CN110715024B - 一种扭转振动能量储放装置 - Google Patents

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Abstract

一种扭转振动能量储放装置，包括传动轴，传动轴的左右两端分别通过滚动轴承转动连接在轴承座上，其中轴承座上固定有用于限定滚动轴承位置的轴承端盖；每个轴承座的底部设有一组推动机构；传动轴的中部固定有压盘；综上所述，本发明的扭转振动能量储放装置，一方面能有效的达到系统的减振效果，另一方面主要用于振动试验平台中实现自激振动与强迫振动的转换，在系统发生强迫振动时，系统的微幅扭振能量被该装置收集，在强迫振动停止后，通过离合结构，使收集到的能量在系统内部释放，实现实验系统自身的自激扭转振动。

Description

一种扭转振动能量储放装置
技术领域
本发明属于非线性振动能量测试技术领域，具体涉及一种扭转振动能量储放装置。
背景技术
扭转振动是旋转机械工作过程中一种常见的现象，而轴系是所有旋转机械中最根本的结构之一，目前主要对轴系进行扭转振动的研究。扭振的产生通常是由作用于轴的转矩发生变化引起的，当轴的负载或驱动力突然发生变化时，作用于轴的力矩发生一定的变化，轴发生扭振现象。在旋转机械的运转过程中，扭振的发生会对整个系统的安全产生较大的危害，其会在系统内部产生动应力，该动应力值会随着时间的变化而不断变化，当动应力值超过轴的疲劳极限，会造成轴的疲劳损伤，影响轴系的工作性能，造成比较恶劣的影响，严重时会发生断轴现象。此外，扭振还会使整个系统发生次同步振荡现象，若机床的传动轴发生扭振，则其加工出的产品的精度则会大大降低，影响产品的使用性能。
目前，针对扭转振动能量收集的研究比较少，主要研究的是减小扭转振动的不利影响，其主要的措施是安装扭振减振器，扭振减振器主要利用减振弹簧的缓冲减振特性，从而减小扭振的不利影响。减振器虽然能减振，但扭转振动能量完全被释放了，其不能得到有效利用。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、工作稳定的扭转振动能量储放装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种扭转振动能量储放装置，包括传动轴，传动轴的左右两端分别通过滚动轴承转动连接在轴承座上，其中轴承座上固定有用于限定滚动轴承位置的轴承端盖；每个轴承座的底部设有一组推动机构；传动轴的中部固定有压盘；
传动轴上具有左圆锥过渡结构和右圆锥过渡结构，左圆锥过渡结构与传动轴左侧的轴承座之间设有能量收集系统，能量收集系统与传动轴右侧的轴承座之间设有能量释放系统，传动轴上套设有左弹簧和右弹簧，左弹簧分别与能量收集系统和压盘顶压配合，右弹簧分别与压盘和能量释放系统顶压配合。
能量收集系统包括圆台块，圆台块为左大右小的圆台结构，圆台块的中心处开设有中心孔，圆台块通过中心孔套设在传动轴的左端部，圆台块与传动轴为间隙配合，中心孔的右端为第一圆台孔，第一圆台孔与左圆锥过渡结构相适配；
圆台块上设置有能量收集弹簧总成和自动离合总成，能量收集弹簧总成由四组直线振动储能机构组成。
圆台块的左侧面开设有方形环槽，自动离合总成包括四根长轴，四根长轴穿设在圆台块上且均布在方形环槽的四个顶角处，长轴与圆台块为间隙配合，长轴的左端部固定有链轮，长轴的右端固定有小摩擦轮；四个链轮之间啮合连接有链条，其中链条的上侧段、左侧段、下侧段以及右侧段上均固定有小质量块，小质量块的内端为圆台结构；
圆台块的左侧面开设有四个矩形槽，四个矩形槽位于方形环槽的内侧且分别紧邻于方形环槽的四个边；四组直线振动储能机构分别装配在四个矩形槽内。
