CN110886810A - 轴系横向振动电磁式主动控制装置 - Google Patents

轴系横向振动电磁式主动控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴系横向振动电磁式主动控制装置，其中，竖向单元包括动子和固定在轴系中轴承外圈上的底座，动子包括主杆以及固定在主杆中部的永磁体和导磁体，主杆的上端与平衡弹簧连接、上部与导向件滑动配合、下部套有压簧、下端与底座滑动配合，压簧放在底座上且两端不固定，初始状态下平衡弹簧使得动子与压簧上端不施力的接触，主杆两侧对称设有拉簧，底座上设有连接杆，拉簧的上端与动子固定、下端钩在对应的连接杆上且存在下行空间，导磁体外圈设有对应的线圈，线圈设在固定的导磁筒内，动子向下时压簧受压对底座输出压力、拉簧同步运动不受压，动子向上时压簧自由、拉簧受拉对底座输出拉力。该装置能够主动控制轴系横向振动。

Description

轴系横向振动电磁式主动控制装置
技术领域
本发明属于振动与噪声振动控制领域，具体涉及一种轴系横向振动电磁式主动控制装置。
背景技术
轴系是动力传送的主要设备，它将主机和执行件(如船桨)有效连接，并且形成一套完整的动力体系，使设备(如船舶)正常行驶。当轴系出现主机力传递不均匀、力矩和安装不能对中、材料加工不精确等现象时，就会使轴系产生不平衡的状态，出现横向振动(此外，螺旋桨在不均匀的流场中工作，会引起船舶尾部的扰动，使船舶出现共振和局部振动)。严重的横向振动可能会引起轴系的弯曲应力过大，而使其断裂，危害人体生命。
目前，可以通过改变外界激励频率来避免共振，如果外界激励频率是固定不变的，则可以通过改变轴系中某项参数(如改变轴承支撑刚度、支撑位置)，改变系统的固有频率，避开共振区域，达到减小系统响应和控制设备振动的目的。当共振现象不可避免时，可降低系统振动响应，例如轴稳定运行转速大于临界转速时，为了尽可能降低共振产生的破坏，就要快速越过共振区域，缩短在共振区域的运转时间，降低系统振动响应，也可以通过增加系统阻尼，消耗共振时产生的能量，实现减小振幅，降低共振影响的目标，例如安装轴承支撑时增大隔振器的阻尼等。
上述减小轴系回转振动的方法都是改善工艺或者被动控制，均没有尝试研究主动控制轴系横向振动。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴系横向振动电磁式主动控制装置，该装置能够主动控制轴系横向振动。
本发明所采用的技术方案是：
一种轴系横向振动电磁式主动控制装置，包括竖向单元和横向单元；竖向单元竖向设置，包括动子和固定在轴系中轴承外圈上的底座，动子包括非导磁性的主杆以及固定在主杆中部且交替排布的永磁体和导磁体，主杆的上端与平衡弹簧连接、上部与固定的导向件滑动配合、下部套有压簧、下端与底座滑动配合，压簧放在底座上且两端不固定，初始状态下平衡弹簧使得动子与压簧上端不施力的接触，主杆两侧对称设有拉簧，底座上设有连接杆，拉簧的上端与动子固定、下端钩在对应的连接杆上且存在下行空间，导磁体外圈设有对应的线圈，线圈设在固定的导磁筒内，线圈通交变的电流时动子能上下运动，动子向下时压簧受压对底座输出压力、拉簧同步运动不受压，动子向上时压簧自由、拉簧受拉对底座输出拉力；横向单元与竖向单元结构和作用相同但横向设置且取消平衡弹簧；工作时，动子输出力与轴系振动方向相反、频率相同。
进一步地，拉簧通过端部的螺纹段与动子连接固定。
进一步地，底座焊接固定在轴承外圈上。
进一步地，导磁筒和导向件安装在机架或底座上，平衡弹簧上端拉住机架、下端拉住主杆。
进一步地，线圈通过线圈架固定在导磁筒内。
进一步地，永磁体和导磁体紧密套在主杆上且两端被螺母夹紧。
进一步地，相邻永磁体间同极性相对，永磁体通过导磁筒和两侧的导磁体形成闭合磁路，相邻线圈间通电方向相反形成同一方向的对外电磁力。
进一步地，导磁体和导磁筒均采用电工纯铁DT4。
进一步地，永磁体采用标号为N45的钕铁硼稀土永磁材料。
进一步地，主杆采用高强度合金。
本发明的有益效果是：
该装置采用电磁式主动控制，将轴系横向振动分解为竖向和横向，通过调节线圈的通电频率和方向即可使动子输出力与轴系振动方向相反、频率相同，从而达到控制轴系横向振动的目的，在该装置中，导向件和底座可以保证动子的运动不偏移，对于横向单元，导向件和底座还起到支撑的作用。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例一中导磁筒的俯视图。
图3是本发明实施例一中导向件的俯视图。
图4是本发明实施例一中底座的俯视图。
图5是本发明实施例二的结构示意图。
