形成圓柱形筒，同時(shí)在環(huán)氧樹脂中加入磁化材料后得到復(fù)合材料轉(zhuǎn)子；
[0008] 2)在復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍加上與其非接觸的激勵(lì)線圈、測(cè)量復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位 移傳感器、以及控制器；
[0009] 3)控制器通過位移傳感器測(cè)得復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性后發(fā)出電流指令，電流施 加于激勵(lì)線圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。
[0010] 所述激勵(lì)線圈為一對(duì)安裝于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍，與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子非接觸且成90 度角放置的激勵(lì)線圈，激勵(lì)線圈的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)。
[0011] 所述測(cè)量復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位移傳感器的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)，90度角安裝。
[0012] 所述復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性為復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，采用位移傳感 器測(cè)量得到復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，同時(shí)通過激勵(lì)線圈實(shí)時(shí)地對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子施 加電磁力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是提出一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，能夠使復(fù)合材料 轉(zhuǎn)子振動(dòng)減小，有利于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速。
【附圖說明】
[0014] 圖1為小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制裝置示意圖。
[0015]圖2為位移傳感器與激勵(lì)線圈安裝位置示意圖。
[0016] 圖中標(biāo)號(hào)：1-復(fù)合材料轉(zhuǎn)子、2-位移傳感器、3-控制器、4-激勵(lì)線圈、5-軸承、 6_環(huán)氧樹脂加磁化材料區(qū)域、7-第一位移傳感器、8-第二位移傳感器、9-第一激勵(lì)線圈、 10-第二激勵(lì)線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明提出一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0018] 圖1為小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制裝置示意圖，復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于 質(zhì)量不平衡產(chǎn)生了振動(dòng)，這一振動(dòng)由位移傳感器2得到測(cè)量，位移傳感器2測(cè)量得到復(fù)合 材料轉(zhuǎn)子1振動(dòng)的幅值和相位，位移傳感器2包括第一位移傳感器7和第二位移傳感器8， 第一位移傳感器7和第二位移傳感器8的相位相差90度（如圖2所示），振動(dòng)的幅值與復(fù) 合材料轉(zhuǎn)子1本身的特性和轉(zhuǎn)速都有關(guān)，也與外界干擾大小有關(guān)。激勵(lì)線圈4包括第一激 勵(lì)線圈9和第二激勵(lì)線圈10 (如圖2所示），控制器3得到了位移傳感器2的振動(dòng)信號(hào)，對(duì) 振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了判斷，得到了需要激勵(lì)線圈4給復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1施加的力和相位，并計(jì)算出 第一激勵(lì)線圈9和第二激勵(lì)線圈10的電流，控制器3發(fā)出指令，使第一激勵(lì)線圈9和第二 激勵(lì)線圈10加上計(jì)算出的電流，計(jì)算出的第一激勵(lì)線圈9和第二激勵(lì)線圈10的電流各不 相同。第一激勵(lì)線圈9和第二激勵(lì)線圈10在電流的作用下產(chǎn)生兩個(gè)磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生了 一個(gè)給定大小和相位的磁場(chǎng)力，這一磁場(chǎng)力作用于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1，磁場(chǎng)力與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子 1不平衡力產(chǎn)生抵消作用，抵消的效果使得復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1的振動(dòng)變小。抵消以后變小的 振動(dòng)進(jìn)一步由位移傳感器2測(cè)量，位移傳感器2進(jìn)一步把信號(hào)送給控制器3,由控制器3再 計(jì)算出電流，提供給激勵(lì)線圈4產(chǎn)生磁場(chǎng)力作用于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1。這樣，由復(fù)合材料轉(zhuǎn)子 1，位移傳感器2,控制器3和激勵(lì)線圈4形成了一個(gè)負(fù)反饋回路，用來控制復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1 的振動(dòng)達(dá)到盡可能小，滿足運(yùn)行要求。復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1上有環(huán)氧樹脂加磁化材料區(qū)域6,軸 承5用于支撐復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1，降低復(fù)合材料轉(zhuǎn)子1運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，并保證復(fù)合材 料轉(zhuǎn)子1的回轉(zhuǎn)精度。
[0019] 激勵(lì)線圈為一對(duì)安裝于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍，與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子非接觸且成90度角 放置的激勵(lì)線圈，激勵(lì)線圈的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)；測(cè)量復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位移傳感器的個(gè) 數(shù)至少為2個(gè)，90度角安裝；復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性為復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，采 用位移傳感器測(cè)量得到復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，同時(shí)通過激勵(lì)線圈實(shí)時(shí)地對(duì)復(fù)合 材料轉(zhuǎn)子施加電磁力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。
[0020] 復(fù)合材料轉(zhuǎn)子只要旋轉(zhuǎn)總有振動(dòng)，其振動(dòng)幅值的大小除了與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子本身的 失衡量有關(guān)之外，還與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度是否處于臨界轉(zhuǎn)速附近有關(guān)。在不同轉(zhuǎn)速下， 一個(gè)簡(jiǎn)單復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振幅可以用以下公式表示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，在轉(zhuǎn)子制造時(shí)采用玻璃纖維或碳纖維加上環(huán)氧樹脂纏繞形成 圓柱形筒，同時(shí)在環(huán)氧樹脂中加入磁化材料后得到復(fù)合材料轉(zhuǎn)子； 2) 在復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍加上與其非接觸的激勵(lì)線圈、測(cè)量復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位移傳 感器、以及控制器； 3)控制器通過位移傳感器測(cè)得復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性后發(fā)出電流指令，電流施加于 激勵(lì)線圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，其特征在于，所述激勵(lì) 線圈為一對(duì)安裝于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍，與復(fù)合材料轉(zhuǎn)子非接觸且成90度角放置的激勵(lì)線 圈，激勵(lì)線圈的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，其特征在于，所述測(cè)量 復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位移傳感器的個(gè)數(shù)至少為2個(gè)，90度角安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法，其特征在于，所述復(fù)合 材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性為復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，采用位移傳感器測(cè)量得到復(fù)合材 料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和相位，同時(shí)通過激勵(lì)線圈實(shí)時(shí)地對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子施加電磁力，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域的一種小型復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制方法。根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，在轉(zhuǎn)子制造時(shí)采用玻璃纖維或碳纖維加上環(huán)氧樹脂纏繞形成圓柱形筒，同時(shí)在環(huán)氧樹脂中加入磁化材料后得到復(fù)合材料轉(zhuǎn)子；在復(fù)合材料轉(zhuǎn)子外圍加上與其非接觸的激勵(lì)線圈、測(cè)量復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的位移傳感器、以及控制器；控制器通過位移傳感器測(cè)得復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性后發(fā)出電流指令，電流施加于激勵(lì)線圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料轉(zhuǎn)子振動(dòng)的控制。由復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，位移傳感器，控制器和激勵(lì)線圈形成了一個(gè)負(fù)反饋回路，能夠使復(fù)合材料轉(zhuǎn)子的振動(dòng)達(dá)到盡可能小，有利于復(fù)合材料轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速。
【IPC分類】F16F15-00
【公開號(hào)】CN104864030
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510166893
【發(fā)明人】張小章, 張剴, 戴興建
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日