CN101982926B

CN101982926B - 二级动摆混沌振动电机

Info

Publication number: CN101982926B
Application number: CN 201010504023
Authority: CN
Inventors: 刘极峰; 杨小兰; 张�杰
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: CN101982926A

Abstract

本发明涉及一种具有特殊惯性激振能力的振动电机，特别是一种具有二级动摆结构的混沌振动电机，属于振动利用工程技术领域。包括电动机部分和二级动摆组件；电动机部分包括定子、机壳、轴承座、轴承一、转子轴和压盖；二级动摆组件在转子轴左、右两端呈对称分布，二级动摆组件包括定摆、一级动摆、二级动摆、轴和轴承；二级动摆组件安装于转子轴轴端部分，定摆通过平键固结于转子轴；一级动摆与定摆之间装有轴套，一级动摆通过轴承二与转子轴相铰接，一级动摆下部装有二级摆轴；二级动摆通过轴承三与二级摆轴相铰接。所述定摆、一级动摆、二级动摆的质量比一般为5∶3.5∶1.5。所述机壳两端轴承座上分别装有动摆组件罩。

Description

二级动摆混沌振动电机

技术领域

本发明涉及一种具有特殊惯性激振能力的振动电机，特别是一种具有二级动摆结构的混沌振动电机，属于振动利用工程技术领域。

背景技术

振动电机是利用振动原理来驱动振动机械工作的激振设备，普通振动电机与普通电动机都具有定子和转子结构，但其在原理、功能和其他结构方面都有很大区别。

普通振动电机是在转子轴的两端，分别装有两组(每组2块)可调节相对角度的偏心摆块(简称摆块)组成激振源，在回转时产生激振力，通过电机底座带动振动机械系统产生振动；由于摆块的离心作用，转子轴可产生沿圆周方向变化的激振力；开机前可根据负荷需要调整轴端摆块相对夹角，以调节振动电机的激振力。普通振动电机是集动力源和激振源于一体，具有激振力较大且停机后可调、体积小、重量轻、结构简单、使用维护方便等优点，近年来在很多振动机械或振动利用工程中得到应用。

普通振动电机的摆块固结于转子轴上，最大激振力一经调定，在运行过程中即为定值，但其在启动和停机过程中，当振动频率接近于系统的固有频率时，振幅会迅速增加而产生共振，不仅使系统失去稳定性，且容易引起振动机械包括振动电机本身结构的损坏；另在很多情况下，振动机械需要系统具有宽的功率谱曲线和运动轨迹的某些不规则性能，来完成一些特殊的作业内容，如振动筛机的透筛率过低、发生卡筛等问题，振动磨机微粉的不细化、易团聚等问题，普通振动电机对于这些问题的解决几乎是无能为力的。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种二级动摆混沌振动电机，有效地解决上述技术问题，使系统在启动阶段以很小的激振力启动，大大降低振动电机的启动力矩，提高振动机械启动的快速性和可靠性；停机阶段以很小的激振力通过其系统的共振区，从而防止共振的产生，达到能耗低、寿命长的目的。

本发明是将振动电机轴端的偏心摆块分为定摆和动摆，定摆形状常为扇形，动摆形状可为扇形亦可依据需要制作成其他形状；动摆又分为一级动摆、二级动摆，定摆固定在电机轴上，一级动摆活套在电机轴上或装在定摆轴上，二级动摆则需装在一级动摆轴上。在运行过程中两动摆不仅相对于定摆的位置是自由的，且两动摆之间的相对位置也是自由的，即本发明一端的定摆、一级动摆、二级动摆共具有3个自由度，由此可知本发明至少为3自由度机构。

影响两动摆的运动特性和运动不确定性的因素很多，使机构具有确定输入而不确定输出的混沌运动，混沌运动的特点就是具有宽的功率谱曲线和运动轨迹的某些不规则性能，本发明恰是利用这些特点将混沌运动应用于一些特殊的振动机械系统。

由于动摆的作用，使振动电机各摆块瞬时合成的总惯性力可在运行过程中发生变化，特别是在启动、停机过程中，鉴于本发明的结构所致可使其总惯性力很小或接近于零，从而使振动电机能以较小或接近于零的激振力通过共振区，进而避免系统的共振。

本发明二级动摆混沌振动电机是采取以下技术方案实现的：

本发明主要包括电动机部分和二级动摆组件。电动机部分包括定子、机壳、轴承座、轴承一、转子轴和压盖；二级动摆组件在转子轴左右两端呈对称分布，二级动摆组件包括定摆、一级动摆、二级动摆、轴和轴承。

