CN109139793B - 一种具有多稳态刚度的非线性吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，轴套固定连接在转轴上；内磁铁设置在两个外磁铁中间；连接杆的一端插入小圆孔中，连接杆的另外一端与轴套固定连接；分段线性杆一端与轴套固定连接，另一端则置于大圆孔中并与大圆孔保持一定间隙；预紧杆一端与轴套固定连接，另一端与方孔的一个径向内表面接触以提供预紧力；两块外磁铁和相对的内磁铁磁极互斥，且两外磁铁到内磁铁距离相等。本发明提供的一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，分段线性刚度是通过分段线性杆与内磁铁支撑盘上的相对间隙接触产生的，并且刚度是可以减小的，而负刚度是通过环形磁铁实现的，结构简单，设计合理，稳定性好。

Description

一种具有多稳态刚度的非线性吸振器
技术领域
本发明涉及机械领域，具体说是一种吸振装置，特别是涉及一种用于抑制转子系统振动的非线性吸振器。
背景技术
随着现代化工业的不断发展，机械应用的也越加广泛，特别是大型化和高速运转的机械日益增多，由于运行速度的不断提高，机械设备的振动问题越来越受到人们的关注。振动容易引起结构的疲劳损伤，影响设备寿命，还会使仪器仪表的测量精度降低，同时振动还会产生噪声，影响操作人员的正常工作甚至危害到他们的健康。
目前，吸振方法包括被动吸振和主动吸振两种。被动吸振的结构简单，制造成本低廉，安装便捷，性能相对稳定，但是当主系统受到外激励时，吸振器的各项参数(质量，阻尼，刚度)不会随着外激励的变化而变化，而在实际的工程应用中，外界的激励频率一般都会在一定的范围内发生反复变化，这时吸振器的减振效果会因失谐而急剧恶化；主动吸振器克服了传统动力吸振器的缺点，具有有效频带宽、抑振效果良好和适应能力强的特点，但是同时存在耗能大、系统容易失稳等缺陷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，用于抑制高速转子系统的振动，而且本发明结构简单，运行稳定，抑振阈值范围宽、效果显著。
本发明提供的一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，分段线性刚度是通过分段线性杆与内磁铁支撑盘上的相对间隙接触产生的，并且刚度是可以减小的，而负刚度是通过环形磁铁实现的，达到抑振的目的。该发明结构简单，设计合理，稳定性好，抑振频带宽，效果显著。
本发明的技术方案如下：
一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，包括轴套、连接杆、分段线性杆、预紧杆、内磁铁及外磁铁；轴套通过紧固螺钉固定连接在转轴上；内磁铁设置在两个外磁铁中间；内磁铁固定在内磁铁支撑盘上；外磁铁均固定在外磁铁支撑盘上；所述外磁铁支撑盘为圆盘结构，设有中心孔并通过该中心孔套在转轴上，通过紧固螺钉与转轴固定连接；内磁铁支撑盘套装在转轴上且内磁铁支撑盘的中心设置的圆孔直径大于转轴的外径；内磁铁支撑盘有4个大圆孔、4个小圆孔及4个方孔；连接杆的一端插入所述小圆孔中，连接杆的另外一端与轴套固定连接；分段线性杆一端与轴套固定连接，另一端则置于大圆孔中并与大圆孔保持一定间隙；预紧杆一端与轴套固定连接，另一端则置于方孔中，并与方孔的一个径向内表面接触以提供预紧力；两个内磁铁设置在内磁铁支撑盘两侧凹槽上，两个外磁铁设置在外磁铁支撑盘的凹槽上；内磁铁与外磁铁的材料和尺寸是相同的，两块外磁铁和相对的内磁铁磁极互斥，且两外磁铁到内磁铁距离相等。
