CN112727988A - 一种变刚度阻尼的轴系支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，涉及转子系统减振领域。提出了能够有效的对多支点轴系振动进行控制，对于轴系的突加不平衡和跨临界所引起的振动具有很好的减振效果的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置。所述变刚度阻尼的轴系支撑装置包括基本支座，柔性阻尼环，滚动轴承，可伸缩摩擦组件，固定摩擦盘，挡板，锁紧螺母和摩擦螺栓；当轴的中部的振动达到限制幅度，通过可伸缩摩擦组件伸出圆孔和固定摩擦盘相接触以提升变刚度阻尼的轴系支撑装置整体的刚度，并产生阻尼。本发明能够有效的对多支点轴系振动进行控制，对于轴系的突加不平衡和跨临界所引起的振动具有很好的减振效果。

Description

一种变刚度阻尼的轴系支撑装置

技术领域

本发明涉及转子系统减振领域，尤其涉及多支点轴系振动抑制领域。

背景技术

伴随着直升机作战任务的拓展和直升机性能要求的提升，先进直升机已发展成为载重大、重量轻、低振动、低噪声并采用新技术、新材料、新装备和具有先进电子设备的高性能飞行器。为适应轻量化、高性能和高功重比的发展需求，尾传动系统中大量采用薄壁空心和柔性结构件，在不降低可靠性的条件下将尾传动系统设计的尽量轻，导致轴系加速过临界时振动加剧，制约了尾传动系统整体性能，因此需要对过临界状态下轴系的弯曲振动进行抑制。多支承轴系是典型的转子系统，目前振动控制方法主要有以下几种：动平衡、被动控制减振技术和主动控制减振技术。主动控制减振技术通过主动施加控制作用力来衰减振动，常用的主动减振器主要有电磁阻尼器、挤压油膜阻尼器、磁流变阻尼器、电流变阻尼器、和压电作动器。其中，压电作动器具有结构简单、重量轻、控制精度高、响应快等优点，在振动控制领域有着很好的应用前景。

公开号为CN101093007A的发明专利“高速转子系统减振用粘弹摩擦阻尼装置”，它的原理是利用粘弹阻尼材料摩擦进行减振，该装置可以克服挤压油膜阻尼系统的结构复杂，易贫油或断油等缺点，该装置属于被动减振控制，无外加能源，对外界振源变化的情况减振效果有限。

公开号为CN105927708A的发明专利“一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承”，提出了一种可调节刚度和阻尼的主动减振支承，包括固定支承单元和可调支承单元。该装置结构尺寸较大，适用于直径较大的传动轴系，且通过柔性铰链机构将压电陶瓷驱动力和位移传递到内摩擦盘上，而压电执行器由于其材料的局限性，输出位移是微米级的，这将导致此装置在使用过程中部分输出的力和位移很容易被柔性铰链结构消耗，且无法得到压电执行器输出力和位移的准确值，所以该装置在主动控制减振方面受限，对轴系减振效果存在一定局限性。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种结构精巧、连接稳定性好且振动抑制效果好的变刚度阻尼的轴系支撑装置，能够有效的对多支点轴系振动进行控制，对于轴系的突加不平衡和跨临界所引起的振动具有很好的减振效果。

本发明的技术方案为：一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述支撑装置包括基本支座、柔性阻尼环、轴承、若干可伸缩摩擦组件、固定摩擦盘、若干挡板、若干锁紧螺母以及若干摩擦螺栓；

所述基本支座可固定连接在固定平台上，在所述基本支座垂直于轴设置，其中间位置开有通孔用于放置所述轴，在其轴向方向的一侧依次设有柔性阻尼环、固定摩擦盘；

所述基本支座中通孔与所述轴接触位置设有轴承；

所述固定摩擦盘边缘位置设有挡板，且所述挡板将固定摩擦盘固定于基本支座上；

所述可伸缩摩擦组件设置于固定摩擦盘的内部，平行于所述轴。

进一步的，所述基本支座上开设有通孔，所述通孔用于安装所述柔性阻尼环，在所述柔性阻尼环内表面安装所述固定摩擦盘；

所述固定摩擦盘包含侧面和端面，所述侧面贴着柔性阻尼环的内表面，所述端面与侧面相连，垂直于所述侧面，向远离轴心方向延伸，贴着基本支座的侧面安装；

所述固定摩擦盘侧面的内表面为所述轴承。

进一步的，所述基本支座上包含至少3组可伸缩摩擦组件单元，各可伸缩摩擦组件单元均匀分布在所述基本支座的周向，且若干所述可伸缩摩擦组件单元分布在以轴的轴心为圆心的同一圆周上，所述可伸缩摩擦组件均平行于轴的轴向设置，每可伸缩摩擦组件单元包含：可伸缩摩擦组件、若干锁紧螺母以及若干摩擦螺栓；

