CN108443325B - 用于高速旋转机械的碰撞阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械振动控制技术领域，尤其涉及一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，包括轴承座、支承轴、若干大碰撞球和若干小碰撞体组合，所述轴承座上的轴承内圈与转轴固定连接，所述支承轴的一端与轴承座固定连接，其另一端固定于壳体上，所述轴承座上开设有长槽，所述长槽沿转轴的径向分布，所述大碰撞球依次活动设置在长槽内，所述长槽的顶端滑动设置有滑轨盖板，所述小碰撞体组合包括连接段和固定设置在连接段底端的第一小碰撞球，所述连接段与滑轨盖板滑动连接，所述第一小碰撞球位于长槽内，若干所述的大碰撞球和第一小碰撞球间隔排列，且球心位于同一水平面。

Description

用于高速旋转机械的碰撞阻尼器
技术领域
本发明属于机械振动控制技术领域，尤其涉及一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器。
背景技术
为了确保轴系能稳定、高效地运转，在离心机、涡轮机、储能飞轮等各种高速旋转机械中，为了确保转子-轴承系统的稳定运行，还需要在轴系中引入阻尼装置。
最为常见的阻尼器为挤压油膜阻尼器，虽然价格便宜，由于用到润滑油，工作环境差也不环保；电磁阻尼器，则需要外接电源及控制系统；新型的磁阻尼器，则需要用到永磁体，需要专业厂家定制，成本高。
发明内容
为解决现有技术存在的用于确保轴系能稳定、高效地运转的油膜阻尼器由于用到润滑油，工作环境差也不环保；电磁阻尼器，则需要外接电源及控制系统，连接复杂；新型的磁阻尼器，则需要用到永磁体，需要专业厂家定制，成本高的问题，本发明提供一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，采用大碰撞球和第一小碰撞球之间以及球体与各槽壁间碰撞及摩擦来耗散转子系统过临界转速时多余的能量，该阻尼器具有无需主动控制、环境友好、成本低、易于维护与安装的突出优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，包括轴承座、支承轴、若干大碰撞球和若干小碰撞体组合，所述轴承座上的轴承内圈与转轴固定连接，所述支承轴的一端与轴承座固定连接，其另一端固定于壳体上，所述轴承座上开设有长槽，所述长槽沿转轴的径向分布，所述大碰撞球依次活动设置在长槽内，所述长槽的顶端滑动设置有滑轨盖板，所述小碰撞体组合包括连接段和固定设置在连接段底端的第一小碰撞球，所述连接段与滑轨盖板滑动连接，所述第一小碰撞球位于长槽内，若干所述的大碰撞球和第一小碰撞球间隔排列，且球心位于同一水平面。
作为优选，所述连接段包括第二小碰撞球和小轴，所述第一小碰撞球和第二小碰撞球分别固定设置在小轴的两端，所述滑轨盖板上开设有异形槽，所述异形槽的方向与长槽的方向相同，所述异形槽的截面包括与第二小碰撞球配合的圆形和与小轴配合的矩形。第二小碰撞球与圆形配合提高第二小碰撞球在异形槽内的滑行效率，提高第二小碰撞球和大碰撞球之间的碰撞效率，提高该碰撞阻尼器的阻尼效率；第二小碰撞球与圆形配合以及矩形对小轴起到良好的导向作用，保证第一小碰撞球的球心与大碰撞球的球心相碰撞，即两球的质心相碰撞，防止自激振动，在外激励下可以更快达到稳定状态。
作为优选，所述大碰撞球与长槽之间、所述第二小碰撞球与圆形之间以及所述小轴与矩形之间均为间隙配合。提高大碰撞球与第一小碰撞球之间、大碰撞球与长槽之间、第二小碰撞球与异形槽之间以及小轴与异形槽之间的碰撞与摩擦效率，提高该碰撞阻尼器的阻尼效率。
作为优选，一个所述长槽内的大碰撞球的数量为两个，第一小碰撞球的数量为一个。达到阻尼效果的同时，降低该阻尼器的重量和成本。
