一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于振動抑制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]各種機(jī)械設(shè)備在工作過程中都不可避免的存在振動問題，而振動會影響機(jī)床的加工精度、機(jī)器人的工作精度、飛行器的軌跡精度等；因此，振動抑制一直以來都是機(jī)械工程領(lǐng)域的一項(xiàng)核心和關(guān)鍵技術(shù)。各種不同機(jī)構(gòu)的振動抑制中，轉(zhuǎn)動軸系的振動抑制是工程領(lǐng)域人員最為關(guān)心的問題。例如，精密加工機(jī)床主軸的振動將直接影響其加工精度。
[0003]轉(zhuǎn)動軸系振動抑制問題比較復(fù)雜，核心問題在于其固有振動模態(tài)的個(gè)數(shù)是無窮的，而當(dāng)轉(zhuǎn)動速度等于其任意一個(gè)固有頻率時(shí)，都會發(fā)生共振；因此，抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的核心問題就是如何降低其共振振幅或者避免共振。
[0004]目前常用的方法是啟動過程中當(dāng)轉(zhuǎn)動速度接近某一個(gè)固有頻率時(shí)，增大加速度，使得轉(zhuǎn)動軸系快速穿越共振點(diǎn)，避免軸系在該共振點(diǎn)出現(xiàn)過大的振動；但是，這種方法并未從根本上消除共振，而且驅(qū)動元件需要較大的輸出力矩和功率才能滿足加速度要求。
[0005]此外，轉(zhuǎn)動軸系常用的工作轉(zhuǎn)速有多個(gè)(例如機(jī)床主軸有多個(gè)工作轉(zhuǎn)速來滿足不同的加工精度要求)，這使得在不同的轉(zhuǎn)速下其振動幅度不同，振動幅度大小取決于工作轉(zhuǎn)速與軸系固有頻率間差值的大小，目前的轉(zhuǎn)動軸系軸承預(yù)緊力一般為恒定值，這使得其固有頻率為固定值，因此各個(gè)工作轉(zhuǎn)速下軸系的振動幅度不一致，也就是單一恒定的軸承預(yù)緊力無法同時(shí)滿足多個(gè)工作頻率下的振動抑制的需求，這不利于運(yùn)動精度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)動軸系快速穿越共振頻率的振動抑制方法存在的無法消除共振、對驅(qū)動元件要求苛刻和軸系在不同工作轉(zhuǎn)速下振動幅度存在差異的問題，本發(fā)明提供了一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法。
[0007]—種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法，該方法為:在轉(zhuǎn)動軸系中的軸承內(nèi)環(huán)或者外環(huán)的側(cè)面設(shè)置一個(gè)壓電調(diào)整環(huán)，所述轉(zhuǎn)動軸系在外部驅(qū)動元件的帶動下實(shí)現(xiàn)由靜止?fàn)顟B(tài)到預(yù)定速度的調(diào)整，當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系的轉(zhuǎn)速接近其自身的某一個(gè)共振頻率時(shí)，給壓電調(diào)整環(huán)施加正向或者反向直流激勵信號，在逆壓電效應(yīng)下壓電調(diào)整環(huán)厚度增加或者減小，從而使得軸承預(yù)緊力增大或者減小，軸承的支撐剛度對應(yīng)增大或者減小，最終使得轉(zhuǎn)動軸系的共振頻率實(shí)現(xiàn)提尚或者降低；
[0008]當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)超越原來的共振頻率后，壓電調(diào)整環(huán)斷電，轉(zhuǎn)動軸系的共振頻率變?yōu)樵舱耦l率，從而避免了共振的產(chǎn)生。
[0009]當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系工作在不同的恒定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過控制壓電調(diào)整環(huán)施加激勵信號幅值的大小，來實(shí)現(xiàn)軸承預(yù)緊力和支撐剛度的靈活調(diào)整，從而使得轉(zhuǎn)動軸系在不同的工作轉(zhuǎn)速下獲得有效的振動抑制。
[0010]所述的外部驅(qū)動元件為電動機(jī)、液壓馬達(dá)或氣動馬達(dá)。
[0011]具體工作原理:
[0012]加速階段:現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)動軸系在外部驅(qū)動元件(可以是電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)等)的帶動下實(shí)現(xiàn)由靜止?fàn)顟B(tài)到預(yù)定速度的調(diào)整，加速過程中會穿越轉(zhuǎn)動軸系的共振頻率；而本發(fā)明所述的一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法在具體應(yīng)用時(shí)，
