CN110209212B - 一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，主要由半导体温控片、温度传感器、调整垫圈和散热翅片筒等组成。本装置通过半导体热电偶的热电制冷效果对旋转圆盘的内缘边界温度进行控制，使圆盘的内边界部分产生热应力进而对圆盘整体刚度进行提升，继而提高圆盘的临界转速以实现装置的维稳减振功能。本装置中，圆盘安装在阻隔温控结构上，并通过铝制接头套入隔热套筒后固定于传动轴上，由半导体温控片对圆盘的内边界温度进行控制，由温度传感器完成对圆盘的内缘边界温度测量。该装置可完成通过控制边界温度对于不同材料、不同厚度的圆盘的维稳减振功能，整套装置具有结构紧凑、操作方便、可靠性高、成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及高速旋转圆盘减振领域，特别是涉及针对利用圆盘内缘半导体控制温度对高速旋转圆盘的参数失稳、气弹失稳和热弹失稳进行抑制，通过对圆盘内缘施加热应力来提升圆盘刚度，从而实现高速旋转圆盘的维稳减振。
背景技术
圆盘片结构作为旋转机械中最典型的结构形式，在日常生活和工业生产中得到广泛的应用，如木工圆锯片、盘式制动器、计算机硬盘驱动器、航空发动机以及发动机与液力变矩器之间的弹性连接盘等，圆盘片结构均为其机械结构的核心零部件。在圆盘片结构特性的研究过程中，高速旋转圆盘在正常工作状态或受制动力作用过程中出现的振动问题是目前亟待解决的问题。振动的产生会降低整个机械的稳定性，对圆盘的工作性能和使用寿命产生重要影响，甚至造成系统失稳从而造成事故。
在实际工况中，薄圆盘通常被控制在较低的转速下，因为在临界转速或超临界转速驱动下圆盘会产生三种不可避免的失稳情况：参数失稳(受固定滑块类结构的约束作用)、气弹失稳(受空气的提升力作用)和热弹失稳(受固定滑块类结构的摩擦热作用)，这些失稳情况严重制约着圆盘的转速以及圆盘系统的稳定性。目前急需推出一种可靠的高速旋转圆盘失稳抑制(维稳)和减振降噪应用技术。
利用半导体元器件对圆盘的边界温度进行控制，使其内缘产生径向热应力进而提升圆盘侧向变形刚度，提高高速旋转圆盘的临界转速，即提高圆盘系统整体的动态稳定性，是一种新颖并且可靠的手段。利用这种技术发明一种高速旋转圆盘内缘半导体温控边界维稳减振装置，用以推广半导体温控边界减振技术的工程应用，解决提高高速圆盘临界转速的技术难题，降低减振降噪的应用成本，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，主要由半导体温控片、铝制接头、温度传感器、散热安装套筒和散热翅片筒等组成。本装置中，半导体温控结构的铝制接头套入隔热套筒后固定于传动轴上，阻隔温控结构与传动轴之间的热量传递，圆盘经调整垫圈调整后安装在阻隔温控结构上，由半导体温控片对圆盘的内边界温度进行控制，由温度传感器完成对圆盘的内缘边界温度测量。通过半导体热电偶的热电制冷效果对旋转圆盘的内缘边界温度进行控制，使圆盘的内边界部分产生热应力进而对圆盘整体刚度进行提升，继而提升圆盘的临界转速以实现装置的维稳减振功能。
圆盘由前、后调整垫圈调整位置后安装于半导体温控结构上，用于安装和调整旋转圆盘。调整垫圈和连接盘的另一侧安装半导体温控片，通过控制温控片的输入电流的方向实现降温和升温两种方式对旋转圆盘的内缘边界进行温度控制。利用半导体的珀尔帖效应制成的半导体温控片，在通电后由于一端的电流方向由N型半导体流至P型半导体导致温度下降并且吸热，另一端的电流方向由P型半导体流至N型半导体导致温度上升并且放热，将在半导体温控片两端分别形成冷、热两端。此外，反转半导体温控片两接头电流方向后，冷、热端将实现反向。从而通过半导体温控片的这种效果对圆盘的内缘温度进行控制。
温度传感器安装于圆盘和连接盘之间，并在传感器周围填充导热介质以提高温度测量的准确性。半导体温控结构的铝制接头端套入隔热套筒后再固定于传动轴上，阻隔温控结构与传动轴的热量传递，提高测得温度的准确度。半导体温控片和温度传感器的信号导线安装入散热安装套筒的导线槽后，再由导电滑环进行电控信号的传输，其中半导体温控片和温度传感器采用共地端以减少所需的滑环接头，进而降低装置成本。散热安装套筒采用散热翅片管加速降温，同时在降温过程中对半导体温控片施加反向电流交换冷热两端，用以提高温度调控的响应速度。
附图说明
图1为温控维稳减振装置结构示意图。
图2为半导体温控结构立体装配图。
