CN105351437B - 自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及振动测试方法 - Google Patents

Abstract

一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及振动测试方法，该系统包括金属丝网智能隔振器和计算机；金属丝网智能隔振器包括安装板、安装芯、外壳、阻尼壁、安装芯配合盘、金属丝网、伺服电机、阻尼调节机构、第一加速度传感器、第二加速度传感器、刚度调节机构；第一加速度传感器安装在安装芯配合盘上，第二加速度传感器安装在外壳内部的上壁；两个加速度传感器的输出端分别与计算机的输入端连接，伺服电机的输入端连接计算机的输出端。当振动源频率或振幅改变时两个加速度传感器分别采集被隔振对象和振动源的振动信号，计算机根据振动情况下达指令实时调节阻尼和刚度，实现振动源的振动状态不断变化时保证被隔振对象的振动状态始终符合隔振要求。

Description

自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及振动测试方法

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及振动测试方法。

背景技术

高端机械装备，如大型压缩机、大型工程机械装备、燃气轮机、航空装备、高档数控机床、水面舰艇、深水潜艇等工作状态大都处于连续的运转过程中，而且这些装备的工作速度越来越高，结构越来越复杂，尺寸越来越大，精度越来越高，结构部件越来越精密、功能越来越齐全，对其工作的可靠性与安全性，对外界及自身振动抑制与隔振的需要也越来越迫切。

常用的单层隔振系统，就是在支撑基座和设备之间插入一层减振器，优点是简单有效，当频

率比大于根号2时，隔振效果一般在10~20分贝之间，在工程上有广泛的应用。单层隔振系统的缺点是：当振源的激振力频率较低时，减振器的刚度必须很小，从而导致系统过分柔软，稳定性差，经受不住剧烈的摇动和突然的冲击，在中高频区由于减振器内部产生驻波效应，实际隔振效果会受到一定影响。若隔振器的刚度和阻尼能够随工况变化而自动变化，则可以解决单层隔振系统的上述缺点，达到简单高效。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及振动测试方法。

本发明的技术方案是：

一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统，包括金属丝网智能隔振器和计算机；

所述金属丝网智能隔振器包括安装板、安装芯、外壳、阻尼壁、安装芯配合盘、金属丝网、伺服电机、阻尼调节机构、第一加速度传感器、第二加速度传感器、刚度调节机构；

阻尼壁安装于外壳的内壁，金属丝网安装在外壳内壁且位于阻尼壁内侧；安装芯上端穿过外壳与安装板固定，安装板联接在被隔振对象上，外壳联接在振动源上；安装芯位于外壳内部的部分具有中空结构；安装芯上具有圆盘，安装芯的中空结构、安装芯配合盘与圆盘形成阻尼调节机构的安装空间，伺服电机固定在安装芯下端；第一加速度传感器安装在安装芯配合盘上，第二加速度传感器安装在外壳内部的上壁；

阻尼调节机构、刚度调节机构均安装在中空结构内部，阻尼调节机构安装在刚度调节机构上方的安装空间；阻尼调节机构能沿安装芯半径方向向外或向内移动，阻尼调节机构与阻尼壁间的接触压力随着阻尼调节机构沿安装芯半径方向向外或向内移动而增大或减小、振动时阻尼调节机构与阻尼壁间摩擦增大或减小、阻尼增大或减小；刚度调节机构能沿安装芯半径方向向外或向内移动，金属丝网的密度、刚度随着刚度调节机构沿安装芯半径方向向外或向内移动而增大或减小；

第一加速度传感器的输出端、第二加速度传感器的输出端分别与计算机的输入端连接，伺服电机的输入端连接计算机的输出端。

所述阻尼调节机构包括：第一从动锥齿轮、阻尼片、第一滚珠丝杠、拨叉、第一主动锥齿轮、锁止锥齿轮、拨叉电磁铁；拨叉电磁铁固结在中空结构顶部，拨叉电磁铁伸出端分别与锁止锥齿轮、拨叉固结；伺服电机的输出轴通过滑键与第一主动锥齿轮连接；第一主动锥齿轮随拨叉的轴向运动而运动；锁止锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合，第一从动锥齿轮与第一滚珠丝杠固结，第一滚珠丝杠与阻尼片（7）通过丝母连接，驱动阻尼片沿安装芯径向移动；

