CN105927708B - 一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承，包括固定支承单元和可调支承单元；其中，所述的固定支承单元包括基座、轴承、套筒和弹性垫圈，所述的轴承安装于套筒内，弹性垫圈安装于套筒和基座之间；所述的可调支承单元包括两个内摩擦盘、两个外摩擦盘、至少两个作动机构和顶紧螺母，所述的两个外摩擦盘对称安装在固定支承单元的套筒的两端，两个内摩擦盘对称安装在固定支承单元的基座的两侧端面上，外摩擦盘与内摩擦盘之间存在初始间隙；所述的作动机构安装在基座中并通过顶紧螺母轴向固定。本发明在仅占用一个支承空间的基础上，实现了转子支承刚度和阻尼的主动控制，其结构简单紧凑，支承刚度和阻尼的调节范围较大，可靠性较高。

Description

一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承

技术领域

本发明属于转子系统减振领域，尤其涉及一种针对转子的可调节刚度和阻尼的主动减振支承。

背景技术

转子系统的振动问题广泛存在于航空、船舶、车辆、能源等领域中，振动会导致设备的关键部件的疲劳乃至失效，严重威胁了日常生产的安全，其产生的噪声对生产现场人员的身心健康也造成了巨大的危害，故转子系统的振动控制一直是国内外相关领域专家学者关注的焦点问题。

对转子的支承进行减振设计是实现转子减振最为常用的手段之一。一般情况下，转子支承可以简化为定刚度系数弹簧和定阻尼系数阻尼器的组合，则为被动减振支承。被动减振支承的参数一旦确定，其适用的减振频率范围便随之确定，若要改变其适用范围则需重新设计系统，因此，被动减振支承只在一定频率范围内有效，适应频带窄。由振动理论可知，只有当激励频率与系统固有频率之比大于1.414时，减振器才有减振效果，故被动减振支承仅适用于中、高频激励的转子系统，当今人们对转子系统工作环境的要求越来越严苛，外加于转子系统的激励也越来越复杂多样，传统的被动减振支承已经无法满足使用的需求。

主动减振支承利用外部能量，在转子系统受到外界激励产生振动的过程中，瞬时改变系统的动力学特性，从而使系统的动力学响应迅速衰减，具有适应频带广，抗干扰能力强等优点，得到了国内外学术界和工程界的高度重视，是目前的研究热点之一。干摩擦阻尼器在转子系统工作的过程中，能够通过摩擦面之间的库伦阻尼将系统振动的机械能转化为热能，再由其他介质传递出去，从而达到减振的目的，其阻尼大小可以通过摩擦面间的压紧力进行实时控制，故被越来越多地应用于转子系统的主动减振支承当中。

现有的引入干摩擦阻尼器的转子系统主动减振支承大都含有附加支承，文献（倪德. 基于智能弹簧的减振方法及其在多支点轴系中的应用研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2014.）提出了一种含有摩擦副的转子系统主动减振支承，包括主支承、辅助支承、摩擦片和作动器等部件，还有中国专利ZL200710017593.2公开了一种弹支干摩擦阻尼器电控装置，包括静摩擦片、衔铁、支座和电磁铁，这两种支承均包括了主支承部分和附加支承部分，在空间上占据了两个支承的位置，不能满足部分现有设备对紧凑空间和控制质量的需求。因此，需要设计一种结构紧凑的转子系统主动减振支承。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能主动调节刚度和阻尼且结构紧凑、占用空间小的转子系统减振支承。

本发明所述的一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承，包括固定支承单元和可调支承单元；其中，所述的固定支承单元包括基座、轴承、套筒和弹性垫圈，所述的轴承安装于套筒内，弹性垫圈安装于套筒和基座之间；所述的可调支承单元包括两个内摩擦盘、两个外摩擦盘、至少两个作动机构和顶紧螺母，所述的两个外摩擦盘对称安装在固定支承单元的套筒的两端，两个内摩擦盘对称安装在固定支承单元的基座的两侧端面上，外摩擦盘与内摩擦盘之间存在初始间隙；所述的作动机构安装在基座中并通过顶紧螺母轴向固定。