所述基本支座上设有阶梯孔，所述可伸缩摩擦组件容置于阶梯孔内，另一端与固定摩擦盘相接触，在所述摩擦盘另一侧与所述摩擦螺栓相接触；

所述锁紧螺母将挡板固定于所述基本支座上。

进一步的，所述基本支座朝向固定摩擦盘的端面的内侧开设有铰接台阶，所述柔性阻尼环设于铰接台阶中，所述轴承分别与轴、固定摩擦盘内筒相连接，所述柔性阻尼环分别与基本支座、固定摩擦盘内筒相连接，使得轴可旋转的设于基本支座之内。

更进一步的，所述可伸缩摩擦组件包括压电陶瓷作动器和活动摩擦块，所述阶梯孔包括大孔和小孔，所述压电陶瓷作动器的一端通过小孔与基本支座固定相连，所述活动摩擦块可活动的设于大孔中，且与压电陶瓷作动器远离基本支座固定端的一端紧密接触，所述活动摩擦块的侧壁呈与圆孔适配的圆柱状，且活动摩擦块的外径与压电陶瓷作动器的外径尺寸相同。

作为本申请的一种优选实施方式，所述摩擦螺栓与固定摩擦盘相接触的底部端面做粗糙处理，所述锁紧螺母与挡板相接触，使得摩擦螺栓底部与固定摩擦盘端面紧密接触。

进一步的，所述固定摩擦盘内筒套接所述轴承，且固定摩擦盘的左右端面分别与所述摩擦螺栓底部、所述可伸缩摩擦组件紧密接触，所述柔性阻尼环套接所述固定摩擦盘内筒、且抵在固定摩擦盘内筒的外壁和铰接台阶的内壁之间。

进一步的，所述压电陶瓷作动器的外径小于阶梯孔中大孔的内径。

本申请还提供上述变刚度阻尼的轴系支撑装置的运作方法，所述方法包括以下模式：

轴正常运转时，轴的振动经过轴承、固定摩擦盘内筒传递至基本支座上，并最终传递至固定平台上，在此过程中仅由柔性阻尼环提供阻尼；

当轴的振动达到限制幅度时，控制压电陶瓷作动器开始伸长，活动摩擦块平移与固定摩擦盘的端面相接触，基本支座和固定摩擦盘保持连接，使得轴的振动经过固定摩擦盘向固定平台传递。

本发明装置的有益效果是，通过半主动控制的方式弥补了被动振动控制在外界振源变化的情况下的局限性，该装置对于多支点轴系提供了变刚度阻尼的轴系支撑装置，能够对轴系中段连接处进行减振支撑，能够有效的对多支点轴系振动进行控制，对于轴系的突加不平衡和跨临界所引起的振动具有很好的减振效果。

附图说明

图1是本发明中刚度阻尼的轴系支撑装置的立体图；

图2是本发明中变刚度阻尼的轴系支撑装置的结构示意图；

图3是本发明的一种实施方式示意图；

图中，1是变刚度阻尼的轴系支撑装置，11是基本支座，12是柔性阻尼环，13是轴承；

14是可伸缩摩擦组件，141是压电陶瓷作动器，142是活动摩擦块，15是固定摩擦盘，16是挡板，17是锁紧螺母，18是摩擦螺栓；

2是轴，3是固定平台。

具体实施方式

本发明如图1-3所示，下述中对于轴振动是否达到限制幅度可借助现有技术中的常见的位移传感器、加速度传感器等进行检测，并做出判断；同时，对于压电陶瓷作动器的驱动电路也为现有技术中的常规技术手段，因此，本申请中对于这两方面不再过多赘述。

如图1、2所示，本实施例提供的变刚度阻尼的轴系支撑装置1包括基本支座11，柔性阻尼环12，滚动轴承13，可伸缩摩擦组件14，固定摩擦盘15，挡板16，锁紧螺母17，摩擦螺栓18。

