CN104154172A - 一种自适应调频式动力吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应调频式动力吸振器，属于振动噪声控制技术领域。吸振器包括步进电机、转盘、连杆、导杆、调整质量块、固定质量块、步进电机控制系统、弹性元件、接线端子、上下底板、接线端子、直线轴承、销轴、螺母及外壳。由转盘、连杆、导杆及嵌入外壳的直线轴承组成连杆系统，步进电机通过步进电机控制系统控制电机的转向及步长，驱动转盘转动，转盘转动带动连杆系统工作使导杆在直线轴承轴向上运动，实现调节导杆的长度即改变了吸振器的刚度单元，达到调频的目的。本发明可自主跟踪被控对象转速变化自动调节吸振器的频率，确保被控设备在变工况或转速漂移时的吸振效果。

Description

一种自适应调频式动力吸振器

技术领域

本发明涉及一种动力吸振器，属于振动噪声控制技术领域。

背景技术

目前减振降噪受到广泛的关注及重视，为降低旋转设备的振动噪声采取了很多减振措施，取得了一定的控制效果，但从实测数据发现还存在强线谱，而动力吸振器是降低或消除线谱的有效手段，故其受到国内外广泛的研究，也得到广泛的应用。

动力吸振器要取得最佳的吸振效果，需要满足吸振器的自身设计频率与被控强线谱频率完全吻合，当吸振器的自身设计频率与被控线谱频率偏离时吸振效果将大打折扣。实际工程应用中，会出现弹性元件的刚度及吸振器的质量与设计值出现偏差，常规办法为通过调整吸振器的质量来实现调节吸振器的设计频率，需要对质量块进行二次加工，增加设计周期及设计成本。同时旋转设备在正常工作时转速会出现小范围的波动，导致吸振器的设计频率与激励频率偏离，影响吸振效果。

目前，国内所设计的吸振器为实现吸振器的设计频率可调而设计了半主动式吸振器。有设计师通过调节吸振器内的电磁刚度来改变吸振器的设计频率，

但是它会带来电磁干扰性问题及需要提供大电源设备，附属设备复杂同时电磁刚度容易出现非线性，控制较为困难。不满足调频结构简单及可靠性要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应调频式动力吸振器，可自主跟踪被控对象转速变化自动调节吸振器的频率，确保被控设备在变工况或转速漂移时的吸振效果。

一种自适应调频式动力吸振器，包括步进电机、连杆组件、调整质量块、固定质量块、螺母、步进电机控制系统、弹性元件、接线端子、上面板、下底板、直线轴承Ⅱ、直线轴承Ⅲ、连杆销轴、转盘销轴、销轴螺母和外壳，其中，所述连杆组件包括转盘、连杆、导杆和嵌入外壳的直线轴承Ⅰ；

其整体连接关系为：上面板和下底板将外壳的上下两个开口端封闭形成一个密闭空腔，步进电机固定在下底板的中心位置上且位于密闭空腔内，步进电机控制系统通过弹性元件固定在下底板上，弹性元件可降低设备振动对步进电机控制系统的振动，确保控制系统可靠工作，接线端子固定连接在外壳上，步进电机控制系统通过接线与接线端子和步进电机连接；转盘与步进电机的输出轴固定连接，连杆的一端与转盘活动连接，调整质量块、固定质量块及导杆通过两个螺母固定后组成一个整体，导杆穿过嵌入到外壳的直线轴承内，导杆能够在直线轴承Ⅰ内轴向运动，导杆穿过直线轴承Ⅰ的一端与连杆的另一端活动连接。

进一步的，所述导杆为圆柱状结构，保证动力吸振器沿导杆径向任意方向均具有一致的刚度。

进一步的，由导杆及调整质量块和固定质量块组成的悬臂式动力吸振器数量与安装位置根据减振需求自由组合。

进一步的，所述转盘为圆盘或杆式结构；

进一步的，所述连杆的一端通过直线轴承Ⅲ、转盘销轴和销轴螺母与转盘活动连接；

进一步的，所述导杆穿过直线轴承Ⅰ的一端通过直线轴承Ⅱ、连杆销轴和销轴螺母与连杆的另一端活动连接。

工作原理：所述步进电机控制系统包含步进电机驱动模块、转速采集模块及单片机控制模块；外界设备转速通过接线端子与转速采集模块连接，转速采集模块采集到安装设备的转速后，为单片机控制模块提供输入信号，单片机控制模块解析出设备的运转频率后结合导杆不同有效长度对应的吸振频率，计算出步进电机的工作方向及步长，输出给步进电机驱动模块驱动步进电机工作。步进电机通过步进电机控制系统控制步进电机的转向及步长，步进电机驱动转盘转动，转盘转动带动连杆系统工作使导杆在直线轴承轴向上运动，实现调节导杆的长度即改变了吸振器系统的刚度单元，达到自适应调频的目的。

