CN105065568A - 一种抑制转动轴系振动的方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制转动轴系振动的方法，属于振动抑制技术领域。解决了现有转动轴系快速穿越共振频率的振动抑制方法存在的无法消除共振、对驱动元件要求苛刻和轴系在不同工作转速下振动幅度存在差异的问题。该方法将在转动轴系中轴承的内环或者外环的侧面设置一个压电调整环，当转动轴系的转速接近其自身的某一个共振频率时，给压电调整环施加直流激励信号，在逆压电效应下压电调整环厚度增加，从而使得轴承预紧力增大，轴承的支撑刚度对应增大，最终使得转动轴系的共振频率实现提高；当转动轴系的转速平稳超越原来的共振频率后，压电调整环断电，转动轴系的共振频率变为原共振频率，从而避免了共振的产生；本发明应用到振动抑制领域。

Description

一种抑制转动轴系振动的方法
技术领域
本发明属于振动抑制技术领域。
背景技术
各种机械设备在工作过程中都不可避免的存在振动问题，而振动会影响机床的加工精度、机器人的工作精度、飞行器的轨迹精度等；因此，振动抑制一直以来都是机械工程领域的一项核心和关键技术。各种不同机构的振动抑制中，转动轴系的振动抑制是工程领域人员最为关心的问题。例如，精密加工机床主轴的振动将直接影响其加工精度。
转动轴系振动抑制问题比较复杂，核心问题在于其固有振动模态的个数是无穷的，而当转动速度等于其任意一个固有频率时，都会发生共振；因此，抑制转动轴系振动的核心问题就是如何降低其共振振幅或者避免共振。
目前常用的方法是启动过程中当转动速度接近某一个固有频率时，增大加速度，使得转动轴系快速穿越共振点，避免轴系在该共振点出现过大的振动；但是，这种方法并未从根本上消除共振，而且驱动元件需要较大的输出力矩和功率才能满足加速度要求。
此外，转动轴系常用的工作转速有多个(例如机床主轴有多个工作转速来满足不同的加工精度要求)，这使得在不同的转速下其振动幅度不同，振动幅度大小取决于工作转速与轴系固有频率间差值的大小，目前的转动轴系轴承预紧力一般为恒定值，这使得其固有频率为固定值，因此各个工作转速下轴系的振动幅度不一致，也就是单一恒定的轴承预紧力无法同时满足多个工作频率下的振动抑制的需求，这不利于运动精度的提高。
发明内容
本发明是为了解决现有转动轴系快速穿越共振频率的振动抑制方法存在的无法消除共振、对驱动元件要求苛刻和轴系在不同工作转速下振动幅度存在差异的问题，本发明提供了一种抑制转动轴系振动的方法。
一种抑制转动轴系振动的方法，该方法为：在转动轴系中的轴承内环或者外环的侧面设置一个压电调整环，所述转动轴系在外部驱动元件的带动下实现由静止状态到预定速度的调整，当转动轴系的转速接近其自身的某一个共振频率时，给压电调整环施加正向或者反向直流激励信号，在逆压电效应下压电调整环厚度增加或者减小，从而使得轴承预紧力增大或者减小，轴承的支撑刚度对应增大或者减小，最终使得转动轴系的共振频率实现提高或者降低；
当转动轴系的转速平稳超越原来的共振频率后，压电调整环断电，转动轴系的共振频率变为原共振频率，从而避免了共振的产生。
当转动轴系工作在不同的恒定转速时，通过控制压电调整环施加激励信号幅值的大小，来实现轴承预紧力和支撑刚度的灵活调整，从而使得转动轴系在不同的工作转速下获得有效的振动抑制。
所述的外部驱动元件为电动机、液压马达或气动马达。
具体工作原理：
加速阶段：现有技术中转动轴系在外部驱动元件(可以是电动机、液压马达、气动马达等)的带动下实现由静止状态到预定速度的调整，加速过程中会穿越转动轴系的共振频率；而本发明所述的一种抑制转动轴系振动的方法在具体应用时，
当转动轴系的转速接近其自身的某一个共振频率时，给压电调整环5施加正向或者反向直流激励信号，在逆压电效应下压电调整环厚度增加或者减小，从而使得轴承预紧力增大或者减小，轴承的支撑刚度对应增大或者减小，最终使得转动轴系的共振频率实现提高或者降低；当转动轴系的转速平稳超越原来的共振频率后，压电调整环断电，转动轴系的共振频率变为原共振频率，从而避免了共振的产生。
恒速阶段：当转动轴系工作在不同的恒定转速时，通过控制压电调整环施加激励信号幅值的大小，可以实现轴承预紧力和支撑刚度的灵活调整，从而使得轴系在不同的工作转速下都能获得很好的振动抑制效果，有效提高运动精度。
本发明带来的有益效果是，本发明的一种抑制转动轴系振动的方法只需要在传统转动轴系中增加一个压电调整环即可实现，通过压电陶瓷的变形，可以灵活改变轴承预紧力和支撑刚度，从而可实现转动轴系固有频率的调整，从根本上避免了共振现象的发生，可有效抑制转动轴系的振动，也可以使得转动轴系在不同的工作转速下都能获得很好的振动抑制效果。本发明的一种抑制转动轴系振动的方法具有结构简单、易于控制，便于实现集成化和系列化突出优点。
附图说明
图1为具体实施方式一中，转动轴系和压电调整环的相对位置关系图；