进一步改进，所述的基座的底部设有用于与地面固定的地脚螺钉孔，内部设有通孔，基座的两侧通过轴向变形体连接有外端面。

进一步改进，所述通孔的中间部分为光孔，一边为用于安装顶紧螺母的螺纹孔。

进一步改进，所述通孔的中间均留有用于连接控制线路的开孔，位于基座上半部分的开孔为直孔，位于基座下半部分的开孔为相贯孔。

进一步改进，所述套筒的两个端面均布有用于固定外摩擦面的螺纹孔，内部设有一圈用于定位轴承的凸缘。

进一步改进，所述的两个内摩擦盘通过螺钉安装在固定支承单元的基座的外端面上。

进一步改进，所述的作动机构由驱动件和设置在驱动件两端的顶块构成，安装在基座的通孔中并通过顶紧螺母轴向固定，顶紧螺母安装在通孔与外端面相交段的螺纹孔中。

进一步改进，所述弹性垫圈由金属橡胶、粘弹性橡胶或橡胶-硅油材料制成，其界面形状为“凸”字型，内径相等，中间外径大，两边外径小。

进一步改进，所述的驱动件为压电陶瓷驱动件、电磁铁驱动件、液压进动机构中的一种。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明在仅占用一个支承空间的基础上，实现了转子支承刚度和阻尼的主动控制，适应频带宽，特别是对低频振动控制效果非常的显著；其结构简单紧凑，支承刚度和阻尼的调节范围较大，可靠性较高；改进后的支承具有三种工作状态：分离状态、干摩擦状态和完全结合状态，三种工作状态可根据外接传感器的反馈信号迅速切换，可对转子的振动进行灵活的主动控制，使其振动幅值一直控制在允许范围内。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明基座的三维视图；

图3为本发明基座的剖视图。

图1中：1—基座，2—轴承，3—套筒，4—弹性垫圈，5—外摩擦盘，6—内摩擦盘，7—顶紧螺母，8—顶块，9—驱动件；

图2中：101—地脚螺钉孔，102—通孔，103—开孔，104—外端面，105—轴向变形体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承，包括固定支承单元和可调支承单元；其中，所述的固定支承单元包括基座1、轴承2、套筒3和弹性垫圈4，所述的轴承2安装于套筒3内，弹性垫圈4安装于套筒3和基座1之间；所述的可调支承单元包括两个内摩擦盘5、两个外摩擦盘6、至少两个作动机构和顶紧螺母7，所述的两个外摩擦盘5对称安装在固定支承单元的套筒的两端，两个内摩擦盘6对称安装在固定支承单元的基座的两侧端面上，外摩擦盘5与内摩擦盘6之间存在初始间隙；所述的作动机构安装在基座1中并通过顶紧螺母7轴向固定；所述的作动机构由驱动件9和设置在驱动件两端的顶块8构成。

如图2-3所示，所述的基座1的底部设有用于与地面固定的地脚螺钉孔101，内部设有用于安装可调支承单元的作动机构的通孔102，该通孔的中间部分为光孔，一边为用于安装顶紧螺母的螺纹孔；基座1的两侧通过轴向变形体105连接有外端面104，所述通孔102的中间均留有用于连接控制线路的开孔103，位于基座1上半部分的开孔为直孔，位于基座下半部分的开孔为相贯孔。

本发明的装配过程如下：

将顶块8和驱动件9分别装入基座1的通孔102中间部分的光孔中，并分别将各个驱动件9的控制线路从基座上的开孔103引出，再在基座1的通孔102一边的螺纹孔中旋入顶紧螺母7并拧紧；将内摩擦盘6分别安装在基座1的外端面104两端，并用螺钉旋入外端面104的螺纹孔中对其进行紧固；然后，将轴承2装进套筒3内并用套筒3中的凸缘对其定位，再将左边的外摩擦盘5安装到固定支承单元的套筒3上并用螺钉紧固；其次，将弹性垫圈4套在套筒3外，以左边的外摩擦盘5定位；将弹性垫圈4连同轴承2、套筒3、左边的外摩擦盘5装入基座1中，依靠左边的外摩擦盘5和左边的内摩擦盘6贴紧来对以上部件进行定位；将右边的外摩擦盘5安装在套筒右端，并用螺钉紧固；最后将转子装入轴承，通过控制线路使驱动件9伸长，顶紧两端的顶块8，借助顶块8上的半球型凸起使得两端内、外摩擦盘顶紧，从而实现自动对中；将基座通过地脚螺钉孔101固定于地面或其他固定体上，通过控制线路使驱动件9恢复原状，自此装配步骤完成。

本发明的工作原理：

本发明所述的可调节刚度和阻尼的主动减振支承分为三种工作状态：分离状态、干摩擦状态和完全结合状态，三种工作状态可根据外接传感器的反馈信号迅速切换；

当转子的振动幅值在允许值以内时，支承处于分离状态，可调支承单元的驱动件9不工作，基座1上的轴向变形体105无变形，外摩擦盘5和内摩擦盘6的摩擦面间存在间隙，此时转子振动的传递路径为轴承2—套筒3—弹性垫圈4—基座1，由于弹性垫圈4的刚度较小，故此时的支承综合刚度较小，支承综合阻尼主要为弹性垫圈4的粘性阻尼；

