CN110242668B - 一种抑振轴承装置及抑振方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑振轴承装置，涉及轴系振动控制技术领域，包括轴承内衬、内永磁体、轴承内圈、滚珠、轴承外圈、线圈、外永磁体、轴承外衬和控制系统；其中，所述内永磁体固定连接在所述轴承内衬的外围，所述轴承内圈固定连接在所述内永磁体的外围；所述轴承外衬固定连接在所述外永磁体的外围，所述外永磁体固定连接在所述轴承外圈的外围，所述线圈缠绕在所述轴承外圈与所述外永磁体之间；所述滚珠活动安装在所述轴承内圈与所述轴承外圈之间，使所述轴承内圈与所述轴承外圈可做相对转动；所述控制系统与所述线圈连接，以控制所述线圈产生抑制振动的电磁力；解决了现有技术中抑振效果不佳的同时，还占用空间的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及轴系振动控制技术领域，尤其涉及一种抑振轴承装置及抑振方法。
背景技术
大型发电厂、船舶领域中众多的动力输出设备和发电装备中轴起着关键的连接和传导作用，对于功率大的装置，轴系很长，为确保装置的对中性及安全性，会在关键的部位布置轴承起到支撑作用，同时大型高功率装备的轴转速一般较低，重量重。在船舶领域，大型船舶的轴带动螺旋桨产生一个纵向的推力推动船舶向前或者向后运动，而螺旋桨在水中运转时水流不均匀会带来纵向振动，纵向振动通过推力轴承和支撑轴承传递到船舶的支撑结构。
现有技术中，在推力轴承上通过增加减振系统减小纵向振动的传递，或者通过在轴承的支持结构上安装阻振质量块的被动减振措施，或者通过在轴承的支撑结构上增加主动吸振器或者消振器，导致抑振效果不佳的同时，还占用空间。
发明内容
本申请实施例通过提供一种抑振轴承装置及抑振方法，解决了现有技术中抑振效果不佳的同时，还占用空间的技术问题。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种抑振轴承装置，包括轴承内衬、内永磁体、轴承内圈、滚珠、轴承外圈、线圈、外永磁体、轴承外衬和控制系统；其中，
所述内永磁体固定连接在所述轴承内衬的外围，所述轴承内圈固定连接在所述内永磁体的外围；
所述轴承外衬固定连接在所述外永磁体的外围，所述外永磁体固定连接在所述轴承外圈的外围，所述线圈缠绕在所述轴承外圈与所述外永磁体之间；
所述滚珠活动安装在所述轴承内圈与所述轴承外圈之间，使所述轴承内圈与所述轴承外圈可做相对转动；
所述控制系统与所述线圈连接，以控制所述线圈产生抑制振动的电磁力。
可选的，所述控制系统包括：信号采集器、控制器、电源和功率放大器，其中，
所述信号采集器用于采集所述轴承上安装的目标轴沿轴向方向的振动信号；
所述控制器分别与所述信号采集器和功率放大器电性连接，以接收所述信号采集器采集的振动信号，并向所述功率放大器发送控制信号；
所述功率放大器与所述线圈电性连接，以接收所述控制信号，并向所述线圈输出交流电；
所述电源为所述信号采集器、控制器和功率放大器提供电源。
可选的，所述轴承内圈、滚珠和轴承外圈均为高强度陶瓷材质。
可选的，所述内永磁体和外永磁体均为钕铁硼永磁体。
可选的，所述轴承内衬和轴承外衬均为非导体材质。
可选的，所述轴承内衬和轴承外衬均为高强度陶瓷材质。
可选的，所述固定连接的方式包括螺栓连接或高固体胶粘。
另一方面，本申请通过本申请的另一实施例还提供一种抑振方法，应用于所述的轴承装置；所述方法包括：
所述信号采集器采集所述轴承上安装的目标轴的沿轴向方向的振动信号，获得振动信息；
所述控制器接收所述振动信息，并根据所述振动信息，生成控制信号，并发送给所述功率放大器；
所述功率放大器根据所述控制信号，向所述线圈输出交流电，使所述线圈在所述内永磁体和外永磁体的共同作用下，产生与所述目标轴的沿轴向方向的振动方向相反的电磁力。