预紧杆沿轴向的直径相等。
分段线性杆沿轴向的直径不相等。
内磁铁支撑盘两侧设置凹槽，内磁铁固定在所述凹槽内。
外磁铁支撑盘的一侧设置凹槽，外磁铁固定在所述凹槽内。
所述内磁铁及外磁铁均为环形。
本发明的优点是：
1.本装置的设计合理，结构简单，效果显著，应用性强。
2.本装置通过分段线性杆的间隙接触代替了非线性结构，抑振频带宽。
3.本装置通过调整分段线性杆的长度，可以很容易地调节非线性，抑振效果明显。
4.本装置通过环形磁铁实现负刚度，具有结构简单，刚度恒定等特点。
附图说明
图1-1为本发明的结构示意图；
图1-2为另一角度的结构示意图；
图2为应用示意图；
图3为内磁铁支撑盘的结构图；
图4-1为振幅为0-x1时的示意图；
图4-2为振幅为x1-x2时的示意图；
图4-3振幅大于x2时的示意图；
图5为多稳态刚度实现方法；
图6为不加吸振器的转子系统在初始激励下的瞬态响应曲线；
图7为附加本发明的转子系统在初始激励下的瞬态响应曲线；
图8为不加吸振器的转子系统在激振力下的幅频响应曲线；
图9为附加本发明的转子系统在激振力下的幅频响应曲线。
具体实施方式
如图1-1和图1-2所示，本发明包括轴套2、连接杆7、分段线性杆4、预紧杆3、内磁铁5及外磁铁15；轴套2通过紧固螺钉9固定连接在转轴1上；内磁铁5设置在两个外磁铁15中间；内磁铁5固定在内磁铁支撑盘14上；外磁铁15均固定在外磁铁支撑盘10上；所述外磁铁支撑盘10为圆盘结构，设有中心孔20并通过该中心孔套在转轴1上，通过紧固螺钉9与转轴固定连接；内磁铁支撑盘14套装在转轴1上且内磁铁支撑盘的中心设置的圆孔直径大于转轴的外径，这样的结构保证内磁铁可以沿转轴的径向移动；内磁铁支撑盘有4个大圆孔18、4个小圆孔19及4个方孔17；连接杆7的一端插入所述小圆孔19中，连接杆7的另外一端与轴套2固定连接，连接杆的直径远远小于预紧杆及分段刚性杆的直径，在考虑沿转轴径向的弹性力时，可忽略，连接杆的作用是起到连接定位作用；分段线性杆4一端与轴套2固定连接，另一端则置于大圆孔18中并与大圆孔保持一定间隙；预紧杆3一端与轴套2固定连接，另一端则置于方孔17中，并与方孔的一个径向内表面接触以提供预紧力，本实施例中，是提供向转轴轴心线方向的预紧力；两个内磁铁5设置在内磁铁支撑盘14两侧凹槽21上，两个外磁铁设置在外磁铁支撑盘的凹槽上；内磁铁5与外磁铁15的材料和尺寸是相同的，两块外磁铁和相对的内磁铁磁极互斥，且两外磁铁到内磁铁距离相等，这样设置的目的是当内磁铁沿转轴的径向进行了移动后，内磁铁与外磁铁的重合面积就发生了变化，由此改变了互斥力的大小。
预紧杆7沿轴向的直径相等。
分段线性杆4沿轴向的直径不相等。
内磁铁支撑盘14两侧设置凹槽，内磁铁固定在所述凹槽内。
外磁铁支撑盘10的一侧设置凹槽，外磁铁固定在所述凹槽内。
所述内磁铁及外磁铁均为环形。
图2中，部件16为转盘，代表转轴上的某种部件。
如图4-1、4-2、4-3所示，本发明的原理是：以振动方向朝上为例，预紧杆的弹性系数为k1，分段线性杆的弹性系数为k2；对称方向各一根；其中预紧杆预压缩量为x1，x2是其中一根预紧杆在方孔中悬空，且大圆孔与分段线性杆接触时的振幅；当行程为0-x1时，两根预紧杆都起作用，则刚度为2k1；当行程为x1-x2时，只有一根预紧杆起作用，则刚度为k1；当行程大于x2时，一根预紧杆和两根分段线性杆起作用，则刚度为k1+2k2。总计刚度为：
