一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，包括固定支承單元和可調(diào)支承單元；其中，所述的固定支承單元包括基座、軸承、套筒和彈性墊圈，所述的軸承安裝于套筒內(nèi)，彈性墊圈安裝于套筒和基座之間；所述的可調(diào)支承單元包括兩個內(nèi)摩擦盤、兩個外摩擦盤、至少兩個以上的作動機(jī)構(gòu)和頂緊螺母，所述的兩個外摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的套筒的兩端，兩個內(nèi)摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的基座的兩側(cè)端面上，外摩擦盤與內(nèi)摩擦盤之間存在初始間隙；所述的作動機(jī)構(gòu)安裝在基座中并通過頂緊螺母軸向固定。本發(fā)明在僅占用一個支承空間的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子支承剛度和阻尼的主動控制，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，支承剛度和阻尼的調(diào)節(jié)范圍較大，可靠性較高。
【專利說明】一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)減振領(lǐng)域，尤其涉及一種針對轉(zhuǎn)子的可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承。
【背景技術(shù)】
[0003]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動問題廣泛存在于航空、船舶、車輛、能源等領(lǐng)域中，振動會導(dǎo)致設(shè)備的關(guān)鍵部件的疲勞乃至失效，嚴(yán)重威脅了日常生產(chǎn)的安全，其產(chǎn)生的噪聲對生產(chǎn)現(xiàn)場人員的身心健康也造成了巨大的危害，故轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動控制一直是國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者關(guān)注的焦點問題。
[0004]對轉(zhuǎn)子的支承進(jìn)行減振設(shè)計是實現(xiàn)轉(zhuǎn)子減振最為常用的手段之一。一般情況下，轉(zhuǎn)子支承可以簡化為定剛度系數(shù)彈簧和定阻尼系數(shù)阻尼器的組合，則為被動減振支承。被動減振支承的參數(shù)一旦確定，其適用的減振頻率范圍便隨之確定，若要改變其適用范圍則需重新設(shè)計系統(tǒng)，因此，被動減振支承只在一定頻率范圍內(nèi)有效，適應(yīng)頻帶窄。由振動理論可知，只有當(dāng)激勵頻率與系統(tǒng)固有頻率之比大于1.414時，減振器才有減振效果，故被動減振支承僅適用于中、高頻激勵的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，當(dāng)今人們對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作環(huán)境的要求越來越嚴(yán)苛，外加于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的激勵也越來越復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的被動減振支承已經(jīng)無法滿足使用的需求。
[0005]主動減振支承利用外部能量，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受到外界激勵產(chǎn)生振動的過程中，瞬時改變系統(tǒng)的動力學(xué)特性，從而使系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)迅速衰減，具有適應(yīng)頻帶廣，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視，是目前的研究熱點之一。干摩擦阻尼器在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作的過程中，能夠通過摩擦面之間的庫倫阻尼將系統(tǒng)振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，再由其他介質(zhì)傳遞出去，從而達(dá)到減振的目的，其阻尼大小可以通過摩擦面間的壓緊力進(jìn)行實時控制，故被越來越多地應(yīng)用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主動減振支承當(dāng)中。