可选的，所述振动信息包括振动的方向和幅度。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的装置，包括轴承内衬、内永磁体、轴承内圈、滚珠、轴承外圈、线圈、外永磁体、轴承外衬和控制系统；其中，所述内永磁体固定连接在所述轴承内衬的外围，所述轴承内圈固定连接在所述内永磁体的外围；所述轴承外衬固定连接在所述外永磁体的外围，所述外永磁体固定连接在所述轴承外圈的外围，所述线圈缠绕在所述轴承外圈与所述外永磁体之间；所述滚珠活动安装在所述轴承内圈与所述轴承外圈之间，使所述轴承内圈与所述轴承外圈可做相对转动；所述控制系统与所述线圈连接，以控制所述线圈产生抑制振动的电磁力；其中轴承内圈、滚珠、轴承外圈组成轴承运转的主体结构，实现轴承的转动；内永磁体、线圈、外永磁体为主动力输出主体结构，由电磁力表达示F＝BIL可知，在永磁体和线圈扎数确定的情况下、通过改变线圈内输入电流的大小和方向就可以获得不同大小和方向的电磁主动输出力，来实现纵向振动的抑制；轴承内衬与轴进行连接，实现轴在运转中的支持作用，同时也与内永磁体进行固定；轴承外衬固定外永磁体，同时也与支撑结构相连，起到支撑作用；控制系统可拾取需要控制的振动响应信号，并输出输出控制力需要的电流大小值，以控制所述线圈产生抑制振动的电磁力；采用主动力输出主体结构直接与轴承运转的主体结构联合一体化设计，线圈缠绕在轴承上，与现有技术相比，不需要增加额外的降噪装置，因此不会因为额外的降噪装置可能造成的额外振动，且不再需要另外的安装空间，且不会影响轴或轴承的原有运转性能，保证轴承装置运转的可靠性，再此基础上，通过控制系统的作用，对轴起到显著的抑振效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种实施例中抑振轴承装置与目标轴组装后的沿轴线方向的剖面图；
图2是本发明另一种实施例中控制系统的连接关系图。
附图标记说明如下：
1-轴承内衬、2-内永磁体、3-轴承内圈、4-滚珠、5-轴承外圈、6-线圈、7-外永磁体、8-轴承外衬、9-控制系统、10-目标轴。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种抑振轴承装置及抑振方法，解决了现有技术中抑振效果不佳的同时，还占用空间的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种抑振轴承装置，包括轴承内衬1、内永磁体2、轴承内圈3、滚珠4、轴承外圈5、线圈6、外永磁体7、轴承外衬8和控制系统9；其中，所述内永磁体2固定连接在所述轴承内衬1的外围，所述轴承内圈3固定连接在所述内永磁体2的外围；所述轴承外衬8固定连接在所述外永磁体7的外围，所述外永磁体7固定连接在所述轴承外圈5的外围，所述线圈6缠绕在所述轴承外圈5与所述外永磁体7之间；所述滚珠4活动安装在所述轴承内圈3与所述轴承外圈5之间，使所述轴承内圈3与所述轴承外圈5可做相对转动；所述控制系统9与所述线圈6连接，以控制所述线圈6产生抑制振动的电磁力。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
另外，文本中出现的“内”和“外”是常规意义的内和外，是为了便于描述清楚，并不是任何限定。
实施例一
如图1所示，本实施例中，一种抑振轴承装置，包括轴承内衬1、内永磁体2、轴承内圈3、滚珠4、轴承外圈5、线圈6、外永磁体7、轴承外衬8和控制系统9；其中，
具体的，参见图1，
所述内永磁体2固定连接在所述轴承内衬1的外围，所述轴承内圈3固定连接在所述内永磁体2的外围；
所述轴承外衬8固定连接在所述外永磁体7的外围，所述外永磁体7固定连接在所述轴承外圈5的外围，所述线圈6缠绕在所述轴承外圈5与所述外永磁体7之间；
所述滚珠4活动安装在所述轴承内圈3与所述轴承外圈5之间，使所述轴承内圈3与所述轴承外圈5可做相对转动；
所述控制系统9与所述线圈6连接，以控制所述线圈6产生抑制振动的电磁力。
需要说明的是，轴承内圈3、滚珠4、轴承外圈5组成轴承运转的主体结构，实现轴承的基本转动；内永磁体2、线圈6、外永磁体7为主动力输出主体结构，由电磁力表达示F＝BIL可知，在永磁体和线圈6扎数确定的情况下、通过改变线圈6内输入电流的大小和方向就可以获得不同大小和方向的电磁主动输出力，来实现纵向振动的抑制；轴承内衬1与轴进行连接，实现轴在运转中的支持作用，同时也与内永磁体2进行固定；轴承外衬8固定外永磁体7，同时也与支撑结构相连，起到支撑作用；控制系统9可拾取需要控制的振动响应信号，并输出输出控制力需要的电流大小值，通过改变线圈6内输入电流的大小和方向就可以获得不同大小和方向的电磁主动输出力，来实现纵向振动的抑制。