图中：1为滑环槽安装架，2为螺钉，3为滑环槽，4为导电滑环，5为圆盘，6为半导体温控结构，7为螺钉，8为传动轴，9为隔热管筒，10为铝制接头，11为后调整垫圈，12为前调整垫圈，13为温度传感器，14为连接盘，15为螺栓，16为半导体温控片，17为散热安装套筒，18为螺栓，19为散热翅片筒，20为平垫圈，21为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图所示对本发明作以下详细的描述：
参照图1，本装置为一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置。半导体温控结构(6)中装夹圆盘(5)，其运动和动力由传动轴(8)输入，其电控信号经导电滑环(4)输入。半导体温控结构(6)的运动和动力输入端由螺钉(7)固定于传动轴(8)上，其信号输入端的导电滑环(4)一端安装于半导体温控结构(6)内，另一端安装在滑环槽(3)中。滑环槽(3)经螺钉(2)安装在滑环槽安装架(3)上。
参照图1和图2，所述半导体温控结构(6)与传动轴(8)的固定端利用隔热管套(9)阻隔温控结构与其他部件的热量交换，将隔热管套(9)套入铝制接头(10)，同时铝制接头(10)的另一端装上后调整垫圈(11)，装入圆盘(5)后加入前调整垫圈(12)，由螺栓(15)经连接盘(14)进行固定，同时将温度传感器(13)安装于圆盘(5)和连接盘(14)之间并填充足够的导热介质，完成圆盘(5)的安装。其中温度传感器(13)可选用热电阻或热敏电阻等两接头制的传感器。之后将半导体温控片(16)夹入连接盘(14)和散热安装套筒(17)的法兰盘之间，由螺栓(18)进行固定，之后将半导体温控片(16)和温度传感器(13)的导线装入散热安装套筒(17)的导线槽内，将散热翅片筒(19)套入散热安装套筒(17)，由平垫圈(20)和螺栓(21)进行轴向固定，至此完成半导体温控结构(6)的安装。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的科研人员和工程技术人员能够了解本发明的内容并据此实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：主体由半导体温控片(16)、铝制接头(10)、温度传感器(13)、散热安装套筒(17)和散热翅片筒(19)组成；其中，半导体温控结构(6)的铝制接头(10)套入隔热套筒(9)后固定于传动轴(8)上，阻隔半导体温控结构(6)与传动轴(8)的热量传递，圆盘(5)经调整垫圈调整后安装在阻隔温控结构上，由半导体温控片(16)对圆盘的内边界温度进行控制，由温度传感器(13)完成对圆盘的内缘边界温度测量。
2.根据权利要求1所述的高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：用于装夹前调整垫圈(12)、后调整垫圈(11)和圆盘(5)的连接盘(14)的另一侧安装半导体温控片(16)，通过控制输入电流的方向实现降温和升温两种方式对旋转圆盘的内缘温度进行控制。
3.根据权利要求1所述的高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：温度传感器(13)安装于圆盘(5)和连接盘(14)之间，并在温度传感器(13)周围填充导热介质以提高温度测量的准确性。
4.根据权利要求1所述的高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：半导体温控结构(6)的铝制接头(10)端套入隔热套筒(9)后再固定于传动轴(8)上，用于阻隔温控结构(6)与传动轴的热量传递，提高测得温度的准确度。
5.根据权利要求1所述的高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：半导体温控片(16)和温度传感器(13)的信号导线安装入散热安装套筒(17)的导线槽后，再由导电滑环(4)进行电控信号的传输，且半导体温控片(16)和温度传感器(13)共用一个地端以减少所需导电滑环(4)的接头，减少装置成本。
6.根据权利要求1所述的高速旋转圆盘内缘半导体温控维稳减振装置，其特征在于：散热安装套筒(17)采用散热翅片筒(19)加速降温，并在降温过程中对半导体温控片(16)施加反向电流交换冷热两端，用以提高温度调控的响应速度。
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