CN103821835A - 一种可控随机变刚度波纹管联轴器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控随机变刚度波纹管联轴器及方法，旋转机械的左右端转轴分别连接在波纹管（5）的两端孔内，所述波纹管（5）内充满磁流变弹性体（7），电磁铁铁芯（2）固定在支撑座（1）的环形圈套内，两个线圈骨架（4）上下对称地套设在电磁铁铁芯（2）上，两个电磁线圈分别缠绕在上下垂直方向对称分布的两个线圈骨架（4）上，波纹管（5）与电磁线圈（3）之间保持一定的间隙，随机电流发生装置以及直流电流发生装置均与电磁线圈（3）电连接。本发明的装置和方法能随机地改变作用于波纹管内磁流变弹性体的弹性模量，从而可以随机地改变波纹管联轴器的刚度。

Description

一种可控随机变刚度波纹管联轴器及方法
技术领域
本发明属于一种随机变刚度领域，具体涉及一种能够可控随机变刚度的波纹管联轴器以及改变波纹管联轴器刚度的方法。
背景技术
联轴器主要用于机械传动中的联接，是各类旋转机械的重要部件。在旋转机械中，联轴器不仅起到连接各转子、传递扭矩和补偿轴向、角向和径向位移的作用，而且对整个转子系统的动力学特性、运转精度和稳定性等都有着重要的影响。因此，需要研究联轴器对旋转机械系统动力学特性的影响。但是如果想要实验研究联轴器对旋转机械系统动力学特性的影响，必须加工大量联轴器，这在时间和经济上都是不允许的。因此需要借助于一种变刚度的联轴器。
经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号为CN1456824A的“一种变刚度波纹管联轴器”，主要是用来对多转子耦联系统进行稳定性控制，消除各个转子振动叠加造成的强烈振动，不能满足实验研究联轴器对旋转机械系统动力学特性影响的要求。
发明内容
本发明的目的是研制一个能够随机变刚度的波纹管联轴器，代替实验过程中需要加工过多零件，以此来降低实验成本和缩短研究周期。
本发明是通过下述技术方案实现的，一种可控随机变刚度波纹管联轴器，包括支撑座1、电磁铁铁芯2、电磁线圈3、线圈骨架4、波纹管5、旋转机械的左、右端转轴、磁流变弹性体7、随机电流发生装置、直流电流发生装置，旋转机械的左、右端转轴分别连接在所述波纹管的两端孔内，所述波纹管5内充满磁流变弹性体7，所述电磁铁铁芯固定在支撑座的环形圈套内，所述线圈骨架为上下垂直方向对称分布的位于支撑座的环形圈套内的两个线圈骨架，两个线圈骨架上下对称地套设在电磁铁铁芯上，所述电磁线圈包括上下垂直方向对称分布的两个差动联接的电磁线圈，并分别缠绕在上下垂直方向对称分布的两个线圈骨架上，所述波纹管与电磁线圈之间保持一定的间隙，随机电流发生装置以及直流电流发生装置均与电磁线圈电连接。
进一步的，所述随机电流发生装置包括计算机、模拟量输出卡、功率放大器，产生随机数的所述计算机、将随机数转换成模拟量的所述模拟量输出卡以及将模拟量转换成所需大小的实验电流的功率放大器之间相互电连接并与电磁线圈差动电连接。
进一步的，所述直流电流发生装置为一与电磁线圈电连接的产生直流电流的精密数控恒流源。
进一步的，旋转机械的左、右端转轴通过夹紧式联接或者涨套式联接的方式连接在所述波纹管的两端孔内。
进一步的，旋转机械的左、右端转轴通过定位螺钉或键连接将其连接在所述波纹管的两端孔内。
本发明还公开了一种改变波纹管联轴器刚度的方法，包括有如上所述的波纹管联轴器，通过计算机产生随机数，通过模拟量输出卡将随机数转换成模拟量输出，再通过功率放大器将其转换成所需大小的实验随机电流，并与电磁线圈差动电连接；