现有技术中，在推力轴承上通过增加减振系统减小纵向振动的传递，但是轴向推力也会经过减振系统进行衰减，降低轴的推进效率。还有就是通过在轴承的支持结构上采取以下阻振质量块的被动减振措施，或者通过在轴承的支撑结构上增加主动吸振器或者消振器，这样需要在原有的支撑结构上留有足够的安装空间，而且因为不是在轴承对外传递的原点进行控制，对全局的振动控制的效果无法有效评估，只能对目标有限点的振动得到有效的控制，但可能会引起其他位置振动的增加。
而本发明对轴承进行优化设计，植入主动控制部件，不需要再考虑振动控制设备的安装空间问题，安装方便，同时能够实现原点控制，对全局的控制效果有很好的效果，有利于工程化推广。
作为一种可选的实施方式，所述轴承内圈3、滚珠4和轴承外圈5均为高强度陶瓷材质。转动部件为陶瓷结构，提高了轴承的耐磨性和低摩擦系统特征，可确保轴承的高性能。
作为一种可选的实施方式，所述内永磁体2和外永磁体7均为钕铁硼永磁体。
作为一种可选的实施方式，所述轴承内衬1和轴承外衬8均为非导体材质。
具体的，例如高合金铝，可保证不影响磁场作用。
进一步的，所述轴承内衬1和轴承外衬8均为高强度陶瓷材质。可保证轴承的强度，提高使用寿命。
作为一种可选的实施方式，所述固定连接的方式包括螺栓连接或高固体胶粘。
具体的，参见图2，作为一种可选的具体实施方式，所述控制系统9包括：信号采集器、控制器、电源和功率放大器，其中，
所述信号采集器用于采集所述轴承上安装的目标轴10沿轴向方向的振动信号；
所述控制器分别与所述信号采集器和功率放大器电性连接，以接收所述信号采集器采集的振动信号，并向所述功率放大器发送控制信号；
所述功率放大器与所述线圈6电性连接，以接收所述控制信号，并向所述线圈6输出交流电；
所述电源为所述信号采集器、控制器和功率放大器提供电源。
具体的，所述控制器为可编程PLC；信号采集器可以是振动传感器。
本发明的轴承装置的具体的安装步骤如下：
将滚珠4安装在轴承内圈3和轴承外圈5中间，组成轴承转动的主体结构，同时保证滚珠4在轴承内圈3和轴承外圈5中自由滚动，无卡滞现象；
将线圈6固定在外永磁体7和上述的轴承转动主体结构的轴承外内圈中间，在将组装好的部件的轴承内圈3和内永磁体2固定；
将上述组装件与控制系统9连接，控制系统9发出一个电流信号，观察线圈66是否产生电磁力，有电磁力表明安装无误，否则需要重新检查安装。
将上述安装好的部件固定在轴承内衬1上，然后再安装到轴承外衬8内，形成陶瓷主动抑振轴承装置。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明的装置，包括轴承内衬1、内永磁体2、轴承内圈3、滚珠4、轴承外圈5、线圈6、外永磁体7、轴承外衬8和控制系统9；其中，所述内永磁体2固定连接在所述轴承内衬1的外围，所述轴承内圈3固定连接在所述内永磁体2的外围；所述轴承外衬8固定连接在所述外永磁体7的外围，所述外永磁体7固定连接在所述轴承外圈5的外围，所述线圈6缠绕在所述轴承外圈5与所述外永磁体7之间；所述滚珠4活动安装在所述轴承内圈3与所述轴承外圈5之间，使所述轴承内圈3与所述轴承外圈5可做相对转动；所述控制系统9与所述线圈6连接，以控制所述线圈6产生抑制振动的电磁力；其中轴承内圈3、滚珠4、轴承外圈5组成轴承运转的主体结构，实现轴承的转动；内永磁体2、线圈6、外永磁体7为主动力输出主体结构，由电磁力表达示F＝BIL可知，在永磁体和线圈6扎数确定的情况下、通过改变线圈6内输入电流的大小和方向就可以获得不同大小和方向的电磁主动输出力，来实现纵向振动的抑制；轴承内衬1与轴进行连接，实现轴在运转中的支持作用，同时也与内永磁体2进行固定；轴承外衬8固定外永磁体7，同时也与支撑结构相连，起到支撑作用；控制系统9可拾取需要控制的振动响应信号，并输出输出控制力需要的电流大小值，以控制所述线圈6产生抑制振动的电磁力；采用主动力输出主体结构直接与轴承运转的主体结构联合一体化设计，线圈6缠绕在轴承上，与现有技术相比，不需要增加额外的降噪装置，因此不会因为额外的降噪装置可能造成的额外振动，且不再需要另外的安装空间，且不会影响轴或轴承的原有运转性能，保证轴承装置运转的可靠性，再此基础上，通过控制系统9的作用，对轴起到显著的抑振效果。