所述刚度调节机构包括：刚度调节片、第二从动锥齿轮、第二滚珠丝杠、第二主动锥齿轮；第二主动锥齿轮与第一主动锥齿轮固结，且第二主动锥齿轮与第一主动锥齿轮之间形成安装拨叉的凹槽，拨叉位于该凹槽内，第二主动锥齿轮与第二从动锥齿轮啮合，第二从动锥齿轮与第二滚珠丝杠固结，第二滚珠丝杠与刚度调节片通过丝母连接，驱动刚度调节片沿安装芯径向移动。

所述外壳与安装芯配合盘之间安装支撑弹簧。

采用所述的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统进行振动测试的方法，包括以下步骤：

步骤1、将安装板联接在被隔振对象上，外壳联接在振动源上；

步骤2、振动源以固定频率和振幅振动；

步骤3、当振动源频率或振幅改变时，第一加速度传感器、第二加速度传感器分别采集被隔振对象和振动源的振动信号传递给计算机；

步骤4、计算机根据被隔振对象和振动源的振动信号对拨叉电磁铁和伺服电机发出信号调节阻尼和刚度，直到被隔振对象的振动符合隔振要求即加速度小于设定阈值；

步骤4-1、调节阻尼：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于上工位，第一主动锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动阻尼片移动；阻尼片沿安装芯半径方向向外或向内移动时与阻尼壁接触压力增大或减小，振动时摩擦增大或减小，从而增大或减小阻尼；

步骤4-2、调节刚度：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于下工位，与拨叉电磁铁固结的锁止锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合从而锁止阻尼片；第二主动锥齿轮与第二从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与第二从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动刚度调节片移动；刚度调节片沿安装芯半径方向向外或向内移动时可以增大或减小金属丝网的密度，从而改变增大或减小金属丝网的刚度；

步骤4-3、判断当前被隔振对象的振动符合隔振要求：是，则拨叉电磁铁和伺服电机保持现有状态不动，否则，返回步骤4-1。

有益效果：

通过加速度传感器采集信号到计算机从而可以分析出实时振动情况，计算机根据振动情况下达指令给阻尼调节机构和刚度调节机构实时调节阻尼和刚度，改善振动情况，实现振动源的振动状态不断变化时保证被隔振对象的振动状态始终符合隔振要求。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统的外形图；

图2是本发明具体实施方式的金属丝网智能隔振器的内部结构图；

图3是本发明具体实施方式的阻尼调节机构、刚度调节机构的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式的安装芯结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示的一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统，包括金属丝网智能隔振器和计算机21。

如图2所示的金属丝网智能隔振器包括安装板1、安装芯2、外壳3、阻尼壁4、安装芯配合盘5、金属丝网10、伺服电机11、阻尼调节机构、第一加速度传感器18、第二加速度传感器19、刚度调节机构。伺服电机11采用S221直流伺服电机，第一加速度传感器18、第二加速度传感器19均采用CA-YD-103 压电式加速度传感器。

阻尼壁4安装于外壳3的内壁，金属丝网10安装在外壳3内壁且位于阻尼壁4内侧；安装芯2上端穿过外壳3与安装板1固定，安装板1通过螺栓联接在被隔振对象上，外壳3通过螺栓联接在振动源上；振动源以一定频率和振幅振动，金属丝网智能隔振器通过金属丝网10的刚度和阻尼片7与阻尼壁4产生的阻尼将振动隔离开来。当振动源频率或振幅改变时，加速度传感器19和加速度传感器18分别将振动源和被隔振对象的振动信号传递给计算机21，计算机21再对拨叉电磁铁17和伺服电机11发出信号调节金属丝网智能隔振器的刚度和阻尼，重复以上过程，通过反馈调节金属丝网智能隔振器的阻尼和刚度，使得在振动源频率与振幅频繁变化时隔振器能够自动适应振动源的变化，直到被隔振对象的振动符合隔振要求，使被隔振对象的振动一直在要求的范围之内。