调频原理：依据径向简化频率方程(E为材料弹性模量，I为导杆截面惯性矩，m为质量块质量，L为质量块质心距离导杆固定端的距离)知，想要改变吸振器的频率主要可以通过调整质量m及导杆径向有效长度L。当材料已选定时，参数E不变；导杆不变时，参数I不变；当初始调整质量块确定后，整体质量已定，质量m不变；通过连杆系统调节导杆的有效距离L，从而改变频率。

自适应原理：单片机控制模块解析设备实时转速得到吸振器的频率，单片机控制模块查询出导杆有效长度对应不同吸振频率，得出步进电机的工作方向及步长，输出给步进电机驱动模块驱动步进电机工作，来驱动连杆系统动作改变导杆有效长度实现吸振器调频，达到能够实时跟踪设备转速变化来自适应调整吸振器频率的目的。

有益效果：

1、本发明中的吸振器质量单元由导杆上的集中质量、调整质量块和固定质量块组成的整体质量M。调整质量块可以根据所设计的吸振器频率初始改变调整质量块的重量；同时在导杆外端攻有螺纹，通过双螺母将固定质量块、调整质量块与导杆固定，既具有防松功能又使得动力吸振器拆装方便。

2、本发明中的连杆组件主要是通过连杆原理来改变导杆的有效长度，即改变吸振器导杆的刚度实现调频。其中，直线轴承确保销轴运转顺畅，减少摩擦；导杆通过转盘销轴、销轴螺母及直线轴承将导杆与连杆连接，其中直线轴承确保销轴运转顺畅，减少摩擦；导杆安装在嵌入外壳上的直线轴承上，保证导杆的轴向运动；转盘与步进电机输出轴固定，步进电机工作驱动连杆系统动作，实现调节导杆的长度来改变吸振频率的功能。

3、本发明在外壳上嵌入了4个直线轴承，直线轴承处即为吸振器的支点，由支点到整体质量块的距离为有效导杆长度L。同时可根据吸振器的安装空间及质量比任意组合导杆及整体质量M系统，布置灵活、通用程度高。

附图说明

图1为本发明的自适应调频式动力吸振器主剖视图；

图2为本发明的自适应调频式动力吸振器结构俯视示意图；

图3为调频式动力吸振器连杆系统原理示意图；

其中 1-步进电机 2-下底板 3-弹性元件 4-步进电机控制系统 5-接线端子 6-调整质量块 7-固定质量块 8-螺母 9-导杆 10-直线轴承Ⅰ11-连杆 12-销轴螺母 13-转盘 14-外壳 15-上面板 16-直线轴承Ⅱ 17-连杆销轴 18-直线轴承Ⅲ 19-转盘销轴。

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，包括步进电机1、连杆组件、调整质量块6、固定质量块7、螺母8、步进电机控制系统4、弹性元件3、接线端子5、上面板15、下底板2、直线轴承Ⅱ16、直线轴承Ⅲ18、连杆销轴17、转盘销轴19、销轴螺母12和外壳14，其中，所述连杆组件包括转盘13、连杆11、导杆9和嵌入外壳的直线轴承Ⅰ10；

其整体连接关系为：上面板15和下底板2将外壳14的上下两个开口端封闭形成一个密闭空腔，步进电机1固定在下底板2的中心位置上且位于密闭空腔内，步进电机控制系统4通过弹性元件3固定在下底板2上，弹性元件3可降低设备振动对步进电机控制系统4的振动，确保控制系统可靠工作，接线端子5固定连接在外壳14上，步进电机控制系统4通过接线与接线端子5和步进电机1连接；转盘13与步进电机1的输出轴固定连接，连杆11的一端通过直线轴承Ⅲ18、转盘销轴19和销轴螺母12与转盘13活动连接，调整质量块6、固定质量块7及导杆9通过两个螺母8固定后组成一个整体，导杆9穿过嵌入到外壳14的直线轴承10内，导杆9能够在直线轴承Ⅰ10内轴向运动，导杆9穿过直线轴承Ⅰ10的一端通过直线轴承Ⅱ16、连杆销轴17和销轴螺母12与连杆11的另一端活动连接。

所述步进电机控制系统4包含步进电机驱动模块、转速采集模块及单片机控制模块；外界设备转速通过接线端子5与转速采集模块连接；由调整质量块6、固定质量块7及导杆9端部的集中质量组成整体质量M，其中调整质量块6可根据设计对象特性设计一个初始质量，转速采集模块采集到安装设备的转速后，为单片机控制模块提供输入信号，单片机控制模块解析出设备的运转频率后结合导杆9不同有效长度对应的吸振频率，计算出步进电机1的工作方向及步长，输出给步进电机驱动模块驱动步进电机1工作。通过步进电机1驱动连杆系统工作来改变导杆9的有效长度达到调频目的。