Figure BDA0001822277460000051
由公式(1)及图5可知，本发明的分段线性刚度是可以减小的。
如图5所示，多稳态刚度实现方法。多稳态刚度是通过正负刚度联用和分段线性刚度来实现的，而负刚度是通过内外环形磁铁来实现的，图中(a)为正刚度，(b)为负刚度，(c)为多稳态刚度。
如图6、图7所示，在施加相同的初始激励下，不加吸振器的主系统需要2750s左右才将振幅衰减至0，而附加本发明的主系统(NES)只需要125s左右,时间减少了95.5％左右，充分说明了本发明具有多稳态刚度的非线性吸振器在实际应用中的可行性。
如图8、图9所示，在施加相同的激振力下，不加吸振器的主系统最大振幅为4mm左右，附加本发明的主系统(NES)最大振幅为1.3mm左右，下降了67.5％左右，而且抑振频带宽，充分说明了本发明具有多稳态刚度的非线性吸振器在实际应用中的可行性。
本发明具有多稳态刚度的非线性吸振器抑制振动过程如下：4根预紧杆中，当位于竖直方向的两根预紧杆提供竖直方向的预紧力，因为是均匀分布，另外两个水平方向的两根预紧杆提供水平方向的预紧力，二者互不干涉。当振动较小时，由预紧杆提供分段线性刚度的前两种刚度，当振动较大时，分段线性杆的振动幅度超过内磁铁支撑盘上大圆孔与线性杆的相对间隙，此时吸振器的刚度为分段线性刚度的第三种。
以上所述，仅为本发明的较佳的实施例，但并非对本发明有任何限制，凡是根据本发明技术是指对上述实施例所做的任何简单修改、变更，均仍属于本发明技术的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有多稳态刚度的非线性吸振器，其特征在于：包括轴套、连接杆、分段线性杆、预紧杆、内磁铁及外磁铁；轴套通过紧固螺钉固定连接在转轴上；内磁铁设置在两个外磁铁中间；内磁铁固定在内磁铁支撑盘上；外磁铁均固定在外磁铁支撑盘上；所述外磁铁支撑盘均为圆盘结构，设有中心孔并通过该中心孔套在转轴上，通过紧固螺钉与转轴固定连接；内磁铁支撑盘套装在转轴上且内磁铁支撑盘的中心设置的圆孔直径大于转轴的外径；内磁铁支撑盘有4个大圆孔、4个小圆孔及4个方孔；连接杆的一端插入所述小圆孔中，连接杆的另外一端与轴套固定连接；分段线性杆一端与轴套固定连接，另一端则置于大圆孔中并与大圆孔保持一定间隙；预紧杆一端与轴套固定连接，另一端则置于方孔中，并与方孔的一个径向内表面接触以提供预紧力；两个内磁铁设置在内磁铁支撑盘两侧凹槽上，两个外磁铁设置在外磁铁支撑盘的凹槽上；内磁铁与外磁铁的材料和尺寸是相同的，两块外磁铁和相对的内磁铁磁极互斥，且两外磁铁到内磁铁距离相等；所述分段线性杆沿轴向的直径不相等。
2.根据权利要求1所述的具有多稳态刚度的非线性吸振器，其特征在于：预紧杆沿轴向的直径相等。
3.根据权利要求1所述的具有多稳态刚度的非线性吸振器，其特征在于：内磁铁支撑盘两侧设置凹槽，内磁铁固定在所述凹槽内。
4.根据权利要求1所述的具有多稳态刚度的非线性吸振器，其特征在于：外磁铁支撑盘的一侧设置凹槽，外磁铁固定在所述凹槽内。
5.根据权利要求1所述的具有多稳态刚度的非线性吸振器，其特征在于：所述内磁铁及外磁铁均为环形。
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