安装芯2位于外壳3内部的部分具有中空结构22；如图4所示的安装芯2上具有圆盘23，圆盘23上开有与阻尼片7配合的凹槽，安装芯2的中空结构22、安装芯配合盘5与圆盘23形成阻尼调节机构的安装空间，伺服电机11固定在安装芯2下端；第一加速度传感器18安装在安装芯配合盘5上，第二加速度传感器19安装在外壳3内部的上壁。外壳3与安装芯配合盘5之间安装支撑弹簧20。

阻尼调节机构、刚度调节机构均安装在中空结构22内部，阻尼调节机构安装在刚度调节机构上方的安装空间；阻尼调节机构能沿安装芯2半径方向向外或向内移动，阻尼调节机构与阻尼壁4间的接触压力随着阻尼调节机构沿安装芯2半径方向向外或向内移动而增大或减小、振动时阻尼调节机构与阻尼壁4间摩擦增大或减小、阻尼增大或减小；刚度调节机构能沿安装芯2半径方向向外或向内移动，金属丝网10的密度、刚度随着刚度调节机构沿安装芯2半径方向向外或向内移动而增大或减小。

第一加速度传感器18的输出端、第二加速度传感器19的输出端分别与计算机21的输入端连接，伺服电机11的输入端连接计算机21的输出端。

如图3所示的阻尼调节机构包括：第一从动锥齿轮6、阻尼片7、第一滚珠丝杠8、拨叉14、第一主动锥齿轮15、锁止锥齿轮16、拨叉电磁铁17；拨叉电磁铁17选用MFZ1-4.5直流干式阀用电磁铁。拨叉电磁铁17固结在中空结构22顶部，拨叉电磁铁17伸出端分别与锁止锥齿轮16、拨叉14固结；伺服电机11的输出轴通过滑键与第一主动锥齿轮15连接，只提供转矩，不限制其轴向位移。第一主动锥齿轮15随拨叉14的轴向运动而运动；锁止锥齿轮16与四个第一从动锥齿轮6啮合，四个第一从动锥齿轮6分别与四个第一滚珠丝杠8固结，四个第一滚珠丝杠8分别与四个阻尼片7通过丝母连接，驱动四个阻尼片7沿安装芯2径向的四个不同方向移动。

如图3所示的刚度调节机构包括：刚度调节片9、第二从动锥齿轮12、第二滚珠丝杠13、第二主动锥齿轮24；第二主动锥齿轮24与第一主动锥齿轮15固结，且第二主动锥齿轮24与第一主动锥齿轮15之间形成安装拨叉14的凹槽，拨叉14位于该凹槽内，拨叉14不限制第一主动锥齿轮15、第二主动锥齿轮24的转动，仅限制轴向位移。第二主动锥齿轮24与四个第二从动锥齿轮12啮合，四个第二从动锥齿轮12分别与四个第二滚珠丝杠13固结，四个第二滚珠丝杠13分别与四个刚度调节片9通过丝母连接，驱动四个刚度调节片9沿安装芯2径向的四个不同方向移动。

本实施方式的金属丝网智能隔振器的阻尼调节方式如下：

计算机21发出信号使拨叉电磁铁17处于上工位，伺服电机11接收到计算机21的信号而转动，第一主动锥齿轮15与从动锥齿轮6啮合，从动锥齿轮6带动滚珠丝杠8转动，进而带动阻尼片7移动，阻尼片7沿安装芯2半径方向向外或向内移动时与阻尼壁4接触压力增大或减小，振动时摩擦增大或减小，从而增大或减小阻尼。

