CN105422732B - 一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构 - Google Patents

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    • F16F15/1201—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon for damping of axial or radial, i.e. non-torsional vibrations

Abstract

一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构，属于阻尼减振技术领域。内置于空心旋转轴中。本发明采用复合阻尼减振的方式，其中，减振胀棒的聚氨酯阻尼层具有阻尼耗能的作用；当轴产生径向振动时，由于减振胀棒和细长回转轴的变形量不同，两者之间产生微量的相对滑动，通过摩擦耗能消耗回转轴的振动能量，增加回转轴的阻尼比，达到减振的效果。减振胀棒与空心轴内孔适度过盈配合，胀芯与胀瓣之间浇灌有聚氨酯材料，保证胀棒具有一定弹性，通过选择不同硬度的聚氨酯以及更换不同直径的胀芯调节接触面之间的压力大小，从而起到调节摩擦阻尼的作用，达到最佳的抑振效果。该发明结构简单，可适用于不同转速及工况下的细长回转轴的振动控制。

Description

一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构
技术领域
本发明涉及一种抑制旋转细长轴径向振动的复合阻尼胀棒结构，属于阻尼减振技术领域。
背景技术
细长回转轴类零件在机械领域中有着极其广泛的应用，例如机床上的滚珠丝杠、铣刀等细长轴，造纸、印刷、印染等轻工机械上的细长导辊，汽车和船舶等重型机械设备上的发动机曲轴，以及飞机发动机和汽轮机上的转子等。这些细长类回转轴在机械工程领域起着非常关键的作用，其旋转精度及临界转速对机械性能有很大的影响。
细长轴具有较大的长径比，导致其刚度和抗振性能较低，在外界作用力较大时易发生颤振和弯曲变形，减少其运行精度和使用寿命，旋转轴的工作临界转速也受到其径向振动的影响而难以提高。随着机械行业的发展，机械设备自动化程度的提高，对旋转轴的转动速度、精度以及抗振性能提出了更高的要求。因此迫切需要找到对旋转细长轴的径向振动进行有效控制的方法。
目前比较成熟的振动控制方法，是通过在系统中加入阻尼吸振部件来达到减振抑振的效果。阻尼器的种类很多，包括质量调谐阻尼器，液体阻尼吸振器、冲击阻尼吸振器和摩擦阻尼器等。摩擦阻尼器作为一种耗能装置，耗能能力强，载荷及频率的大小对其性能影响不大，且结构简单，近年来在结构减振中得到广泛应用。为了抑制细长回转轴的径向振动幅值，提高其临界转速，本发明采用基于聚氨酯阻尼材料的胀棒结构，通过摩擦阻尼耗能、粘弹性阻尼材料耗能的复合阻尼耗能方式进行振动控制。
发明内容
本发明为了有效控制旋转细长轴的径向振动、提高旋转轴的性能和精度、降低噪音、提高临界转速，设计了一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构。旋转细长轴为中空结构，胀棒结构内置于旋转轴的内孔中，考虑旋转细长轴在径向振动过程中会发生微小变形，与胀棒会产生微小的相对滑动，通过设计胀棒对内孔接触面的压力大小，调节摩擦力，以实现高效摩擦耗能；其次，通过聚氨酯阻尼层的粘弹性效应，实现阻尼耗能，有效控制旋转细长轴的振动。
一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒：复合阻尼减振胀棒为核壳结构，包括胀瓣(1)、阻尼层(2)、胀芯(3)；胀芯(3)为内核，胀芯(3)的外层为阻尼层(2)，阻尼层(2)的外面为胀瓣(1)；胀瓣(1)为中空圆弧形多瓣结构，各胀瓣之间有一定缝隙，结构可以保证复合阻尼减振胀棒的可膨胀性，用于调节摩擦力大小，复合阻尼减振胀棒在径向方向具有适度弹性保证膨胀方向均匀，各胀瓣被压覆在细长回转轴的内孔表面，通过复合阻尼减振胀棒与内孔的摩擦提供摩擦阻尼耗能；阻尼层(2)是一种化工材料聚氨酯，具有超耐磨性、耐高温、耐腐蚀、高阻尼、高弹性以及具有较强的黏合性等特点，聚氨酯材料具有粘弹特性，可吸收回转轴的部分振动能量，此外可选择不同硬度的聚氨酯进行灌注，胀瓣(1)与阻尼层(2)固化。胀芯(3)为圆柱体结构，根据胀瓣与轴内表面的压力大小的需要可更换不同直径的胀芯(3)，起到调节摩擦阻尼的作用。