所述基本支座11垂直于轴2的轴向设置、且底部固定连接在固定平台3上，所述基本支座11的中心开设有用于容置轴1的容置孔，使得二者均空套在轴1外；所述固定摩擦盘15固定连接在基本支座11的一侧、且空套在轴2外；

所述基本支座11朝向固定摩擦盘13的端面的内侧开设有铰接台阶，所述柔性阻尼环12设于铰接台阶中，所述轴承13分别与所述轴2、所述固定摩擦盘15内筒相连接，所述柔性阻尼环12分别与所述基本支座11、所述固定摩擦盘15内筒相连接，使得轴可旋转的设于基本支座之内；

所述基本支座11上开设有若干阶梯孔，所述固定摩擦盘13容置于阶梯孔内，所述可伸缩摩擦组件14的一端与所述基本支座11固定相连、且另一端可伸入或退出所述阶梯孔；

所述摩擦螺栓18底部端面做粗糙处理，所述锁紧螺母17与所述挡板16相接触，使得摩擦螺栓底部与固定摩擦盘端面紧密接触；

当轴的端部的振动达到限制幅度，通过固定摩擦盘和可伸缩摩擦组件的移动端之间的摩擦接触产生阻尼，并提升变刚度阻尼的轴系支撑装置整体的刚度。

所述固定摩擦盘15内筒套接所述轴承13、且固定摩擦盘的端面分别与所述摩擦螺栓底部端面18、所述可移动摩擦组件14固定相连，所述柔性阻尼环12套接所述固定摩擦盘15内筒、且抵在固定摩擦盘内筒的外壁和铰接台阶的内壁之间。实际使用时，可在轴的表面设置与其连为一体的定位环以及可拆卸连接在其外壁上的定位套筒，并使得轴承处于定位环以及定位套筒之间，从而避免轴与轴承出现轴向的相对运动，对轴承起轴向定位的作用。当轴旋转时，由于轴承的存在，将使得轴与基本支座之间保持良好、稳定的可旋转的连接关系；由于柔性阻尼环的存在，将通过自身的弹性变形给轴的提供基础的运动阻尼。

如图2所示，所述可伸缩摩擦组件14包括压电陶瓷作动器141和活动摩擦块142，所述阶梯孔包括大孔和小孔，所述压电陶瓷作动器141的一端通过小孔与基本支座11采用螺钉连接固定相连，所述活动摩擦块142可活动的设于大孔中、且与压电陶瓷作动器141远离基本支座11固定端的一端紧密接触，所述活动摩擦块142的侧壁呈与圆孔适配的圆柱状、且活动摩擦块142的外径与压电陶瓷作动器141的外径尺寸相同。这样，轴正常运转时，轴的振动将经过轴承、固定摩擦盘内筒传递至基本支座上，并最终传递至固定平台上，在此过程中仅由柔性阻尼环提供阻尼。

而一旦当轴的振动达到限制幅度时，可控制压电陶瓷作动器开始伸长，使得活动摩擦块平移与固定摩擦盘的端面相接触，从而使得基本支座和固定摩擦盘保持连接，此后，使得轴的振动也将经过固定摩擦盘向固定平台传递。因此，一方面，增加了变刚度阻尼的轴系支撑装置整体的刚度；另一方面，通过多个活动摩擦块和固定摩擦环之间产生的干摩擦阻尼，也可显著提升变刚度阻尼的轴系支撑装置整体所能提供的阻尼。最终，实现了对轴的进行振动抑制的目的。

所述压电陶瓷作动器141的外径小于阶梯孔中大孔的内径，所述活动摩擦块142的外径等于压电陶瓷作动器的外径。从而使得压电陶瓷作动器与基本支座之间不接触，有效保护了压电陶瓷作动器。

若干所述可伸缩摩擦组件14均平行于轴2的轴向设置、且若干所述可伸缩摩擦组件14分布在以轴2的轴心为圆心的同一圆周上。从而使得变刚度阻尼的轴系支撑装置整体的结构更为稳定。