具体的安装步骤如下：

a)将步进电机1固定在下底板2上，同时将步进电机控制系统4通过弹性元件3固定在下底板2上，连接步进电机控制系统4、接线端子5及步进电机1之间的接线，同时将外壳14与下底板2固定；

b)将转盘13与步进电机1的输出轴连接，将直线轴承Ⅲ18嵌入到连杆11和转盘13之间实现定位，用转盘销轴19和销轴螺母12将连杆11和转盘13固定，同时确保连杆11和转盘13能够自由转动无卡滞线现象；

c)将调整质量块6、固定质量块7及导杆9用两个螺母8固定，组成一个整体，同时将组合好的导杆9穿过嵌入到外壳14的直线轴承Ⅰ10内，导杆9能够在直线轴承Ⅰ10内轴向运动无卡滞现象；

d)将穿过直线轴承Ⅰ10内的导杆9通过直线轴承Ⅱ16、连杆销轴17和销轴螺母12与已固定在转盘13上的连杆11固定，同时确保导杆9和连杆11能够自由转动无卡滞线现象；

e)将上面板15与外壳14固定，形成吸振器的整体。

如附图2所示，整个自适应调频式动力吸振器最多可以安装4个悬臂式的组合动力吸振器，可以根据吸振器的安装空间及质量比任意组合悬臂式的组合动力吸振器的数目与位置，布置灵活、通用程度高。

如附图3所示，通过步进电机1实现转盘14不同方向的转动，带动连杆12及导杆9在直线轴承Ⅰ10上运动，通过改变α大小，来调整吸振器导杆有效长度L即改变吸振器的有效刚度，从而实现调节吸振器频率的功能。

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 (6)

1.一种自适应调频式动力吸振器，其特征是，步进电机(1)、连杆组件、调整质量块(6)、固定质量块(7)、螺母(8)、步进电机控制系统(4)、弹性元件(3)、接线端子(5)、上面板(15)、下底板(2)、直线轴承Ⅱ(16)、直线轴承Ⅲ(18)、连杆销轴(17)、转盘销轴(19)、销轴螺母(12)和外壳(14)，其中，所述连杆组件包括转盘(13)、连杆(11)、导杆(9)和嵌入外壳(14)的直线轴承Ⅰ(10)；

其整体连接关系为：上面板(15)和下底板(2)将外壳(14)的上下两个开口端封闭形成一个密闭空腔，步进电机(1)固定在下底板(2)的中心位置上且位于密闭空腔内，步进电机控制系统(4)通过弹性元件(3)固定在下底板(2)上，接线端子(5)固定连接在外壳(14)上，步进电机控制系统(4)通过接线与接线端子(5)和步进电机(1)连接；转盘(13)与步进电机(1)的输出轴固定连接，连杆(11)的一端与转盘(13)活动连接，调整质量块(6)、固定质量块(7)及导杆(9)通过两个螺母(8)固定后组成一个整体，导杆(9)穿过嵌入到外壳(14)的直线轴承(10)内，导杆(9)能够在直线轴承Ⅰ(10)内轴向运动，导杆(9)穿过直线轴承Ⅰ(10)的一端与连杆(11)的另一端活动连接。

2.如权利要求1所述的自适应调频式动力吸振器，其特征是，所述步进电机控制系统(4)包含步进电机驱动模块、转速采集模块及单片机控制模块；外界设备转速通过接线端子(5)与转速采集模块连接；转速采集模块采集到安装设备的转速后，为单片机控制模块提供输入信号，单片机控制模块解析出设备的运转频率后结合导杆(9)不同有效长度对应的吸振频率，计算出步进电机(1)的工作方向及步长，输出给步进电机驱动模块驱动步进电机(1)工作。

3.如权利要求1或2所述的自适应调频式动力吸振器，其特征是，所述导杆(9)为圆柱状结构。

4.如权利要求3所述的自适应调频式动力吸振器，其特征是，所述连杆(11)的一端通过直线轴承Ⅲ(18)、转盘销轴(19)和销轴螺母(12)与转盘(13)活动连接。

5.如权利要求3所述的自适应调频式动力吸振器，其特征是，所述导杆(9)穿过直线轴承Ⅰ(10)的一端通过直线轴承Ⅱ(16)、连杆销轴(17)和销轴螺母(12)与连杆(11)的另一端活动连接。

6.如权利要求1或2所述的自适应调频式动力吸振器，其特征是，由导杆(9)及调整质量块(6)和固定质量块(7)组成的悬臂式动力吸振器数量与安装位置根据减振需求自由组合。