此外，本发明具有以下特点：
首先，本发明的陶瓷主动抑振轴承装置中的转动部件为陶瓷结构，提高了耐磨性和低摩擦系统特征，可确保轴承的高性能。
其次，本发明的陶瓷主动抑振轴承装置中的主动输出力结构直接与陶瓷转动结构联合一体化设计，不再需要另外的安装工序一次成型，不再需要另外的安装空间，集成度高，提高了工程应用性。
其次，本发明的陶瓷主动抑振轴承装置中线圈6缠绕在轴上，工艺简单，同时有效的线圈6扎数可以根据输出了的大小而不同，灵活多变，可以设计成系列化的主动抑制装置，通用程度高。
实施例二
本实施例提供一种抑振方法，应用于实施例一所述的轴承装置；所述方法包括：
S101、所述信号采集器采集所述轴承上安装的目标轴10的沿轴向方向的振动信号，获得振动信息；
S102、所述控制器接收所述振动信息，并根据所述振动信息，生成控制信号，并发送给所述功率放大器；
S103、所述功率放大器根据所述控制信号，向所述线圈6输出交流电，使所述线圈6在所述内永磁体2和外永磁体7的共同作用下，产生与所述目标轴10的沿轴向方向的振动方向相反的电磁力。
具体的，在本实施例中所述振动信息包括振动的方向和幅度
在本实施例中，专门针对轴承系统，通过实施例一种的轴承装置，实现对轴及轴承振动的抑制，配合抑振轴承结构设计，显著提高轴承抑振效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种抑振轴承装置，其特征在于，包括轴承内衬、内永磁体、轴承内圈、滚珠、轴承外圈、线圈、外永磁体、轴承外衬和控制系统；其中，
所述内永磁体固定连接在所述轴承内衬的外围，所述轴承内圈固定连接在所述内永磁体的外围；
所述轴承外衬固定连接在所述外永磁体的外围，所述外永磁体固定连接在所述轴承外圈的外围，所述线圈缠绕在所述轴承外圈与所述外永磁体之间；
所述滚珠活动安装在所述轴承内圈与所述轴承外圈之间，使所述轴承内圈与所述轴承外圈可做相对转动；
所述控制系统与所述线圈连接，以控制所述线圈产生抑制振动的电磁力；
其中，所述控制系统包括：信号采集器、控制器、电源和功率放大器，其中，所述信号采集器用于采集所述轴承上安装的目标轴沿轴向方向的振动信号；所述控制器分别与所述信号采集器和功率放大器电性连接，以接收所述信号采集器采集的振动信号，并向所述功率放大器发送控制信号；所述功率放大器与所述线圈电性连接，以接收所述控制信号，并向所述线圈输出交流电；所述电源为所述信号采集器、控制器和功率放大器提供电源。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴承内圈、滚珠和轴承外圈均为高强度陶瓷材质。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内永磁体和外永磁体均为钕铁硼永磁体。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴承内衬和轴承外衬均为非导体材质。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述轴承内衬和轴承外衬均为高强度陶瓷材质。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定连接的方式包括螺栓连接或高固体胶粘接。
7.一种抑振方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6的任一项所述的轴承装置；所述方法包括：
所述信号采集器采集所述轴承上安装的目标轴的沿轴向方向的振动信号，获得振动信息；
所述控制器接收所述振动信息，并根据所述振动信息，生成控制信号，并发送给所述功率放大器；
所述功率放大器根据所述控制信号，向所述线圈输出交流电，使所述线圈在所述内永磁体和外永磁体的共同作用下，产生与所述目标轴的沿轴向方向的振动方向相反的电磁力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述振动信息包括振动的方向和幅度。
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