本实施方式的金属丝网智能隔振器的刚度调节方式如下：计算机21发出信号使拨叉电磁铁17处于下工位，与拨叉电磁铁固结的锁止锥齿轮16与从动锥齿轮6啮合从而锁止阻尼片7。伺服电机11接收到计算机21的信号而转动，带动第二主动锥齿轮24运动，从而带动从动锥齿轮12运动，滚珠丝杠13转动带动刚度调节片9移动。刚度调节片9沿安装芯2半径方向向外或向内移动时可以增大或减小金属丝网10的密度，从而改变增大或减小金属丝网10的刚度。调节完成后拨叉电磁铁17一直处于下工位，第一主动锥齿轮15起到锁止作用。

采用上述的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统进行振动测试的方法，包括以下步骤：

步骤1、将安装板联接在被隔振对象上，外壳联接在振动源上；

步骤2、振动源以固定频率和振幅振动；

隔振器在初始状态时不一定满足要求，所以需要先从初始状态调整至符合隔振要求的状态；

步骤3、当振动源频率或振幅改变时，第一加速度传感器、第二加速度传感器分别采集被隔振对象和振动源的振动信号传递给计算机；

步骤4、计算机根据被隔振对象和振动源的振动信号对拨叉电磁铁和伺服电机发出信号调节阻尼和刚度，直到被隔振对象的振动符合隔振要求即加速度小于设定阈值；

步骤4-1、调节阻尼：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于上工位，第一主动锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动阻尼片移动；阻尼片沿安装芯半径方向向外或向内移动时与阻尼壁接触压力增大或减小，振动时摩擦增大或减小，从而增大或减小阻尼；

步骤4-2、调节刚度：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于下工位，与拨叉电磁铁固结的锁止锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合从而锁止阻尼片；第二主动锥齿轮与第二从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与第二从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动刚度调节片移动；刚度调节片沿安装芯半径方向向外或向内移动时可以增大或减小金属丝网的密度，从而改变增大或减小金属丝网的刚度；

步骤4-3、判断当前被隔振对象的振动符合隔振要求：是，则拨叉电磁铁和伺服电机保持现有状态不动，否则，返回步骤4-1。

本实施方式提供的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及方法应用于大型空气压缩机的单层隔振系统，但不仅限于该领域。本发明的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统及方法可以广泛应用于激振源频率变化，隔振器的刚度和阻尼也需要随之变化的场合的隔振器。

Claims (4)

1.一种自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统，其特征在于，包括金属丝网智能隔振器和计算机（21）；

所述金属丝网智能隔振器包括安装板（1）、安装芯（2）、外壳（3）、阻尼壁（4）、安装芯配合盘（5）、金属丝网（10）、伺服电机（11）、阻尼调节机构、第一加速度传感器（18）、第二加速度传感器（19）、刚度调节机构；

阻尼壁（4）安装于外壳（3）的内壁，金属丝网（10）安装在外壳（3）内壁且位于阻尼壁（4）内侧；安装芯（2）上端穿过外壳（3）与安装板（1）固定，安装板（1）联接在被隔振对象上，外壳（3）联接在振动源上；安装芯（2）位于外壳（3）内部的部分具有中空结构（22）；安装芯（2）上具有圆盘（23），安装芯（2）的中空结构（22）、安装芯配合盘（5）与圆盘（23）形成阻尼调节机构的安装空间，伺服电机（11）固定在安装芯（2）下端；第一加速度传感器（18）安装在安装芯配合盘（5）上，第二加速度传感器（19）安装在外壳（3）内部的上壁；