二级动摆组件安装于转子轴轴端部分，定摆通过平键固结于转子轴；一级动摆与定摆之间装有轴套，一级动摆通过轴承二与转子轴相铰接，一级动摆下部装有二级摆轴；二级动摆通过轴承三与二级摆轴相铰接。

所述定摆、一级动摆、二级动摆的质量比一般为5∶3.5∶1.5，也可为其他比值的质量比，应视系统需要、结构允许、保障系统的运转和效率等因素综合考虑。

本发明的机壳两端轴承座上分别装有动摆组件罩，它分别将二级摆块组件全部罩住，以保证运转时的安全。

由于左右二级动摆组件的结构为对称分布，故仅对左摆块组件陈述之即可；还是由于对称性，运动时左右动摆组件易实现同步，偶有短时不同步的情况，则产生的轴向力偶矩完全在系统承受范围内，故不另加说明。

二级动摆组件的结构原理说明如下：

二级动摆组件安装于转子轴轴端，定摆通过平键固结于转子轴；一级动摆与定摆之间装有轴套，一级动摆通过轴承与转子轴相铰接，一级动摆下部装有二级摆轴；二级动摆通过轴承与二级摆轴相铰接。

本发明启动运转时，由于一、二级动摆的自由度不受限制，以及定摆与定位装置的作用，可使得启动力矩降低，提高启动的快速性；正常运转时，其相对位置和运动情况复杂；停机时定摆转速减慢，一级动摆由于惯性会沿ω方向移至由定位装置所限定的位置，此时一级动摆与定摆的偏心基本抵消，二级动摆无论在任何角度，都使振动电机以很小的激振力通过其系统的共振区，从而防止共振的产生；在定摆上设有许多定位孔，定位销可以插在不同的定位孔内，调节动摆与定摆启停时的夹角，以达到调节启停激振力的目的；当本发明按-ω运转时，可采用定摆右侧的定位销孔，装上定位销即可达到上述相同的效果。

在机壳两端轴承座上分别装有摆块罩，将二级动摆组件罩在摆块罩内，摆块罩的径向尺寸应依据所有二级动摆组件的运动范围而定。

由上述分析可知，本发明自由度至少为3，自由度越多，系统的运动越复杂。当转子轴带动定摆转动时，由于系统载荷的变化、电源电压波动、系统速度波动等因素的影响，一级动摆、二级动摆会在复杂多变的情况下和定摆发生相对转动，使各摆块质心位置和运动发生变化而产生混沌运动，系统的振频、振幅、激振力、振动强度等性能参数将发生较大变化，以实现宽的功率谱或运动轨迹某些不规则性能，如实现瞬态或在某个短时段上的大振幅、大激振力、大振动强度等特殊惯性性能。

另外，振幅、激振力、振动强度等参数最大值、作用时间尚与各级摆块质心的偏心距、摆块质量、激振器的瞬时转速、速度及加速度波动的规律等因素有关，由此产生的振动具有多频多幅的特点，即同一时刻有多个频率和振幅作用于系统，相当于多个频率和振幅的合成振动。

本发明二级动摆混沌振动电机上述性能的实现，对于克服振动机械的某些工作阻障，解决振动机械的某些关键技术或制约发展的瓶颈问题，如振动筛机的透筛率过低、卡筛；振动磨机微粉的不细化、易团聚；振动混料机中某些多种物料混合的混合均匀度不高、混合效率过低；各种料仓、料斗、溜槽的仓壁振动工作中物料粘结、起拱、滞留的非正常运动等问题，具有明显的工程效果和适用意义。

本发明还能使系统在启动阶段以很小的激振力启动，大大降低振动电机的启动力矩，提高振动机械启动的快速性和可靠性；停机阶段以很小的激振力通过其系统的共振区，从而防止共振的产生，达到能耗低、寿命长的目的，故对于频繁启动的振动机械尤为适用。

附图说明

图1是本发明的结构示意主视图。

图2是本发明拆去左摆块罩的结构示意侧视图。

图中标记：1、定子，2机壳，3、轴承一，4轴承座，5、平键，6、轴套，7、一级动摆，8、轴承二，9、转子轴，10、轴承三，11、二级动摆，12、二级动摆轴，13、摆块罩，14、定摆，15、压盖，16、定位销孔一，17定位销孔二，18、定位销孔三，19、定位销孔四，20、定位销一，21、定位销二，22、定位销三，23、定位销四。

具体实施方式

参照附图1，本发明主要包括电动机部分和二级动摆组件。电动机部分包括定子1、机壳2、轴承一3、轴承座4、转子轴9、压盖15等，与普通电动机类似，不再赘述。

所述二级动摆组件在转子轴9左、右两端呈对称分布，二级动摆组件包括平键5、轴套6、一级动摆7、轴承二8、轴承三10、二级动摆11、二级动摆轴12、摆块罩13、定摆14、定位销孔一16、定位销孔二17、定位销孔三18、定位销孔四19、定位销一20、定位销二21、定位销三22和定位销四23。