每组直线振动储能机构包括两个能量收集弹簧组件，两个能量收集弹簧组件对称设置在矩形槽内；
每个能量收集弹簧组件包括T形质量块和轴套，轴套的一端固定在矩形槽的槽壁上，T形质量块设置在矩形槽内且与矩形槽为滑动配合，T形质量块由帽状结构和柱状结构组成，T形质量块的柱状结构端部穿设在轴套内，T形质量块的柱状结构上固定有环形限位板，T形质量块的柱状结构和轴套外周套设有弹簧，弹簧的两端分别与柱状结构的限位板和矩形槽的槽壁顶压配合；T形质量块的帽状结构外侧部开设有安装槽，安装槽开口向外，安装槽内固定有销柱，销柱的外端固定有台阶形的导套，安装槽的外端部设置有套环，套环与安装槽为过盈配合，销柱上套设有压缩弹簧，压缩弹簧分别与安装槽槽壁和导套顶压配合；矩形槽与对应的方形环槽之间形成挡板结构，在压缩弹簧的作用下，导套的端部与挡板结构顶压配合；挡板结构上开设有两个缺口，两个缺口对应于两个能量收集弹簧组件。
能量释放系统包括横置套筒，横置套筒为左端敞口且右端封堵的筒体结构，横置套筒的右端中心开设有圆孔，横置套筒通过圆孔套在传动轴的右端部，横置套筒与传动轴为间隙配合，横置套筒的左端部内壁形成圆台形敞口，圆台形敞口与圆台块的圆台外形相适配，横置套筒的圆孔左端为第二圆台孔，第二圆台孔与右圆锥过渡结构相适配；横置套筒的左侧内壁固定有L型螺柱，L型螺柱的一端部水平向左且该端部固定有大摩擦轮；大摩擦轮对应位于小摩擦轮的右侧；
圆台形敞口与圆台块外缘之间的距离、大摩擦轮与小摩擦轮之间的距离、第二圆台孔与右圆锥过渡结构之间的距离均相等，且圆台形敞口与圆台块外缘之间的距离大于第一圆台孔与左圆锥过渡结构之间的距离。
推动机构包括L型杠杆，L型杠杆的拐角处通过销轴铰接在轴承座的底部，L型杠杆的下端开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿左右水平方向设置，螺纹孔内螺纹连接有圆柱螺丝，圆柱螺丝上螺纹连接有螺母；
其中连接在左侧轴承座上的推动机构的圆柱螺丝的右端与圆台块的左侧面顶压配合，连接在右侧轴承座上的推动机构的圆柱螺丝的左端与横置套筒的右侧面顶压配合。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、扭转能量收集系统的设计思路是将扭转振动在圆周各个方向上的振动转化为在特定直线上的振动，对特定直线上的振动能量进行收集，从而达到对扭转振动能量的收集，因为扭转振动在圆周各个方向上都存在，故本装置采用的是在圆周上均布四个直线振动储能机构，其位置分别为水平和竖直方向，有效解决了扭转振动周向不容易收集的问题，且能量收集弹簧组件采用双T形质量块、双弹簧对称布置，因此无论工件沿哪个方向回转，其扭振能量都能被收集起来；
2、能量收集系统在收集完最大极限能量后，通过巧妙的结构设计实现自动离合，防止把弹簧压溃，其关键是控制用来储存能量的弹簧的最大压缩量刚好等于T形质量块的行程，能量释放过程则是通过横置套筒的大摩擦轮带动能量收集系统的小摩擦轮旋转，即链轮旋转，最终带动链条上的小质量块移动，当其与凸出来的夹片接触时，通过小质量块下方的圆台结构将导套挤进去，实现压缩弹簧能量的释放，该结构的设计避免了在狭小空间额外布置动力装置，结构紧凑，工作稳定；
3、能量释放过程通过摩擦轮之间的摩擦力来传递运动形式，因此工作过程中传动较为平稳，发生过载情况时会发生打滑现象，能保护重要零部件的安全；
4、本装置的三个主要部件分别为能量收集系统、传动轴和能量释放系统，其中都运用了圆台式结构，主要利用斜面移动时所产生的挤压力去迫使两个工件紧密接触，整个动力传递的过程都是通过移动斜楔式机构的配合和分离来实现的，该结构的巧妙设计能实现这三种部件之间的动力传递，操作简单，结构夹紧力大，保证了动力传递的稳定性；