阻尼调节机构、刚度调节机构均安装在中空结构（22）内部，阻尼调节机构安装在刚度调节机构上方的安装空间；阻尼调节机构能沿安装芯（2）半径方向向外或向内移动，阻尼调节机构与阻尼壁（4）间的接触压力随着阻尼调节机构沿安装芯（2）半径方向向外或向内移动而增大或减小、振动时阻尼调节机构与阻尼壁（4）间摩擦增大时阻尼增大、振动时阻尼调节机构与阻尼壁（4）间摩擦减小时阻尼减小；刚度调节机构能沿安装芯（2）半径方向向外或向内移动，金属丝网（10）的密度、刚度随着刚度调节机构沿安装芯（2）半径方向向外或向内移动而增大或减小；

第一加速度传感器（18）的输出端、第二加速度传感器（19）的输出端分别与计算机（21）的输入端连接，伺服电机（11）的输入端连接计算机（21）的输出端。

2.根据权利要求1所述的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统，其特征在于，

所述阻尼调节机构包括：第一从动锥齿轮（6）、阻尼片（7）、第一滚珠丝杠（8）、拨叉（14）、第一主动锥齿轮（15）、锁止锥齿轮（16）、拨叉电磁铁（17）；拨叉电磁铁（17）固结在中空结构（22）顶部，拨叉电磁铁（17）伸出端分别与锁止锥齿轮（16）、拨叉（14）固结；伺服电机（11）的输出轴通过滑键与第一主动锥齿轮（15）连接；第一主动锥齿轮（15）随拨叉（14）的轴向运动而运动；锁止锥齿轮（16）与第一从动锥齿轮（6）啮合，第一从动锥齿轮（6）与第一滚珠丝杠（8）固结，第一滚珠丝杠（8）与阻尼片（7）通过丝母连接，驱动阻尼片（7）沿安装芯（2）径向移动；

所述刚度调节机构包括：刚度调节片（9）、第二从动锥齿轮（12）、第二滚珠丝杠（13）、第二主动锥齿轮（24）；第二主动锥齿轮（24）与第一主动锥齿轮（15）固结，且第二主动锥齿轮（24）与第一主动锥齿轮（15）之间形成安装拨叉（14）的凹槽，拨叉（14）位于该凹槽内，第二主动锥齿轮（24）与第二从动锥齿轮（12）啮合，第二从动锥齿轮（12）与第二滚珠丝杠（13）固结，第二滚珠丝杠（13）与刚度调节片（9）通过丝母连接，驱动刚度调节片（9）沿安装芯（2）径向移动。

3.根据权利要求1所述的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统，其特征在于，所述外壳（3）与安装芯配合盘（5）之间安装支撑弹簧（20）。

4.采用权利要求2所述的自动调节刚度和阻尼的智能隔振器系统进行振动测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将安装板联接在被隔振对象上，外壳联接在振动源上；

步骤2、振动源以固定频率和振幅振动；

步骤3、当振动源频率或振幅改变时，第一加速度传感器、第二加速度传感器分别采集被隔振对象和振动源的振动信号传递给计算机；

步骤4、计算机根据被隔振对象和振动源的振动信号对拨叉电磁铁和伺服电机发出信号调节阻尼和刚度，直到被隔振对象的振动符合隔振要求即加速度小于设定阈值；

步骤4-1、调节阻尼：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于上工位，第一主动锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动阻尼片移动；阻尼片沿安装芯半径方向向外或向内移动时与阻尼壁接触压力增大或减小，振动时摩擦增大或减小，从而增大或减小阻尼；

步骤4-2、调节刚度：计算机发出信号使拨叉电磁铁处于下工位，与拨叉电磁铁固结的锁止锥齿轮与第一从动锥齿轮啮合从而锁止阻尼片；第二主动锥齿轮与第二从动锥齿轮啮合，伺服电机接收到计算机的信号而转动，与第二从动锥齿轮联结的滚珠丝杠转动带动刚度调节片移动；刚度调节片沿安装芯半径方向向外或向内移动时可以增大或减小金属丝网的密度，从而改变增大或减小金属丝网的刚度；

步骤4-3、判断当前被隔振对象的振动符合隔振要求：是，则拨叉电磁铁和伺服电机保持现有状态不动，否则，返回步骤4-1。