CN103089837B - 正负弹簧并联式半主动控制型联轴器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，属于轴系扭转振动的减振技术领域。包括主动端、从动端、正负弹簧机构、控制器以及电源；主动端包括对合连接成空腔盘状的主动盘一和主动盘二；从动端包括同轴设置于主动端空腔中的从动盘；主动端通过轴承支撑在从动端上；从动盘沿周向设有开槽与主动盘外腔隆起部分构成用于安装正负弹簧机构的弹簧室；具有正刚度的螺旋弹簧与具有负刚度的连杆弹簧机构以并联的形式安装在弹簧室内；从动盘上还均弧形滑孔，滑孔内有两端固定在主动盘一和主动盘二上的限位销，限位销运动到滑孔两端时，正负弹簧机构被压缩至最大工作变形状态。本发明既能实现宽频带减振，又能传递大转矩，同时耗能小。

Description

正负弹簧并联式半主动控制型联轴器
技术领域
发明涉及一种联轴器，具体涉及一种半主动控制型联轴器，属于轴系扭转振动的减振技术领域。
背景技术
扭振现象在诸如车辆、船舶等旋转机械中普遍存在。这种振动容易引起机械故障和缩短机械使用寿命。随着现代内燃机的功率和转速不断提高，扭振现象引起的危害变得更加严重。
改善扭振问题的方法主要是通过移频原理，即通过振动特性设计，将结构固有扭转频率与扭转激励频率错开。利用这一原理，目前在旋转机械中普遍采用被动式弹性阻尼式扭转减振器，被动式减振器最大的缺陷在于：现代旋转机械所承受的扭振的频率和幅值会在很宽的范围变化，系统特性相对固定的被动式减振装置无法满足这一特点要求。
除了被动式扭转减振装置外，技术上还出现了主动控制式扭转减振装置，如CN101550986A说明了一种主动控制型电动扭振减振器，理论上在一定范围内可以实现根据需要适时改变弹性元件和阻尼元件的特性参数来达到满意的减振效果，但主动式扭转减振装置最大的缺陷是需要消耗较多的能量。所以需要设计一种新型轴系扭转减振装置，既能实现宽频带减振，同时又不消耗太多的能量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，既能实现宽频带减振，又能传递大转矩，同时耗能小。
一种正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，包括主动端、从动端、正弹簧机构、负弹簧机构、液压系统、阻尼片、控制器以及电源。其中，主动端包括对合连接成空腔盘状的主动盘一和主动盘二；从动端包括同轴设置于主动端空腔中的从动盘；主动端通过滚动轴承支撑在从动端上；从动盘沿周向设有矩形开槽与主动盘外腔隆起部分构成用于安装正负弹簧机构的弹簧室，弹簧室分正弹簧机构安装室和负弹簧机构安装室，正弹簧机构为一个具有正刚度的螺旋弹簧；负弹簧机构是由三根铰支和两个预压缩的螺旋压簧组成，其中两根铰支铰接形成直线连杆后，两端分别抵触两个预压缩的螺旋压簧，另一根铰支一端与前两根铰支的铰接点铰接，另一端与正弹簧机构固定连接；通过合理设置铰支长度、螺旋压簧刚度和预压缩量，得到所需要的负刚度；负弹簧机构在负弹簧机构安装室内有位移空间，电磁阀液压缸安装在负弹簧机构上，液压系统在控制器的控制下推动负弹簧机构在负弹簧机构安装室内实现位移，电源为液压系统和控制器供电；
具有正刚度的螺旋弹簧与具有负刚度的连杆弹簧机构以并联的形式安装在弹簧室内；从动盘上还均布有三个弧形滑孔，滑孔内有两端固定在主动盘一和主动盘二上的限位销，所述滑孔两端为限位销的极限位置，当限位销运动到极限位置时，正负弹簧机构被压缩至最大工作变形状态。
主动盘一和主动盘二的内侧各固定有一圈阻尼片，当主动端与从动端相对转动时，阻尼片与从动盘之间形成起阻尼作用的摩擦，抑制共振扭振幅值。