5、本装置内部所有质量块运动均设有导向结构，导向结构可以使质量块沿所需方向进行直线移动，保证质量块移动的稳定性；
6、在旋转机械系统工作过程中，该扭转振动能量储放装置不仅可以达到减振效果，又可以将储存起来的扭振能量有效的利用起来。
综上所述，本发明的扭转振动能量储放装置，一方面能有效的达到系统的减振效果，另一方面主要用于振动试验平台中实现自激振动与强迫振动的转换，在系统发生强迫振动时，系统的微幅扭振能量被该装置收集，在强迫振动停止后，通过离合结构，使收集到的能量在系统内部释放，实现实验系统自身的自激扭转振动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图2中B-B处的剖视图；
图4是图2中C处的放大图；
图5是图2中D处的放大图；
图6是图3中E处的放大图。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明的一种扭转振动能量储放装置，包括传动轴A1，传动轴A1的左右两端分别通过滚动轴承1转动连接在轴承座2上，其中轴承座2上固定有用于限定滚动轴承1位置的轴承端盖3；每个轴承座2的底部设有一组推动机构A4；传动轴A1的中部固定有压盘4；
传动轴A1上具有左圆锥过渡结构5和右圆锥过渡结构6，左圆锥过渡结构5与传动轴A1左侧的轴承座2之间设有能量收集系统A2，能量收集系统A2与传动轴A1右侧的轴承座2之间设有能量释放系统A3，传动轴A1上套设有左弹簧7和右弹簧8，左弹簧7分别与能量收集系统A2和压盘4顶压配合，右弹簧8分别与压盘4和能量释放系统A3顶压配合。
能量收集系统A2包括圆台块9，圆台块9为左大右小的圆台结构，圆台块9的中心处开设有中心孔，圆台块9通过中心孔套设在传动轴A1的左端部，圆台块9与传动轴A1为间隙配合，中心孔的右端为第一圆台孔10，第一圆台孔10与左圆锥过渡结构5相适配；
圆台块9上设置有能量收集弹簧总成和自动离合总成，能量收集弹簧总成由四组直线振动储能11机构组成。
圆台块9的左侧面开设有方形环槽12，自动离合总成包括四根长轴13，四根长轴13穿设在圆台块9上且均布在方形环槽12的四个顶角处，长轴13与圆台块9为间隙配合，长轴13的左端部固定有链轮14，长轴13的右端固定有小摩擦轮15；四个链轮14之间啮合连接有链条16，其中链条16的上侧段、左侧段、下侧段以及右侧段上均固定有小质量块17，小质量块17的内端为圆台结构；
圆台块9的左侧面开设有四个矩形槽18，四个矩形槽18位于方形环槽12的内侧且分别紧邻于方形环槽12的四个边；四组直线振动储能11机构分别装配在四个矩形槽18内。
每组直线振动储能11机构包括两个能量收集弹簧组件，两个能量收集弹簧组件对称设置在矩形槽18内；
每个能量收集弹簧组件包括T形质量块19和轴套20，轴套20的一端固定在矩形槽18的槽壁上，T形质量块19设置在矩形槽18内且与矩形槽18为滑动配合，T形质量块19由帽状结构21和柱状结构22组成，T形质量块19的柱状结构22端部穿设在轴套20内，T形质量块19的柱状结构22上固定有环形限位板23，T形质量块19的柱状结构22和轴套20外周套设有弹簧24，弹簧24的两端分别与柱状结构22的限位板23和矩形槽18的槽壁顶压配合；T形质量块19的帽状结构21外侧部开设有安装槽，安装槽开口向外，安装槽内固定有销柱25，销柱25的外端固定有台阶形的导套26，安装槽的外端部设置有套环27，套环27与安装槽为过盈配合，销柱25上套设有压缩弹簧28，压缩弹簧28分别与安装槽槽壁和导套26顶压配合；矩形槽18与对应的方形环槽12之间形成挡板结构29，在压缩弹簧28的作用下，导套26的端部与挡板结构29顶压配合；挡板结构29上开设有两个缺口30，两个缺口30对应于两个能量收集弹簧24组件。