图中：1-平衡弹簧；2-主杆；3-导向件；4-螺栓；5-螺母；6-导磁筒；7-线圈；8-线圈架；9-底座；10-拉簧；11-轴承；12-压簧；13-螺母；14-机架；15-永磁体；16-导磁体；17-连接杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图5所示，在实施例一和实施例二中，轴系横向振动电磁式主动控制装置包括竖向单元和横向单元；竖向单元竖向设置，包括动子和固定在轴系中轴承外圈上的底座9，动子包括非导磁性的主杆2以及固定在主杆2中部且交替排布的永磁体15和导磁体16，主杆2的上端与平衡弹簧1连接、上部与固定的导向件3滑动配合(滑动配合处制作时要尽可能的增加光滑度和材料刚度)、下部套有压簧12、下端与底座9滑动配合(滑动配合处制作时要尽可能的增加光滑度和材料刚度)，压簧12放在底座9上且两端不固定，初始状态下平衡弹簧1使得动子与压簧12上端不施力的接触，主杆2两侧对称设有拉簧10，底座9上设有连接杆17，拉簧10的上端与动子固定、下端钩在对应的连接杆17上且存在下行空间，导磁体16外圈设有对应的线圈7，线圈7设在固定的导磁筒6内，线圈7通交变的电流时动子能上下运动，动子向下时压簧12受压对底座9输出压力、拉簧10同步运动不受压，动子向上时压簧12自由、拉簧10受拉对底座9输出拉力；横向单元与竖向单元结构和作用相同但横向设置且取消平衡弹簧1(在横向单元中，拉簧10可能在自重下会与底座9摩擦，但是不影响作用效果)；工作时，动子输出力与轴系振动方向相反、频率相同。该装置采用电磁式主动控制，将轴系横向振动分解为竖向和横向，通过调节线圈7的通电频率和方向即可使动子输出力与轴系振动方向相反、频率相同，从而达到控制轴系横向振动的目的，在该装置中，导向件3和底座9可以保证动子的运动不偏移，对于横向单元，导向件3和底座9还起到支撑的作用。
如图1所示，在实施例一中，拉簧10通过端部的螺纹段与动子连接固定，底座9焊接固定在轴承11外圈上。
如图1所示，在实施例一中，在导磁筒6和导向件3均通过螺栓4安装在机架14上，平衡弹簧1上端拉住机架14、下端拉住主杆2；如图5所示，在实施例二中，导磁筒6通过螺栓4安装在底座9上，导向件3通过螺栓4安装在导磁筒6上，平衡弹簧1上端拉住机架14、下端拉住主杆2。
如图1和图5所示，在实施例一和实施例二中，线圈7通过线圈架8固定在导磁筒6内。
如图1和图5所示，在实施例一和实施例二中，永磁体15和导磁体16紧密套在主杆2上且两端被螺母13夹紧。
如图1和图5所示，在实施例一和实施例二中，相邻永磁体15间同极性相对，永磁体15通过导磁筒6和两侧的导磁体16形成闭合磁路，相邻线圈7间通电方向相反形成同一方向的对外电磁力。
在实施例一和实施例二中，导磁体16和导磁筒6均采用电工纯铁DT4，永磁体15采用标号为N45的钕铁硼稀土永磁材料，主杆2采用高强度合金。
在实施例一和实施例二中，平衡弹簧1刚度小于1N/mm，压簧12刚度为100N/mm，拉簧10刚度为50N/mm。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：包括竖向单元和横向单元；竖向单元竖向设置，包括动子和固定在轴系中轴承外圈上的底座，动子包括非导磁性的主杆以及固定在主杆中部且交替排布的永磁体和导磁体，主杆的上端与平衡弹簧连接、上部与固定的导向件滑动配合、下部套有压簧、下端与底座滑动配合，压簧放在底座上且两端不固定，初始状态下平衡弹簧使得动子与压簧上端不施力的接触，主杆两侧对称设有拉簧，底座上设有连接杆，拉簧的上端与动子固定、下端钩在对应的连接杆上且存在下行空间，导磁体外圈设有对应的线圈，线圈设在固定的导磁筒内，线圈通交变的电流时动子能上下运动，动子向下时压簧受压对底座输出压力、拉簧同步运动不受压，动子向上时压簧自由、拉簧受拉对底座输出拉力；横向单元与竖向单元结构和作用相同但横向设置且取消平衡弹簧；工作时，动子输出力与轴系振动方向相反、频率相同。
2.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：拉簧通过端部的螺纹段与动子连接固定。
3.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：底座焊接固定在轴承外圈上。
4.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：导磁筒和导向件安装在机架或底座上，平衡弹簧上端拉住机架、下端拉住主杆。
5.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：线圈通过线圈架固定在导磁筒内。
6.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：永磁体和导磁体紧密套在主杆上且两端被螺母夹紧。
7.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：相邻永磁体间同极性相对，永磁体通过导磁筒和两侧的导磁体形成闭合磁路，相邻线圈间通电方向相反形成同一方向的对外电磁力。
8.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：导磁体和导磁筒均采用电工纯铁DT4。
9.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：永磁体采用标号为N45的钕铁硼稀土永磁材料。
10.如权利要求1所述的轴系横向振动电磁式主动控制装置，其特征在于：主杆采用高强度合金。
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