作为优选，所述轴承座上开设有八个所述的长槽，八个所述长槽沿转轴的圆周方向均匀分布。长槽的数量为个，当然其中均设置有大碰撞球和小碰撞体组合，八个所述长槽沿转轴的圆周方向均匀分布，可以对转轴各个径向产生的振动进行有效阻尼，有效提高该阻尼器的阻尼效果和稳定性。
进一步地，所述支承轴的数量为四根，四根所述支承轴沿转轴的圆周方向均匀分布。支承轴的材料可选用不锈钢，四根所述支承轴的设置保证轴承座只摆动而不产生转动，提高该阻尼器使用的稳定性。
进一步地，所述轴承座和滑轨盖板均采用号钢淬火后加工而成。
有益效果：当转轴的工作转速远离临界转速时，转轴振动量较小，可以认为轴承座是不运动的，当转轴的工作转速达到或接近临界转速时，转轴的振动量变大，加上支承轴的作用，轴承座只摆动而不转动，从而引起大碰撞球与第一小碰撞球之间、大碰撞球与长槽之间、第二小碰撞球与异形槽之间以及小轴与异形槽之间产生碰撞与摩擦，达到耗散能量的目的，起到良好的阻尼效果；第二小碰撞球与圆形配合提高第二小碰撞球在异形槽内的滑行效率，提高第二小碰撞球和大碰撞球之间的碰撞效率，提高该碰撞阻尼器的阻尼效率，第二小碰撞球与圆形配合以及矩形对小轴起到良好的导向作用，保证第一小碰撞球的球心与大碰撞球的球心相碰撞，即两球的质心相碰撞，防止自激振动，在外激励下可以更快达到稳定状态；由于整套装置没有用到润滑油，所以环境友好；也没有用到电磁与永磁体，制造成本低廉；另外，该阻尼器具有无需主动控制、结构简单可靠、易于维护与安装的优点。
附图说明
图1是本发明用于高速旋转机械的碰撞阻尼器的剖视示意图；
图2是图1中A向的局部剖视示意图；
图3是本发明用于高速旋转机械的碰撞阻尼器的俯视示意图；
图中1、轴承座，11、长槽，2、轴承，3、转轴，4、支承轴，5、大碰撞球，6、小碰撞体组合，61、第一小碰撞球，62、第二小碰撞球，63、小轴，7、滑轨盖板，8、异形槽，81、圆形，82、矩形。
具体实施方式
实施例
如图1～3所示，一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，包括轴承座1、支承轴4、若干大碰撞球5和若干小碰撞体组合6，所述轴承座1上的轴承2内圈与转轴3固定连接，轴承2选用角接触球轴承2，对转轴3下端进行径向与轴向支承，所述支承轴4的一端与轴承座1固定连接，其另一端固定于壳体上，为了保证轴承座1只摆动而不产生转动，提高该阻尼器使用的稳定性，所述支承轴4的数量为四根，四根所述支承轴4沿转轴3的圆周方向均匀分布，所述轴承座1上开设有长槽11，所述长槽11沿转轴3的径向分布，所述大碰撞球5依次活动设置在长槽11内，为了提高碰撞与摩擦效率，所述大碰撞球5与长槽11之间采用间隙配合(H7/h6)，所述长槽11的顶端滑动设置有滑轨盖板7，为了便于加工和提高机械性能，所述轴承座1和滑轨盖板7均采用45号钢淬火后(洛氏硬度要高于40度)加工而成，所述小碰撞体组合6包括连接段和固定设置在连接段底端的第一小碰撞球61，所述连接段与滑轨盖板7滑动连接，所述第一小碰撞球61位于长槽11内，若干所述的大碰撞球5和第一小碰撞球61间隔排列，且球心位于同一水平面，为了降低该碰撞阻尼器的重量和成本，一个所述长槽11内的大碰撞球5的数量为两个，第一小碰撞球61的数量为一个，长槽11的长度为两个大碰撞球5的直径加一个第一小碰撞球61的直径再加6mm，为了提高该碰撞阻尼器的阻尼效率和稳定性，所述轴承座1上开设有八个所述的长槽11，八个所述长槽11沿转轴3的圆周方向均匀分布，当然其中均设置有大碰撞球5和小碰撞体组合6，可以对转轴3各个径向产生的振动进行有效阻尼。
所述连接段包括第二小碰撞球62和小轴63，小轴63采用不锈钢制成，所述第一小碰撞球61和第二小碰撞球62分别固定设置在小轴63的两端，所述滑轨盖板7上开设有异形槽8，所述异形槽8的方向与长槽11的方向相同，所述异形槽8的截面包括与第二小碰撞球配合的圆形81和与小轴63配合的矩形82。为了提高碰撞与摩擦效率，所述圆形81的直径比第二小碰撞球62的直径大0.5mm，所述小轴63与矩形82之间采用间隙配合(H7/h6)。
工作原理如下：