如图3所示，所述轴系包括固定平台若干首尾相接的轴2，所述轴2平行的设置于固定平台3的上方，轴2的中部设有一个所述变刚度阻尼的轴系支撑装置。

本发明装置通过半主动控制的方式弥补了被动振动控制在外界振源变化的情况下的局限性，该装置对于多支点轴系提供了变刚度阻尼的轴系支撑装置，能够对轴系中段连接处进行减振支撑，能够有效的对多支点轴系振动进行控制，对于轴系的突加不平衡和跨临界所引起的振动具有很好的减振效果。

上述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述支撑装置包括基本支座、柔性阻尼环、轴承、若干可伸缩摩擦组件、固定摩擦盘；

所述基本支座固定连接在固定平台上，所述基本支座垂直于轴设置，其中间位置开有通孔用于放置所述轴，在其轴向方向的一侧依次设有柔性阻尼环、固定摩擦盘；

所述基本支座中通孔与所述轴接触位置设有轴承；

所述固定摩擦盘边缘位置设有挡板，且所述挡板将固定摩擦盘固定于基本支座上；

所述可伸缩摩擦组件设置于固定摩擦盘的内部，平行于所述轴。

2.根据权利要求1所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述基本支座上开设有通孔，所述通孔用于安装所述柔性阻尼环，在所述柔性阻尼环内表面安装所述固定摩擦盘；

所述固定摩擦盘包含侧面和端面，所述侧面贴着柔性阻尼环的内表面，所述端面与侧面相连，垂直于所述侧面，向远离轴心方向延伸，贴着基本支座的侧面安装；

所述固定摩擦盘侧面的内表面为所述轴承。

3.根据权利要求2所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述基本支座上包含至少3组可伸缩摩擦组件单元，各可伸缩摩擦组件单元均匀分布在所述基本支座的周向，且所述可伸缩摩擦组件单元分布在以所述轴的轴心为圆心的同一圆周上，所述可伸缩摩擦组件均平行于轴的轴向设置，每个可伸缩摩擦组件单元包含：可伸缩摩擦组件、若干锁紧螺母以及若干摩擦螺栓；

所述基本支座上设有阶梯孔，所述可伸缩摩擦组件容置于阶梯孔内，另一端与固定摩擦盘相接触，在所述摩擦盘另一侧与所述摩擦螺栓相接触；

所述锁紧螺母将挡板固定于所述基本支座上。

4.根据权利要求3所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述基本支座朝向固定摩擦盘的端面的内侧开设有铰接台阶，所述柔性阻尼环设于铰接台阶中，所述轴承分别与轴、固定摩擦盘内筒相连接，所述柔性阻尼环分别与基本支座、固定摩擦盘内筒相连接，使得轴可旋转的设于基本支座之内。

5.根据权利要求3所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述可伸缩摩擦组件包括压电陶瓷作动器和活动摩擦块，所述阶梯孔包括大孔和小孔，所述压电陶瓷作动器的一端通过小孔与基本支座固定相连，所述活动摩擦块可活动的设于大孔中，且与压电陶瓷作动器远离基本支座固定端的一端紧密接触，所述活动摩擦块的侧壁呈与圆孔适配的圆柱状，且活动摩擦块的外径与压电陶瓷作动器的外径尺寸相同。

6.根据权利要求3所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述摩擦螺栓与固定摩擦盘相接触的底部端面做粗糙处理，所述锁紧螺母与挡板相接触，使得摩擦螺栓底部与固定摩擦盘端面紧密接触。

7.根据权利要求3所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述固定摩擦盘内筒套接所述轴承，且固定摩擦盘的左右端面分别与所述摩擦螺栓底部、所述可伸缩摩擦组件紧密接触，所述柔性阻尼环套接所述固定摩擦盘内筒，且抵在固定摩擦盘内筒的外壁和铰接台阶的内壁之间。

8.根据权利要求5所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置，其特征在于，所述压电陶瓷作动器的外径小于阶梯孔中大孔的内径。

9.根据权利要求1所述的一种变刚度阻尼的轴系支撑装置的运作方法，所述方法包括以下模式：

轴正常运转时，轴的振动经过轴承、固定摩擦盘内筒传递至基本支座上，并最终传递至固定平台上，在此过程中仅由柔性阻尼环提供阻尼；

当轴的振动达到限制幅度时，控制压电陶瓷作动器开始伸长，活动摩擦块平移与固定摩擦盘的端面相接触，基本支座和固定摩擦盘保持连接，使得轴的振动经过固定摩擦盘向固定平台传递。

Images