[0006]現(xiàn)有的引入干摩擦阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動減振支承大都含有附加支承，文獻(xiàn)(倪德.基于智能彈簧的減振方法及其在多支點軸系中的應(yīng)用研究[D].南京:南京航空航天大學(xué)，2014.)提出了一種含有摩擦副的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動減振支承，包括主支承、輔助支承、摩擦片和作動器等部件，還有中國專利ZL200710017593.2公開了一種彈支干摩擦阻尼器電控裝置，包括靜摩擦片、銜鐵、支座和電磁鐵，這兩種支承均包括了主支承部分和附加支承部分，在空間上占據(jù)了兩個支承的位置，不能滿足部分現(xiàn)有設(shè)備對緊湊空間和控制質(zhì)量的需求。因此，需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動減振支承。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能主動調(diào)節(jié)剛度和阻尼且結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)減振支承。
[0008]本發(fā)明所述的一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，包括固定支承單元和可調(diào)支承單元;其中，所述的固定支承單元包括基座、軸承、套筒和彈性墊圈，所述的軸承安裝于套筒內(nèi)，彈性墊圈安裝于套筒和基座之間;所述的可調(diào)支承單元包括兩個內(nèi)摩擦盤、兩個外摩擦盤、至少兩個以上的作動機(jī)構(gòu)和頂緊螺母，所述的兩個外摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的套筒的兩端，兩個內(nèi)摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的基座的兩側(cè)端面上，外摩擦盤與內(nèi)摩擦盤之間存在初始間隙；所述的作動機(jī)構(gòu)安裝在基座中并通過頂緊螺母軸向固定。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)，所述的基座的底部設(shè)有用于與地面固定的地腳螺釘孔，內(nèi)部設(shè)有通孔，基座的兩側(cè)通過軸向變形體連接有外端面。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)，所述通孔的中間部分為光孔，一邊為用于安裝頂緊螺母的螺紋孔。[0011 ] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述通孔的中間均留有用于連接控制線路的開孔，位于基座上半部分的開孔為直孔，位于基座下半部分的開孔為相貫孔。
[0012]進(jìn)一步改進(jìn)，所述套筒的兩個端面均布有用于固定外摩擦面的螺紋孔，內(nèi)部設(shè)有一圈用于定位軸承的凸緣。
[0013]進(jìn)一步改進(jìn)，所述的兩個內(nèi)摩擦盤通過螺釘安裝在固定支承單元的基座的外端面上。
[0014]進(jìn)一步改進(jìn)，所述的作動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動件和設(shè)置在驅(qū)動件兩端的頂塊構(gòu)成，安裝在基座的通孔中并通過頂緊螺母軸向固定，頂緊螺母安裝在通孔與外端面相交段的螺紋孔中。
[0015]進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性墊圈由金屬橡膠、粘彈性橡膠或橡膠-娃油材料制成，其界面形狀為“凸”字型，內(nèi)徑相等，中間外徑大，兩邊外徑小。
[0016]進(jìn)一步改進(jìn)，所述的驅(qū)動件為壓電陶瓷驅(qū)動件、電磁鐵驅(qū)動件、液壓進(jìn)動機(jī)構(gòu)中的一種。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在僅占用一個支承空間的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子支承剛度和阻尼的主動控制，適應(yīng)頻帶寬，特別是對低頻振動控制效果非常的顯著；其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，支承剛度和阻尼的調(diào)節(jié)范圍較大，可靠性較高；改進(jìn)后的支承具有三種工作狀態(tài):分離狀態(tài)、干摩擦狀態(tài)和完全結(jié)合狀態(tài)，三種工作狀態(tài)可根據(jù)外接傳感器的反饋信號迅速切換，可對轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行靈活的主動控制，使其振動幅值一直控制在允許范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明基座的三維視圖；