当转轴3的工作转速远离临界转速时，转轴3振动量较小，可以认为轴承座1是不运动的；当转轴3的工作转速达到或接近临界转速时，转轴3的振动量变大，加上四根支承轴4的作用，轴承座1只摆动而不转动，当轴承座1摆动时，引起大碰撞球5与第一小碰撞球61之间、大碰撞球5与长槽11之间、第二小碰撞球62与异形槽8之间以及小轴63与异形槽8之间产生碰撞与摩擦，达到耗散能量的目的，起到良好的阻尼效果；因一个长槽11内大碰撞球5的数量为两个，第一小碰撞球61的数量为1个，第一小碰撞球61位于两个大碰撞球5之间，且球心位于同一水平面，有效减轻了该碰撞阻尼器的重量，第一小碰撞球61的球心与大碰撞球5的球心相碰撞，即两球的质心相碰撞，防止自激振动，在外激励下可以更快达到稳定状态；第二小碰撞球62与圆形81配合提高第二小碰撞球62在异形槽8内的滑行效率，提高第二小碰撞球62和大碰撞球5之间的碰撞效率，提高该碰撞阻尼器的阻尼效率，第二小碰撞球62与圆形81配合以及矩形82对小轴63起到良好的导向作用，保证第一小碰撞球61的球心与大碰撞球5的球心相碰撞，即两球的质心相碰撞，防止自激振动，在外激励下可以更快达到稳定状态。

Claims (7)

1.一种用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：包括轴承座(1)、支承轴(4)、若干大碰撞球(5)和若干小碰撞体组合(6)，所述轴承座(1)上的轴承(2)内圈与转轴(3)固定连接，所述支承轴(4)的一端与轴承座(1)固定连接，其另一端固定于壳体上，所述轴承座(1)上开设有长槽(11)，所述长槽(11)沿转轴(3)的径向分布，所述大碰撞球(5)依次活动设置在长槽(11)内，所述长槽(11)的顶端滑动设置有滑轨盖板(7)，所述小碰撞体组合(6)包括连接段和固定设置在连接段底端的第一小碰撞球(61)，所述连接段与滑轨盖板(7)滑动连接，所述第一小碰撞球(61)位于长槽(11)内，若干所述的大碰撞球(5)和第一小碰撞球(61)间隔排列，且球心位于同一水平面。
2.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：所述连接段包括第二小碰撞球(62)和小轴(63)，所述第一小碰撞球(61)和第二小碰撞球(62)分别固定设置在小轴(63)的两端，所述滑轨盖板(7)上开设有异形槽(8)，所述异形槽(8)的方向与长槽(11)的方向相同，所述异形槽(8)的截面包括与第二小碰撞球(62)配合的圆形(81)和与小轴(63)配合的矩形(82)。
3.根据权利要求2所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：所述大碰撞球(5)与长槽(11)之间、所述第二小碰撞球(62)与圆形(81)之间以及所述小轴(63)与矩形(82)之间均为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：一个所述长槽(11)内的大碰撞球(5)的数量为两个，第一小碰撞球(61)的数量为一个。
5.根据权利要求1或4所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：所述轴承座(1)上开设有八个所述的长槽(11)，八个所述长槽(11)沿转轴(3)的圆周方向均匀分布。
6.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：所述支承轴(4)的数量为四根，四根所述支承轴(4)沿转轴(3)的圆周方向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的用于高速旋转机械的碰撞阻尼器，其特征在于：所述轴承座(1)和滑轨盖板(7)均采用45号钢淬火后加工而成。
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