工作原理：本发明利用正负刚度并联相消的原理，合理设计负刚度弹簧，使正负刚度弹簧并联后，当主、被动盘相对位移在一定范围变动时，系统的刚度可以很小，来达到减振的目的；随着系统的载荷增大，负弹簧变形增大时，通过打开液压系统的电磁阀，使负弹簧不承受载荷，系统载荷全部由正弹簧承担，正弹簧在大载下变形达到新的平衡，再通过关闭液压系统的电磁阀，重新使正负弹簧机构并联，联轴器重新进入减振工作状态。
有益效果：这种正负刚度弹簧并联式半主动控制型联轴器可以解决传统扭转减振装置存在的传递大载荷与减振之间的矛盾。
附图说明
图1为本发明去掉三分之一主动盘2的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器的结构主视图；
图2为图1的A-A视图；
图3为去掉主动盘2的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器的结构主视图。
其中，1-主动盘Ⅰ、2-从动盘、3-从动盘限位孔、4-主动盘Ⅱ、5-限位销、6-控制器、7-油灌、8-油泵、9-进油电磁阀、10-泄油电磁阀、11-液压缸、12-位移传感器、13-连杆负弹簧机构、14-负弹簧机构安装座、15-螺旋弹簧、16-阻尼片、17-轴承、18-主动轴、19-从动轴、20-轴承锁圈。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，包括主动端、从动端、正弹簧机构、负弹簧机构、液压系统、阻尼片16、控制器6以及电源；其中，主动端包括对合连接成空腔盘状的主动盘Ⅰ1和主动盘Ⅱ4；从动端包括同轴设置于主动端空腔中的从动盘2；主动端通过滚动轴承17支撑在从动端上，轴承17由轴承锁圈20进行轴向限位；从动盘2沿周向设有四个矩形开槽与主动盘外腔隆起部分配合构成用于安装正负弹簧机构的弹簧室，弹簧室分正弹簧机构安装室和负弹簧机构安装室，正弹簧机构为一个具有正刚度的螺旋弹簧；负弹簧机构由连杆负弹簧机构13和负弹簧机构安装座14组成，连杆负弹簧机构13包括三根铰支和两个预压缩的螺旋压簧，其中两根铰支铰接形成直线连杆后，两端分别抵触两个预压缩的螺旋压簧，另一根铰支一端与前两根铰支的铰接点铰接，另一端与正弹簧机构固定连接，连杆负弹簧机构13整体位于负弹簧机构安装座14内部；通过合理设置铰支长度、螺旋压簧刚度和预压缩量，得到所需要的负刚度，负弹簧机构在负弹簧机构安装室内有位移空间；液压系统包括油灌7、油泵8、进油电磁阀9、泄油电磁阀10和液压缸11；液压缸11的推杆与负弹簧机构的负弹簧机构安装座14固定连接，控制器控制进油电磁阀9和泄油电磁阀10的开闭，将油罐7中的油液由油泵8泵入或泵出液压缸11，进而由液压缸11推动负弹簧机构在负弹簧机构安装室内实现位移，控制器6的控制信号由安装在负弹簧机构安装座14内部的位移传感器12发出；电源分别为控制器以及液压系统供电；
具有正刚度的螺旋弹簧15与具有负刚度的连杆负弹簧机构13以并联的形式安装在弹簧室内；从动盘2上还均布有三个外形为弧形的从动盘限位孔3，从动盘限位孔3内有两端固定在主动盘Ⅰ1和主动盘Ⅱ4上的限位销5，从动盘限位孔3两端为限位销5的极限位置，当限位销5运动到极限位置时，正负弹簧机构被压缩至最大工作变形状态。
主动盘Ⅰ1和主动盘Ⅱ4的内侧各固定有一圈阻尼片16，当主动端与从动端相对转动时，阻尼片16与从动盘2之间形成起阻尼作用的摩擦，抑制共振扭振幅值。