圖3為本發(fā)明基座的剖視圖。
[0019]圖1中:I—基座，2—軸承，3—套筒，4—彈性墊圈，5—外摩擦盤，6—內(nèi)摩擦盤，7—頂緊螺母，8—頂塊，9 一驅(qū)動件；
圖2中:101 —地腳螺釘孔，102—通孔，103—開孔，104—外端面，105—軸向變形體。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，包括固定支承單元和可調(diào)支承單元;其中，所述的固定支承單元包括基座1、軸承2、套筒3和彈性墊圈4，所述的軸承2安裝于套筒3內(nèi)，彈性墊圈4安裝于套筒3和基座I之間；所述的可調(diào)支承單元包括兩個內(nèi)摩擦盤5、兩個外摩擦盤6、至少兩個以上的作動機(jī)構(gòu)和頂緊螺母7，所述的兩個外摩擦盤5對稱安裝在固定支承單元的套筒的兩端，兩個內(nèi)摩擦盤6對稱安裝在固定支承單元的基座的兩側(cè)端面上，外摩擦盤5與內(nèi)摩擦盤6之間存在初始間隙;所述的作動機(jī)構(gòu)安裝在基座I中并通過頂緊螺母7軸向固定;所述的作動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動件9和設(shè)置在驅(qū)動件兩端的頂塊8構(gòu)成。
[0021]如圖2-3所示，所述的基座I的底部設(shè)有用于與地面固定的地腳螺釘孔101，內(nèi)部設(shè)有用于安裝可調(diào)支承單元的作動機(jī)構(gòu)的通孔102，該通孔的中間部分為光孔，一邊為用于安裝頂緊螺母的螺紋孔;基座I的兩側(cè)通過軸向變形體105連接有外端面104，所述通孔102的中間均留有用于連接控制線路的開孔103，位于基座I上半部分的開孔為直孔，位于基座下半部分的開孔為相貫孔。
[0022]本發(fā)明的裝配過程如下:
將頂塊8和驅(qū)動件9分別裝入基座I的通孔102中間部分的光孔中，并分別將各個驅(qū)動件9的控制線路從基座上的開孔103引出，再在基座I的通孔102—邊的螺紋孔中旋入頂緊螺母7并擰緊;將內(nèi)摩擦盤6分別安裝在基座I的外端面104兩端，并用螺釘旋入外端面104的螺紋孔中對其進(jìn)行緊固；然后，將軸承2裝進(jìn)套筒3內(nèi)并用套筒3中的凸緣對其定位，再將左邊的外摩擦盤5安裝到固定支承單元的套筒3上并用螺釘緊固；其次，將彈性墊圈4套在套筒3外，以左邊的外摩擦盤5定位;將彈性墊圈4連同軸承2、套筒3、左邊的外摩擦盤5裝入基座I中，依靠左邊的外摩擦盤5和左邊的內(nèi)摩擦盤6貼緊來對以上部件進(jìn)行定位;將右邊的外摩擦盤5安裝在套筒右端，并用螺釘緊固；最后將轉(zhuǎn)子裝入軸承，通過控制線路使驅(qū)動件9伸長，頂緊兩端的頂塊8，借助頂塊8上的半球型凸起使得兩端內(nèi)、外摩擦盤頂緊，從而實現(xiàn)自動對中；將基座通過地腳螺釘孔101固定于地面或其他固定體上，通過控制線路使驅(qū)動件9恢復(fù)原狀，自此裝配步驟完成。
[0023]本發(fā)明的工作原理:
本發(fā)明所述的可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承分為三種工作狀態(tài):分離狀態(tài)、干摩擦狀態(tài)和完全結(jié)合狀態(tài)，三種工作狀態(tài)可根據(jù)外接傳感器的反饋信號迅速切換；
當(dāng)轉(zhuǎn)子的振動幅值在允許值以內(nèi)時，支承處于分離狀態(tài)，可調(diào)支承單元的驅(qū)動件9不工作，基座I上的軸向變形體105無變形，外摩擦盤5和內(nèi)摩擦盤6的摩擦面間存在間隙，此時轉(zhuǎn)子振動的傳遞路徑為軸承2—套筒3—彈性墊圈4一基座1，由于彈性墊圈4的剛度較小，故此時的支承綜合剛度較小，支承綜合阻尼主要為彈性墊圈4的粘性阻尼；
當(dāng)轉(zhuǎn)子的振動幅值超過允許值，支承切換為干摩擦狀態(tài)，可調(diào)支承單元的驅(qū)動件9伸長，首先頂緊兩端的頂塊8，接著借助頂塊8上的半球型凸起頂緊基座I上的外端面104，然后基座I上的軸向變形體105產(chǎn)生軸向變形，從而使外摩擦盤5和內(nèi)摩擦盤6的摩擦面接觸，調(diào)節(jié)驅(qū)動件9輸出的控制力，使得外摩擦盤5和內(nèi)摩擦盤6保持動摩擦狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)子振動的傳遞路徑為兩條路徑并聯(lián)，分別是軸承2—套筒3—彈性墊圈4 一基座I和軸承2—套筒3—外摩擦盤5—內(nèi)摩擦盤6—基座I，相對于分離狀態(tài)而言，原振動傳遞路徑上并聯(lián)了一部分零部件，故支承綜合剛度變大，而支承綜合阻尼主要為彈性墊圈4的粘性阻尼和外摩擦盤5與內(nèi)摩擦盤6之間相互摩擦產(chǎn)生的庫倫阻尼，庫倫阻尼能迅速消耗轉(zhuǎn)子振動的能量，從而振動的幅值降下來；