图2为具体实施方式三中，转动轴系和压电调整环的相对位置关系图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种抑制转动轴系振动的方法，该方法是基于转动轴系实现的，所述的转动轴系包括转动轴1、基座2、两个轴承3、中间隔套4、外环预紧垫片6、端盖7、内环预紧垫片8和两个预紧螺母9；该方法的具体过程为：
步骤A1：在转动轴系中增加一个压电调整环5，
转动轴1与基座2通过两个轴承3转动连接；
中间隔套4设置在两个轴承3中间，且中间隔套4的两个侧面分别与两个轴承3的内环接触；右侧轴承3的外环与基座2上的轴肩接触，右侧轴承3的内环与转动轴1上的轴肩接触；端盖7与基座2侧面固定连接，实现轴承的预紧，且端盖7和左侧轴承3的外环之间依次设置有压电调整环5和外环预紧垫片6，外环预紧垫片6紧邻端盖7；两个预紧螺母9依次旋合在左侧轴承3的左端，且里侧的预紧螺母9和左侧轴承3的内环之间设置有内环预紧垫片8；
步骤A2：(一)当转动轴系处于加速阶段时：
取转动轴系某一阶共振频率f1，压电调整环5接通电源，通过压电调整环5施加正向激励信号，使共振频率f1升高至f2，或通过压电调整环5施加负向激励信号，使共振频率f1降低至f3，从而实现转动轴系共振频率的实时调整，
当通过压电调整环5施加正向激励信号时，压电调整环5断电时间点为：在转动轴系的当前转速所对应的频率超越f1，但又尚未到达f2的时间段，
当通过压电调整环5施加负向激励信号时，压电调整环5通电时间点为：在转动轴系的当前转速所对应的频率超越f3，但又尚未到达f1的时间段；
(二)当转动轴系处于恒速阶段，且转动轴系中的轴承工作在不同的恒定转速时:通过控制压电调整环5施加的激励信号幅值的大小，实现轴承预紧力和支撑刚度的调整，从而抑制转动轴系振动。
本实施方式，这种方法可以实现转动轴系共振频率的实时调整，在加速过程中不再穿越共振频率，从而可实现各种转动轴系振动的有效抑制。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种抑制转动轴系振动的方法的区别在于，所述的中间隔套4为压电调整环。
具体实施方式三：参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种抑制转动轴系振动的方法，该方法是基于转动轴系实现的，所述的转动轴系包括转动轴1、基座2、两个轴承3、中间隔套4、外环预紧垫片6、端盖7、内环预紧垫片8和两个预紧螺母9；该方法的具体过程为：
步骤A1：在转动轴系中增加一个压电调整环5，
转动轴1与基座2通过两个轴承3转动连接；
中间隔套4设置在两个轴承3中间，且中间隔套4的两个侧面分别与两个轴承3的外环接触，右侧轴承3的外环与基座2上的轴肩接触，右侧轴承3的内环与转动轴1上的轴肩接触；端盖7与基座2侧面固定连接，实现轴承的预紧，且端盖7和左侧轴承3的外环之间设置外环预紧垫片6，
两个预紧螺母9依次旋合在左侧轴承3的左端，且里侧的预紧螺母9和左侧轴承3的内环之间依次设置有内环预紧垫片8和有压电调整环5，压电调整环5固定设置在左侧轴承3的内环和内环预紧垫片8之间；
步骤A2：(一)当转动轴系处于加速阶段时：
取转动轴系某一阶共振频率f1，压电调整环(5)接通电源，通过压电调整环(5)施加正向激励信号，使共振频率f1升高至f2，或通过压电调整环5施加负向激励信号，使共振频率f1降低至f3，从而实现转动轴系共振频率的实时调整，
当通过压电调整环5施加正向激励信号时，压电调整环5断电时间点为：在转动轴系的当前转速所对应的频率超越f1，但又尚未到达f2的时间段，
当通过压电调整环5施加负向激励信号时，压电调整环5通电时间点为：在转动轴系的当前转速所对应的频率超越f3，但又尚未到达f1的时间段；
(二)当转动轴系处于恒速阶段，且转动轴系中的轴承工作在不同的恒定转速时:通过控制压电调整环5施加的激励信号幅值的大小，实现轴承预紧力和支撑刚度的调整，从而抑制转动轴系振动。
具体实施方式四：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种抑制转动轴系振动的方法，所述的中间隔套4为压电调整环。
本发明所述的一种抑制转动轴系振动的方法，将在转动轴系中轴承的内环或者外环的侧面设置一个压电调整环，所述转动轴系在外部驱动元件的带动下实现由静止状态到预定速度的调整，当转动轴系的转速接近其自身的某一个共振频率时，给压电调整环施加正向或者反向的直流激励信号，在逆压电效应下压电调整环厚度增加或者减小，从而使得轴承预紧力增大或者减小，轴承的支撑刚度对应增大或者减小，最终使得转动轴系的共振频率实现提高或者降低；当转动轴系的转速平稳超越原来的共振频率后，压电调整环断电，转动轴系的共振频率变为原共振频率，从而避免了共振的产生；这种方法可以实现转动轴系共振频率的实时调整，在加速过程中不再穿越共振频率，可实现各种类型转动轴系振动的有效抑制。