工作过程：当系统处于稳态工况时，进油电磁阀9和泄油电磁阀10都关闭，连杆负弹簧机构13和正刚度弹簧处于并联状态，系统的刚度很小，联轴器处于减振状态；当系统平均载荷增大时，连杆负弹簧机构13的位移变形会加大，当传位移感器12所测得连杆负弹簧机构13变形达到设定值时，控制器6启动油泵8，同时打开进油电磁阀9，向液压缸11供油，推动连杆负弹簧机构13回到平衡位置，然后进油电磁阀9关闭，联轴器又处于减振状态；这时，如果系统平均载荷变小，连杆负弹簧机构13的位移变形也会加大，当传位移感器12所测得连杆负弹簧机构13变形达到设定值时，控制器6会打开泄油电磁阀，液压缸11油液流回油灌7，连杆负弹簧机构13回到平衡位置，泄油电磁阀10关闭，系统又进入减振状态。这样，通过控制，可以使系统在各种载荷的稳态工况下都具有很好的减振效果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，其特征在于，包括主动端、从动端、正弹簧机构、负弹簧机构、液压系统、阻尼片(16)、控制器(6)以及电源；其中，主动端包括对合连接成空腔盘状的主动盘Ⅰ(1)和主动盘Ⅱ(4)；从动端包括同轴设置于主动端空腔中的从动盘(2)；主动端通过滚动轴承(17)支撑在从动端上，滚动轴承(17)由轴承锁圈(20)进行轴向限位；从动盘(2)沿周向设有矩形开槽与主动盘外腔隆起部分配合构成用于安装正负弹簧机构的弹簧室，弹簧室分正弹簧机构安装室和负弹簧机构安装室，正弹簧机构为一个具有正刚度的螺旋弹簧；负弹簧机构由连杆负弹簧机构(13)和负弹簧机构安装座(14)组成，连杆负弹簧机构(13)包括三根铰支和两个预压缩的螺旋压簧，其中两根铰支铰接形成直线连杆后，两端分别抵触两个预压缩的螺旋压簧，另一根铰支一端与前两根铰支的铰接点铰接，另一端与正弹簧机构固定连接，连杆负弹簧机构(13)整体位于负弹簧机构安装座(14)内部；液压系统包括油罐(7)、油泵(8)、进油电磁阀(9)、泄油电磁阀(10)和液压缸(11)；液压缸(11)的推杆与负弹簧机构的负弹簧机构安装座(14)固定连接，控制器控制进油电磁阀(9)和泄油电磁阀(10)的开闭；电源分别为控制器以及液压系统供电；
具有正刚度的螺旋弹簧(15)与具有负刚度的连杆负弹簧机构(13)以并联的形式安装在弹簧室内；从动盘(2)上还均布有三个外形为弧形的从动盘限位孔(3)，从动盘限位孔(3)内有两端固定在主动盘Ⅰ(1)和主动盘Ⅱ(4)上的限位销(5)，从动盘限位孔(3)两端为限位销(5)的极限位置，当限位销(5)运动到极限位置时，正负弹簧机构被压缩至最大工作变形状态。
2.如权利要求1所述的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，其特征在于通过合理设置铰支长度、螺旋压簧刚度和预压缩量，得到所需要的负刚度。
3.如权利要求1所述的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，其特征在于所述负弹簧机构在负弹簧机构安装室内有位移空间。
4.如权利要求1所述的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，其特征在于所述控制器(6)的控制信号由安装在负弹簧机构安装座(14)内部的位移传感器(12)发出。
5.如权利要求1所述的正负弹簧并联式半主动控制型联轴器，其特征在于主动盘Ⅰ(1)和主动盘Ⅱ(4)的内侧各固定有一圈阻尼片(16)，当主动端与从动端相对转动时，阻尼片(16)与从动盘(2)之间形成起阻尼作用的摩擦。
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