當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)需要瞬時切換固有頻率以繞過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時，可先由分離狀態(tài)切換至完全結(jié)合狀態(tài)，可調(diào)支承單元的驅(qū)動件9伸長，首先頂緊兩端的頂塊8，接著借助頂塊8上的半球型凸起頂緊基座I上的外端面104，然后基座I上的軸向變形體105產(chǎn)生軸向變形，從而使外摩擦盤5和內(nèi)摩擦盤6的摩擦面接觸，將驅(qū)動件9輸出的控制力調(diào)大，使得外摩擦盤5和內(nèi)摩擦盤6的摩擦面完全壓緊，由動摩擦變?yōu)殪o摩擦，此時套筒3和基座I之間不再產(chǎn)生相對位移，故轉(zhuǎn)子振動的傳遞路徑為軸承2—套筒3—外摩擦盤5—內(nèi)摩擦盤6—基座I，由于彈性墊圈4被完全隔離，故此時的支承綜合剛度值達(dá)到最大，而支承綜合阻尼值達(dá)到最小，從而轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率增大，等轉(zhuǎn)速上升至超過原臨界轉(zhuǎn)速后，再切換為分離狀態(tài)，這樣就可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升階段避開共振區(qū)。
[0024]通過以上三種狀態(tài)的來回切換，可對轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行靈活的主動控制，使其振動幅值一直控制在允許范圍內(nèi)。
[0025]上述驅(qū)動件9通常用壓電陶瓷驅(qū)動件，通過電壓控制其變形，電壓越大變形越大，輸出的力也越大；當(dāng)內(nèi)外摩擦盤間的壓緊力乘以摩擦系數(shù)得到的摩擦力小于結(jié)構(gòu)的慣性力時，接觸但不完全壓緊;如果需要完全壓緊直接把壓緊力調(diào)到非常大就可以。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于:包括固定支承單元和可調(diào)支承單元;其中，所述的固定支承單元包括基座、軸承、套筒和彈性墊圈，所述的軸承安裝于套筒內(nèi)，彈性墊圈安裝于套筒和基座之間;所述的可調(diào)支承單元包括兩個內(nèi)摩擦盤、兩個外摩擦盤、至少兩個以上的作動機(jī)構(gòu)和頂緊螺母，所述的兩個外摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的套筒的兩端，兩個內(nèi)摩擦盤對稱安裝在固定支承單元的基座的兩側(cè)端面上，外摩擦盤與內(nèi)摩擦盤之間存在初始間隙;所述的作動機(jī)構(gòu)安裝在基座中并通過頂緊螺母軸向固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述的基座的底部設(shè)有用于與地面固定的地腳螺釘孔，內(nèi)部設(shè)有通孔，基座的兩側(cè)通過軸向變形體連接有外端面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述通孔的中間部分為光孔，一邊為用于安裝頂緊螺母的螺紋孔。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述通孔的中間均留有用于連接控制線路的開孔，位于基座上半部分的開孔為直孔，位于基座下半部分的開孔為相貫孔。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述套筒的兩個端面均布有用于固定外摩擦面的螺紋孔，內(nèi)部設(shè)有一圈用于定位軸承的凸緣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述的兩個內(nèi)摩擦盤通過螺釘安裝在固定支承單元的基座的外端面上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述的作動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動件和設(shè)置在驅(qū)動件兩端的頂塊構(gòu)成，安裝在基座的通孔中并通過頂緊螺母軸向固定，頂緊螺母安裝在通孔與外端面相交段的螺紋孔中。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述彈性墊圈由金屬橡膠、粘彈性橡膠或橡膠-硅油材料制成，其界面形狀為“凸”字型，內(nèi)徑相等，中間外徑大，兩邊外徑小。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的主動減振支承，其特征在于，所述的驅(qū)動件為壓電陶瓷驅(qū)動件、電磁鐵驅(qū)動件、液壓進(jìn)動機(jī)構(gòu)中的一種。
【文檔編號】F16F15/129GK105927708SQ201610467340
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】李苗苗, 朱如鵬, 彭勃, 李峙岳, 解培, 倪德
【申請人】南京航空航天大學(xué)