将实验随机电流与精密数控恒流源产生的偏置电流传输给电磁线圈，随机地改变作用于波纹管内磁流变弹性体的磁场强度，进而改变波纹管内磁流变弹性体的弹性模量，从而随机地改变波纹管联轴器的刚度。
进一步的，将上下垂直方向对称分布的两个电磁铁线圈电联在一起以保证电磁铁线圈中通入相同的直流偏置电流和反向差动的实验随机电流。
本发明的技术效果是：通过改变电磁线圈的电流，即可调整电磁场强度E大小，从而改变波纹管联轴器内磁流变弹性体的弹性模量，使波纹管联轴器的扭转刚度和弯曲刚度得到调整。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的工作示意图。
其中:1为支座，2为电磁铁铁芯，3为电磁线圈，4为线圈骨架，5为波纹管，6为旋转机械的右端转轴，7为磁流变弹性体，8为定位螺钉,9为功率放大器，10为模拟量输出卡、11为计算机，12为直流电流源，13为定位销，14为旋转机械的左端转轴。
具体实施方式
波纹管联轴器中波纹管是承受扭矩的主要部件。通过在波纹管内充入磁流变弹性体，对波纹管联轴器进行变刚度控制。
实施例1
一种可控随机变刚度波纹管联轴器，包括支撑座1、电磁铁铁芯2、电磁线圈3、线圈骨架4、波纹管5、转轴6和14、磁流变弹性体7、随机电流发生装置、直流电流发生装置，旋转机械的转轴6和14分别连接在所述波纹管5的两端孔内，所述波纹管5内充满磁流变弹性体7，所述电磁铁铁芯2固定在支撑座1的环形圈套内，所述线圈骨架4为上下垂直方向对称分布的位于支撑座1的环形圈套内的两个线圈骨架4，两个线圈骨架4上下对称的套设在电磁铁铁芯2上，所述电磁线圈3为上下垂直方向对称分布的两个相互差动连接的电磁线圈，并分别缠绕在上下垂直方向对称分布的两个线圈骨架4上，所述波纹管5与电磁线圈3之间保持一定的间隙，随机电流发生装置以及直流电流发生装置均与电磁线圈3电连接。
进一步的，充入磁流变弹性体的波纹管联轴器5两端与转轴6和14分别通过定位螺钉8紧固。
实施例2
一种可控随机变刚度波纹管联轴器，包括支撑座1、电磁铁铁芯2、电磁线圈3、线圈骨架4、波纹管5、转轴6和14、磁流变弹性体7、随机电流发生装置、直流电流发生装置，旋转机械的转轴6和14分别连接在所述波纹管5的两端孔内，所述波纹管5内充满磁流变弹性体7，所述电磁铁铁芯2固定在支撑座1的环形圈套内，所述线圈骨架4为上下垂直方向对称分布的位于支撑座1的环形圈套内的两个线圈骨架4，两个线圈骨架4上下对称的套设在电磁铁铁芯2上，所述电磁线圈3为上下垂直方向对称分布的两个相互差动连接的电磁线圈，并分别缠绕在上下垂直方向对称分布的两个线圈骨架4上，所述波纹管5与电磁线圈3之间保持一定的间隙，随机电流发生装置以及直流电流发生装置均与电磁线圈3电连接。
将电磁铁铁芯2放入支撑座1的环形圈套内，使铁芯2的一侧与支撑座1的一端紧密结合，通过定位销将电磁铁铁芯2紧固到支撑座1上。
将电磁铁线圈3缠绕在线圈骨架4上，然后将其套在电磁铁铁芯2上。通过线圈骨架4和铁芯2紧密配合，使线圈骨架4牢牢固定在铁芯2上。
实施例3
一种改变波纹管联轴器刚度的方法，包括有如上所述的波纹管联轴器，首先，通过计算机11产生随机数，通过模拟量输出卡10将随机数转换成模拟量输出，再通过功率放大器9将其转换成所需大小的实验随机电流，并与电磁线圈差动电连接；接着，将实验随机电流与精密数控恒流源12产生的偏置电流传输给电磁线圈3，随机地改变作用于波纹管5内磁流变弹性体7的磁场强度，进而改变波纹管5内磁流变弹性体7的弹性模量，从而随机地改变波纹管联轴器的刚度。
为了保证电磁铁线圈中通入相同的直流偏置电流和反向差动的实验随机电流，将上下垂直方向对称分布的两个电磁铁线圈电联在一起。
实施例4