能量释放系统A3包括横置套筒31，横置套筒31为左端敞口且右端封堵的筒体结构，横置套筒31的右端中心开设有圆孔，横置套筒31通过圆孔套在传动轴A1的右端部，横置套筒31与传动轴A1为间隙配合，横置套筒31的左端部内壁形成圆台形敞口32，圆台形敞口32与圆台块9的圆台外形相适配，横置套筒31的圆孔左端为第二圆台孔33，第二圆台孔33与右圆锥过渡结构6相适配；横置套筒31的左侧内壁固定有L型螺柱34，L型螺柱34的一端部水平向左且该端部固定有大摩擦轮35；大摩擦轮35对应位于小摩擦轮15的右侧；
圆台形敞口32与圆台块9外缘之间的距离、大摩擦轮35与小摩擦轮15之间的距离、第二圆台孔33与右圆锥过渡结构6之间的距离均相等，且圆台形敞口32与圆台块9外缘之间的距离大于第一圆台孔10与左圆锥过渡结构5之间的距离。
推动机构A4包括L型杠杆36，L型杠杆36的拐角处通过销轴铰接在轴承座2的底部，L型杠杆36的下端开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿左右水平方向设置，螺纹孔内螺纹连接有圆柱螺丝37，圆柱螺丝37上螺纹连接有螺母38；
其中连接在左侧轴承座2上的推动机构A4的圆柱螺丝37的右端与圆台块9的左侧面顶压配合，连接在右侧轴承座2上的推动机构A4的圆柱螺丝37的左端与横置套筒31的右侧面顶压配合。
本发明的具体工作原理如下：
将本装置扭转振动能量储放装置装入旋转机械工作系统中，当需要收集扭振能量时，向下压动左侧推动机构A4的L型杠杆36，L型杠杆36绕销轴转动，从而圆柱螺丝37向右推动能量收集系统A2的圆台块9，使得圆台块9通过第一圆台孔10与传动轴A1的左圆锥过渡结构5紧密结合，此时四组直线振动储能11机构开始工作，其中内部的T形质量块19推动弹簧24进行压缩，储存扭转振动能量，当所施加的扭矩达到一定程度时，直线振动储能11机构恰好收集到最大极限能量，T形质量块19运动至挡板结构29的缺口30处，导套26在压缩弹簧28的弹力下弹出，弹簧24不再压缩，能量收集停止；此时，松开左侧推动机构A4的L型杠杆36，圆台块9因左弹簧7的弹力作用回到原位，不再运动；以上过程即为能量收集系统A2收集完最大能量后自动离合，并且装置停止运动；
释放储存的能量时，压动右侧推动机构A4的L型杠杆36，使能量释放系统A3的横置套筒31向左移动，从而横置套筒31的第二圆台孔33与传动轴A1的右圆锥过渡结构6紧密结合，同时横置套筒31的圆台形敞口32与圆台块9外缘紧密结合，传动轴A1的旋转运动传递给了能量收集系统A2，在横置套筒31的圆台形敞口32与圆台块9外缘逐渐紧密结合的过程中，大摩擦轮35会带动小摩擦轮15转动，使得链轮14转动，链条16拉着小质量块17移动，从而小质量块17上的圆台结构将弹出的导套26顶入缺口30内，压缩的弹簧24开始回弹，储存的能量被释放，能量释放完成后，松开右侧的L型杠杆36，横置套筒31在右弹簧8的弹力作用下回弹。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种扭转振动能量储放装置，其特征在于：包括传动轴，传动轴的左右两端分别通过滚动轴承转动连接在轴承座上，其中轴承座上固定有用于限定滚动轴承位置的轴承端盖；每个轴承座的底部设有一组推动机构；传动轴的中部固定有压盘；