当转子的振动幅值超过允许值，支承切换为干摩擦状态，可调支承单元的驱动件9伸长，首先顶紧两端的顶块8，接着借助顶块8上的半球型凸起顶紧基座1上的外端面104，然后基座1上的轴向变形体105产生轴向变形，从而使外摩擦盘5和内摩擦盘6的摩擦面接触，调节驱动件9输出的控制力，使得外摩擦盘5和内摩擦盘6保持动摩擦状态，此时转子振动的传递路径为两条路径并联，分别是轴承2—套筒3—弹性垫圈4—基座1和轴承2—套筒3—外摩擦盘5—内摩擦盘6—基座1，相对于分离状态而言，原振动传递路径上并联了一部分零部件，故支承综合刚度变大，而支承综合阻尼主要为弹性垫圈4的粘性阻尼和外摩擦盘5与内摩擦盘6之间相互摩擦产生的库伦阻尼，库伦阻尼能迅速消耗转子振动的能量，从而振动的幅值降下来；

当转子系统需要瞬时切换固有频率以绕过临界转速区时，可先由分离状态切换至完全结合状态，可调支承单元的驱动件9伸长，首先顶紧两端的顶块8，接着借助顶块8上的半球型凸起顶紧基座1上的外端面104，然后基座1上的轴向变形体105产生轴向变形，从而使外摩擦盘5和内摩擦盘6的摩擦面接触，将驱动件9输出的控制力调大，使得外摩擦盘5和内摩擦盘6的摩擦面完全压紧，由动摩擦变为静摩擦，此时套筒3和基座1之间不再产生相对位移，故转子振动的传递路径为轴承2—套筒3—外摩擦盘5—内摩擦盘6—基座1，由于弹性垫圈4被完全隔离，故此时的支承综合刚度值达到最大，而支承综合阻尼值达到最小，从而转子系统的固有频率增大，等转速上升至超过原临界转速后，再切换为分离状态，这样就可使转子转速上升阶段避开共振区。

通过以上三种状态的来回切换，可对转子的振动进行灵活的主动控制，使其振动幅值一直控制在允许范围内。

上述驱动件9通常用压电陶瓷驱动件，通过电压控制其变形，电压越大变形越大，输出的力也越大；当内外摩擦盘间的压紧力乘以摩擦系数得到的摩擦力小于结构的惯性力时，接触但不完全压紧；如果需要完全压紧直接把压紧力调到非常大就可以。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于：包括固定支承单元和可调支承单元；其中，所述的固定支承单元包括基座、轴承、套筒和弹性垫圈，所述的轴承安装于套筒内，弹性垫圈安装于套筒和基座之间；所述的可调支承单元包括两个内摩擦盘、两个外摩擦盘、至少两个作动机构和顶紧螺母，所述的两个外摩擦盘对称安装在固定支承单元的套筒的两端，两个内摩擦盘对称安装在固定支承单元的基座的两侧端面上，外摩擦盘与内摩擦盘之间存在初始间隙；所述的作动机构安装在基座中并通过顶紧螺母轴向固定。

2.根据权利要求1所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述的基座的底部设有用于与地面固定的地脚螺钉孔，内部设有通孔，基座的两侧通过轴向变形体连接有外端面。

3.根据权利要求2所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述通孔的中间部分为光孔，一边为用于安装顶紧螺母的螺纹孔。

4.根据权利要求3所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述通孔的中间均留有用于连接控制线路的开孔，位于基座上半部分的开孔为直孔，位于基座下半部分的开孔为相贯孔。

5.根据权利要求1所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述套筒的两个端面均布有用于固定外摩擦盘的螺纹孔，内部设有一圈用于定位轴承的凸缘。

6.根据权利要求1所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述的两个内摩擦盘通过螺钉安装在固定支承单元的基座的外端面上。

7.根据权利要求1所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述的作动机构由驱动件和设置在驱动件两端的顶块构成，安装在基座的通孔中并通过顶紧螺母轴向固定，顶紧螺母安装在通孔与外端面相交段的螺纹孔中。

8.根据权利要求1所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述弹性垫圈由金属橡胶、粘弹性橡胶或橡胶-硅油材料制成，其界面形状为“凸”字型，内径相等，中间外径大，两边外径小。

9.根据权利要求7所述可调节刚度和阻尼的主动减振支承，其特征在于，所述的驱动件为压电陶瓷驱动件、电磁铁驱动件、液压进动机构中的一种。