[0013]當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系的轉(zhuǎn)速接近其自身的某一個(gè)共振頻率時(shí)，給壓電調(diào)整環(huán)5施加正向或者反向直流激勵信號，在逆壓電效應(yīng)下壓電調(diào)整環(huán)厚度增加或者減小，從而使得軸承預(yù)緊力增大或者減小，軸承的支撐剛度對應(yīng)增大或者減小，最終使得轉(zhuǎn)動軸系的共振頻率實(shí)現(xiàn)提高或者降低；當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)超越原來的共振頻率后，壓電調(diào)整環(huán)斷電，轉(zhuǎn)動軸系的共振頻率變?yōu)樵舱耦l率，從而避免了共振的產(chǎn)生。
[0014]恒速階段:當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系工作在不同的恒定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過控制壓電調(diào)整環(huán)施加激勵信號幅值的大小，可以實(shí)現(xiàn)軸承預(yù)緊力和支撐剛度的靈活調(diào)整，從而使得軸系在不同的工作轉(zhuǎn)速下都能獲得很好的振動抑制效果，有效提高運(yùn)動精度。
[0015]本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明的一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法只需要在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)動軸系中增加一個(gè)壓電調(diào)整環(huán)即可實(shí)現(xiàn)，通過壓電陶瓷的變形，可以靈活改變軸承預(yù)緊力和支撐剛度，從而可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動軸系固有頻率的調(diào)整，從根本上避免了共振現(xiàn)象的發(fā)生，可有效抑制轉(zhuǎn)動軸系的振動，也可以使得轉(zhuǎn)動軸系在不同的工作轉(zhuǎn)速下都能獲得很好的振動抑制效果。本發(fā)明的一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，便于實(shí)現(xiàn)集成化和系列化突出優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為【具體實(shí)施方式】一中，轉(zhuǎn)動軸系和壓電調(diào)整環(huán)的相對位置關(guān)系圖；
[0017]圖2為【具體實(shí)施方式】三中，轉(zhuǎn)動軸系和壓電調(diào)整環(huán)的相對位置關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種抑制轉(zhuǎn)動軸系振動的方法，該方法是基于轉(zhuǎn)動軸系實(shí)現(xiàn)的，所述的轉(zhuǎn)動軸系包括轉(zhuǎn)動軸1、基座2、兩個(gè)軸承3、中間隔套4、外環(huán)預(yù)緊墊片6、端蓋7、內(nèi)環(huán)預(yù)緊墊片8和兩個(gè)預(yù)緊螺母9 ;該方法的具體過程為:
[0019]步驟Al:在轉(zhuǎn)動軸系中增加一個(gè)壓電調(diào)整環(huán)5，
[0020]轉(zhuǎn)動軸I與基座2通過兩個(gè)軸承3轉(zhuǎn)動連接；
[0021]中間隔套4設(shè)置在兩個(gè)軸承3中間，且中間隔套4的兩個(gè)側(cè)面分別與兩個(gè)軸承3的內(nèi)環(huán)接觸；右側(cè)軸承3的外環(huán)與基座2上的軸肩接觸，右側(cè)軸承3的內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)動軸I上的軸肩接觸；端蓋7與基座2側(cè)面固定連接，實(shí)現(xiàn)軸承的預(yù)緊，且端蓋7和左側(cè)軸承3的外環(huán)之間依次設(shè)置有壓電調(diào)整環(huán)5和外環(huán)預(yù)緊墊片6，外環(huán)預(yù)緊墊片6緊鄰端蓋7 ;兩個(gè)預(yù)緊螺母9依次旋合在左側(cè)軸承3的左端，且里側(cè)的預(yù)緊螺母9和左側(cè)軸承3的內(nèi)環(huán)之間設(shè)置有內(nèi)環(huán)預(yù)緊墊片8;
[0022]步驟A2:( —)當(dāng)轉(zhuǎn)動軸系處于加速階段時(shí):
[0023]取轉(zhuǎn)動軸系某一階共振頻率，壓電調(diào)整環(huán)5接通電源，通過壓電調(diào)整環(huán)5施加正向激勵信號，使共振頻率升高至f2，或通過壓電調(diào)整環(huán)5施加負(fù)向激勵信號，使共振頻率fi降低至f 3，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動軸系共振頻率的實(shí)時(shí)調(diào)整，
[0024]當(dāng)通過壓電調(diào)整環(huán)5施加正向激勵信號時(shí)，壓電調(diào)整環(huán)