传动轴上具有左圆锥过渡结构和右圆锥过渡结构，左圆锥过渡结构与传动轴左侧的轴承座之间设有能量收集系统，能量收集系统与传动轴右侧的轴承座之间设有能量释放系统，传动轴上套设有左弹簧和右弹簧，左弹簧分别与能量收集系统和压盘顶压配合，右弹簧分别与压盘和能量释放系统顶压配合；
能量收集系统包括圆台块，圆台块为左大右小的圆台结构，圆台块的中心处开设有中心孔，圆台块通过中心孔套设在传动轴的左端部，圆台块与传动轴为间隙配合，中心孔的右端为第一圆台孔，第一圆台孔与左圆锥过渡结构相适配；
圆台块上设置有能量收集弹簧总成和自动离合总成，能量收集弹簧总成由四组直线振动储能机构组成；
能量释放系统包括横置套筒，横置套筒为左端敞口且右端封堵的筒体结构，横置套筒的右端中心开设有圆孔，横置套筒通过圆孔套在传动轴的右端部，横置套筒与传动轴为间隙配合，横置套筒的左端部内壁形成圆台形敞口，圆台形敞口与圆台块的圆台外形相适配，横置套筒的圆孔左端为第二圆台孔，第二圆台孔与右圆锥过渡结构相适配；横置套筒的左侧内壁固定有L型螺柱，L型螺柱的一端部水平向左且该端部固定有大摩擦轮；大摩擦轮对应位于小摩擦轮的右侧；
圆台形敞口与圆台块外缘之间的距离、大摩擦轮与小摩擦轮之间的距离、第二圆台孔与右圆锥过渡结构之间的距离均相等，且圆台形敞口与圆台块外缘之间的距离大于第一圆台孔与左圆锥过渡结构之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种扭转振动能量储放装置，其特征在于：圆台块的左侧面开设有方形环槽，自动离合总成包括四根长轴，四根长轴穿设在圆台块上且均布在方形环槽的四个顶角处，长轴与圆台块为间隙配合，长轴的左端部固定有链轮，长轴的右端固定有小摩擦轮；四个链轮之间啮合连接有链条，其中链条的上侧段、左侧段、下侧段以及右侧段上均固定有小质量块，小质量块的内端为圆台结构；
圆台块的左侧面开设有四个矩形槽，四个矩形槽位于方形环槽的内侧且分别紧邻于方形环槽的四个边；四组直线振动储能机构分别装配在四个矩形槽内。
3.根据权利要求2所述的一种扭转振动能量储放装置，其特征在于：每组直线振动储能机构包括两个能量收集弹簧组件，两个能量收集弹簧组件对称设置在矩形槽内；
每个能量收集弹簧组件包括T形质量块和轴套，轴套的一端固定在矩形槽的槽壁上，T形质量块设置在矩形槽内且与矩形槽为滑动配合，T形质量块由帽状结构和柱状结构组成，T形质量块的柱状结构端部穿设在轴套内，T形质量块的柱状结构上固定有环形限位板，T形质量块的柱状结构和轴套外周套设有弹簧，弹簧的两端分别与柱状结构的限位板和矩形槽的槽壁顶压配合；T形质量块的帽状结构外侧部开设有安装槽，安装槽开口向外，安装槽内固定有销柱，销柱的外端固定有台阶形的导套，安装槽的外端部设置有套环，套环与安装槽为过盈配合，销柱上套设有压缩弹簧，压缩弹簧分别与安装槽槽壁和导套顶压配合；矩形槽与对应的方形环槽之间形成挡板结构，在压缩弹簧的作用下，导套的端部与挡板结构顶压配合；挡板结构上开设有两个缺口，两个缺口对应于两个能量收集弹簧组件。
4.根据权利要求1所述的一种扭转振动能量储放装置，其特征在于：推动机构包括L型杠杆，L型杠杆的拐角处通过销轴铰接在轴承座的底部，L型杠杆的下端开设有螺纹孔，螺纹孔的中心线沿左右水平方向设置，螺纹孔内螺纹连接有圆柱螺丝，圆柱螺丝上螺纹连接有螺母；
其中连接在左侧轴承座上的推动机构的圆柱螺丝的右端与圆台块的左侧面顶压配合，连接在右侧轴承座上的推动机构的圆柱螺丝的左端与横置套筒的右侧面顶压配合。
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