在所述振动电机的机壳两端轴承座4上固结有左、右动摆组件罩13，它分别将左、右二级动摆组件全部罩住，以保证运转时的安全。

如图1所示，由于左右二级动摆组件的结构为对称分布，故具体实施方式中仅对左摆块组件陈述之即可；还是由于对称性，运动时左右动摆组件易实现同步，偶有短时不同步的情况，则产生的轴向力偶矩完全在系统承受范围内。

二级动摆组件的结构原理以左二级动摆组件为例加以说明：

图1中，二级动摆组件安装于转子轴9轴端部分，定摆14通过平键5固结于转子轴9；一级动摆7与定摆14之间装有轴套6，一级动摆通过轴承二8与转子轴9相铰接，一级动摆下部装有二级摆轴12；二级动摆11通过轴承三10与二级摆轴12相铰接。

由图2可知，本发明按图示角速度ω启动运转时，由于一、二级动摆7、11的自由度不受限制，以及定摆14与定位销22或23的作用，可使得启动力矩降低，提高启动的快速性；停机时转速减慢，一级动摆7由于惯性被沿ω方向移至由定位销20或21所限定的位置(图中双点划线所示位置)，此时一级动摆7与定摆14的偏心基本抵消，此时二级动摆11无论在任何位置，都使振动电机以很小的激振力通过其系统的共振区，从而防止共振的产生，同时在定摆14上设有许多定位孔，定位销可以插在不同的定位孔内，调节动摆与定摆的夹角，以达到调节振动电机激振力的目的；当本发明按图示角速度-ω运转时，可采用定摆14右侧的定位销孔16-19，装上定位销即可达到上述相同的效果。

在机壳两端轴承座上分别装有动摆组件罩13，将二级动摆组件罩在动摆组件罩13内，动摆组件罩13的径向尺寸应依据所有二级动摆组件的运动范围而定。

图1、2表达的机构结构示意图，可得其机构自由度为3，自由度越多，系统的运动越复杂；当转子轴9带动定摆14转动时，由于系统载荷的变化、电源电压波动、系统速度波动等因素的影响，一级动摆7、二级动摆11会在复杂多变的情况下和定摆14发生相对转动，使各摆块质心位置和运动发生变化而产生混沌运动，可导致系统的总惯性力、激振力、振幅及振动强度发生较大变化，能实现较宽的功率谱或运动轨迹某些不规则性能，如实现瞬态或在某个短时段上的大振幅、大激振力、大振动强度等特殊惯性性能，这些特殊惯性性能的实现正是本发明的主要特点，通过控制装置可对其大小、作用时间进行有效控制。

本发明可用于振动机械中各种料仓、料斗、溜槽的仓壁振动，以防止物料粘结、起拱、滞留，促使物料正常运动；可用于直线振动筛、概率筛、旋振筛、振动给料机、振动给料斗、振动输送机、振动球磨机、振动棒磨机、行星式球磨机等各种振动机械作激振源和驱动源，使系统产生较宽的功率谱，实现系统运动轨迹某些不规则性能如大振幅、大激振力、大振动强度等特殊惯性性能的需求，更有效地完成系统的各种特殊作业内容和作业要求。

本发明也可用于一般振动机械，使系统在启动阶段以很小的激振力启动，大大降低振动电机的启动力矩，提高振动机械启动的快速性和可靠性；停机阶段以很小的激振力通过其系统的共振区，从而防止共振的产生，达到能耗低、寿命长的目的，本发明尤其适用于频繁启动的振动机械。

Claims

1.一种二级动摆混沌振动电机，其特征在于包括电动机部分和二级动摆组件；电动机部分包括定子、机壳、轴承座、轴承一、转子轴和压盖；二级动摆组件在转子轴左、右两端呈对称分布，二级动摆组件包括定摆、一级动摆、二级动摆、轴和轴承二；二级动摆组件安装于转子轴轴端部分，定摆通过平键固结于转子轴；一级动摆与定摆之间装有轴套，一级动摆通过轴承二与转子轴相铰接，一级动摆下部装有二级摆轴；二级动摆通过轴承三与二级摆轴相铰接。

2.根据权利要求1所述的二级动摆混沌振动电机，其特征在于所述定摆、一级动摆、二级动摆的质量比一般为5∶3.5∶1.5。

3.根据权利要求1所述的二级动摆混沌振动电机，其特征在于所述机壳两端轴承座上分别装有动摆组件罩。