Claims (3)

1.一种抑制转动轴系振动的方法，其特征在于，该方法为：在转动轴系中的轴承内环或者外环的侧面设置一个压电调整环，所述转动轴系在外部驱动元件的带动下实现由静止状态到预定速度的调整，当转动轴系的转速接近其自身的某一个共振频率时，给压电调整环施加正向或者反向直流激励信号，在逆压电效应下压电调整环厚度增加或者减小，从而使得轴承预紧力增大或者减小，轴承的支撑刚度对应增大或者减小，最终使得转动轴系的共振频率实现提高或者降低；
当转动轴系的转速平稳超越原来的共振频率后，压电调整环断电，转动轴系的共振频率变为原共振频率，从而避免了共振的产生。
2.根据权利要求1所述的一种抑制转动轴系振动的方法，其特征在于，当转动轴系工作在不同的恒定转速时，通过控制压电调整环施加激励信号幅值的大小，来实现轴承预紧力和支撑刚度的灵活调整，从而使得转动轴系在不同的工作转速下获得有效的振动抑制。
3.根据权利要求1所述的一种抑制转动轴系振动的方法，其特征在于，所述的外部驱动元件为电动机、液压马达或气动马达。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105571802A (zh) * 2016-02-01 2016-05-11 苏州长菱测试技术有限公司 叶片预紧力的测试方法与装置
CN106904497A (zh) * 2017-04-05 2017-06-30 北京中丽制机工程技术有限公司 一种摩擦辊固有频率调节方法及装置
CN110736158A (zh) * 2019-08-30 2020-01-31 珠海格力电器股份有限公司 一种压电声子晶体型抗振管路、抗振方法及空调器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091670A (en) * 1989-06-19 1992-02-25 Seiko Instruments Inc. Ultrasonic motor
JP2005198424A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Nikon Corp 振動アクチュエータ装置及び光学装置
CN101710802A (zh) * 2009-12-14 2010-05-19 南通大学 小型柱体行波型超声波电机
CN102637017A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 西安交通大学 主轴性能实时监控装置、方法及其标定实验装置、方法
CN103543012A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 西安交通大学 一种滚动轴承刚度测试实验装置及其实验方法
CN103573979A (zh) * 2013-10-17 2014-02-12 华中科技大学 一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091670A (en) * 1989-06-19 1992-02-25 Seiko Instruments Inc. Ultrasonic motor
JP2005198424A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Nikon Corp 振動アクチュエータ装置及び光学装置
CN101710802A (zh) * 2009-12-14 2010-05-19 南通大学 小型柱体行波型超声波电机
CN102637017A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 西安交通大学 主轴性能实时监控装置、方法及其标定实验装置、方法
CN103543012A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 西安交通大学 一种滚动轴承刚度测试实验装置及其实验方法
CN103573979A (zh) * 2013-10-17 2014-02-12 华中科技大学 一种基于压电陶瓷执行器的轴承预紧力自调节装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105571802A (zh) * 2016-02-01 2016-05-11 苏州长菱测试技术有限公司 叶片预紧力的测试方法与装置
CN105571802B (zh) * 2016-02-01 2018-01-16 苏州长菱测试技术有限公司 叶片预紧力的测试方法
CN106904497A (zh) * 2017-04-05 2017-06-30 北京中丽制机工程技术有限公司 一种摩擦辊固有频率调节方法及装置
CN110736158A (zh) * 2019-08-30 2020-01-31 珠海格力电器股份有限公司 一种压电声子晶体型抗振管路、抗振方法及空调器

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