所述一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构，采用了摩擦耗能与聚氨酯阻尼层的粘弹效应耗能相结合的复合阻尼减振方式。通过合理设计胀瓣的数量及厚度、更换不同直径的胀芯来调节旋转轴内壁与减振胀棒的摩擦力大小，通过选择不同硬度的聚氨酯材料，调节阻尼材料的刚度和阻尼系数，以实现最佳的阻尼耗能，降低回转轴的径向振动幅值，达到最佳振动抑制效果。
本发明具有如下有益作用：
相比于现有的减振结构，本发明采用摩擦耗能与粘弹材料耗能相结合的复合阻尼减振方式，结构简单、紧凑、阻尼可调性较强、适用性较高，能够适用于不同转速、不同工况下的细长回转轴。通过设计胀瓣的厚度、聚氨酯阻尼层的硬度、胀芯直径，使减振胀棒和内孔接触面摩擦阻尼耗能和聚氨酯材料阻尼耗能效果达到最佳。处于此种状态下的细长回转轴可以最大限度地抑制其径向振动振幅，提高细长回转轴的临界转速，增加其平稳工作的转速范围，并降低其运行噪音。
附图说明
图1为本发明复合阻尼减振胀棒结构图。
图中：1、胀瓣，2、阻尼层，3、胀芯。
图2为基于本发明的滚珠丝杠副减振结构安装示意图。
图中：4、滚珠丝杠副，5、减振胀棒。
图3为无减振胀棒实心标准丝杠，丝杠螺母位于丝杠中间位置，螺母位置处的径向振动频率响应函数曲线图。
图4为2个减振胀棒内置于丝杠空腔内，丝杠螺母位于丝杠中间位置，螺母位置处的径向振动频率响应函数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
如图2所示，基于本发明的滚珠丝杠副减振结构，包括：滚珠丝杠副4和两个阻尼器单元5，所述滚珠丝杠副4的丝杠为空心丝杠。胀棒通过外圆柱面与内腔壁的过盈配合固定在中空滚珠丝杠内，胀棒结构如图1。
首先，胀棒的外表面尺寸与滚珠丝杠空腔为过盈配合。根据滚珠丝杠尺寸型号，设计丝杠空腔尺寸，依据空腔尺寸设计并优化外表面过盈量、聚氨酯硬度、摩擦胀瓣数量及厚度，保证聚氨酯材料弹性、刚度适中、胀棒和丝杠内孔的压力适度，并且胀瓣具有适度的弹性和张力。然后，选取合适直径的胀芯，插入胀棒聚氨酯阻尼层的通孔内，对胀棒与空心丝杠的过盈量以及胀棒的弹性、张力进行微调。
一方面当滚珠丝杠工作转速接近其临界转速，或者工作台受横向动态负载频率接近滚珠丝杠临界转频时，丝杠径向振动幅值增大。当振幅增大到一定程度时，胀棒和丝杠内孔表面沿轴向接触表面发生相对滑动摩擦，进而通过摩擦阻尼消耗丝杠弯曲振动能量；另一方面，通过聚氨酯阻尼材料的吸振作用，有效抑制滚珠丝杠的径向弯曲振动。
实施效果：滚珠丝杠直径40mm，长1m，胀棒数量2个，调整胀棒参数，并固定于丝杠空腔内，得到螺母位于丝杠中间位置处的径向振动频率响应函数曲线如图3所示。无胀棒同型号标准实心丝杠，螺母位于丝杠中间位置时的径向振动频响函数曲线如图4所示。从频响函数曲线幅值图对比可以看到，内置胀棒的丝杠径向振动幅值减小90％左右。

Claims (3)

1.一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构，其特征在于：复合阻尼减振胀棒为核壳结构，包括胀瓣(1)、阻尼层(2)、胀芯(3)；胀芯(3)为内核，胀芯(3)的外层为阻尼层(2)，阻尼层(2)的外面为胀瓣(1)，胀瓣(1)为中空圆弧形多瓣结构，各胀瓣之间有一定缝隙，结构可以保证复合阻尼减振胀棒的可膨胀性；采用粘弹性阻尼材料减振和摩擦减振的复合阻尼耗能方式控制细长回转轴的横向振动。
2.按照权利要求1所述的一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构，其特征在于：阻尼层(2)是一种化工材料聚氨酯。
3.按照权利要求1所述的一种用于细长回转轴的复合阻尼减振胀棒结构，其特征在于：细长回转轴为中空结构，通过选择浇注不同硬度的聚氨酯阻尼层(2)来改变对胀瓣(1)的膨胀力大小，同时，通过更换不同直径的胀芯(3)调整摩擦阻尼的大小。
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