一种改变波纹管联轴器刚度的方法，通过精密数控恒流源12产生偏置电流给电磁线圈3，改变波纹管5内磁流变弹性体7的磁场强度，进而改变波纹管5内磁流变弹性体7的弹性模量，从而改变波纹管联轴器5的刚度。通过计算机11中matlab统计工具箱产生随机数，把产生的随机数作为信号源，通过模拟量输出卡10将随机数转换成模拟量输出，再通过功率放大器9将其转换成所需大小的实验随机电流，并与电磁线圈差动电连接；接着，将实验随机电流传输给电磁线圈3，随机地改变作用于波纹管5内磁流变弹性体7的磁场强度，进而改变波纹管5内磁流变弹性体7的弹性模量，从而可以随机地改变波纹管联轴器的刚度。
本发明的实际效果和意义在于：结构简单，使用方便，通过改变电磁线圈的电流，即可调整电磁场强度E大小，从而改变波纹管联轴器内磁流变弹性体的弹性模量，使波纹管联轴器的扭转刚度和弯曲刚度得到调整。
该发明可以用于解决关于随机参数的转子系统动力学问题，以及实验研究联轴器对转子系统动力学性能的影响。由于实验研究过程中需要加工过多的零件，通过随机变刚度波纹管联轴器代替普通联轴器，不仅可以降低实验成本，而且缩短了研究周期。此外，其还可以用于对各种水轮机发电机组、汽轮发电机组、大型离心机、压缩机等旋转机械的可靠性和稳定性分析，提高旋转机械设备运行的效率、经济效益和安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种可控随机变刚度波纹管联轴器，包括支撑座、电磁铁铁芯、电磁线圈、线圈骨架、波纹管、旋转机械的左、右端转轴、磁流变弹性体、随机电流发生装置、直流电流发生装置，其特征在于：旋转机械的左、右端转轴分别连接在所述波纹管的两端孔内，所述波纹管内充满磁流变弹性体，所述电磁铁铁芯固定在支撑座的环形圈套内，所述线圈骨架为上下垂直方向对称分布的位于支撑座的环形圈套内的两个线圈骨架，两个线圈骨架上下对称地套设在电磁铁铁芯上，所述电磁线圈包括上下垂直方向对称分布的两个差动联接的电磁线圈，并分别缠绕在上下垂直方向对称分布的两个线圈骨架上，所述波纹管与电磁线圈之间保持一定的间隙，随机电流发生装置以及直流电流发生装置均与电磁线圈电连接。
2.如权利要求1中所述的可控随机变刚度波纹管联轴器，其特征在于：所述随机电流发生装置包括计算机、模拟量输出卡、功率放大器，产生随机数的所述计算机、将随机数转换成模拟量的所述模拟量输出卡以及将模拟量转换成所需大小的实验电流的功率放大器之间相互电连接并与电磁线圈差动电连接。
3.如权利要求1中所述的可控随机变刚度波纹管联轴器，其特征在于：所述直流电流发生装置为一与电磁线圈电连接的产生直流电流的精密数控恒流源。
4.如权利要求1中所述的可控随机变刚度波纹管联轴器，其特征在于：旋转机械的左、右端转轴通过夹紧式联接或者涨套式联接的方式连接在所述波纹管的两端孔内。
5.如权利要求1中所述的可控随机变刚度波纹管联轴器，其特征在于：旋转机械的左、右端转轴通过定位螺钉或键连接将其连接在所述波纹管的两端孔内。
6.一种随机改变波纹管联轴器刚度的方法，包括有如权利要求1-5任一项所述的波纹管联轴器，其特征在于：通过计算机产生随机数，通过模拟量输出卡将随机数转换成模拟量输出，再通过功率放大器将其转换成所需大小的实验随机电流，并与电磁线圈差动电连接；将实验随机电流与精密数控恒流源产生的偏置电流传输给电磁线圈，随机地改变作用于波纹管内磁流变弹性体的磁场强度，进而改变波纹管内磁流变弹性体的弹性模量，从而随机地改变波纹管联轴器的刚度。
7.如权利要求6中所述的方法，其特征在于：将上下垂直方向对称分布的两个电磁铁线圈电联在一起以保证电磁铁线圈中通入相同的直流偏置电流和反向差动的实验随机电流。
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