WO2019080751A1 - 一种自适应式扭振减振器及柴油机 - Google Patents

一种自适应式扭振减振器及柴油机

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王刚
冯志华
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    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/14—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers
    • F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
    • F16F15/1414—Masses driven by elastic elements

Definitions

  • the excitation force spectrum is a multiple of the half-harmonic speed of the rotation speed, thereby causing torsional vibration at the frequency, if The control of this type of torsional amplitude value plays an important role in the safe operation of the shafting.
  • the invention also discloses a diesel engine comprising a rotating shaft and a torsional vibration damper, wherein the resonant body is 2n, wherein n ⁇ 1, the torsional vibration damper can simultaneously absorb a plurality of harmonic torsional vibration energy;
  • the resonating body absorbs the torsional vibration energy of 0.5, 1, 1.5, 2, ..., n/2 harmonics respectively.
  • the resonating bodies respectively absorb 1, 2, 3, ..., n harmonic torsional vibration energy.
  • the torsional vibration damper has a simple structure, convenient installation and fixing, and low cost.

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Abstract

一种自适应式扭振减振器，其包括内壳（1）、外壳（2）以及设置于内壳（1）与外壳（2）之间的共振体，共振体包括质量块（4）与将质量块（4）支撑于内壳（1）与外壳（2）之间的约束弹簧（3），共振体成对设置，且绕转轴中心对称分布。当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，共振体针对性吸收该频率下的扭振能量以减振，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。还涉及一种包括自适应式扭振减振器的柴油机。

Description

一种自适应式扭振减振器及柴油机
本申请要求于2017年10月23日提交中国专利局，申请号为201710992062.9、名称为“一种自适应式扭振减振器及柴油机”，的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明属于转轴振动控制领域，具体涉及一种自适应式扭振减振器及柴油机。
背景技术
扭振是关于传动系统激励频率对固有频率影响程度的计算，反映了系统是存在谐振(共振)的危险程度。扭振具有极大的破坏性，轻者使作用在轴上的扭应力发生变化，增加轴的疲劳损伤，降低使用寿命，严重扭振会导致机组系损坏或断裂，影响机组的安全可靠运行。
在研究旋转轴系扭转振动问题时，若所作用于轴的激励力具有周期性，如柴油机、水泵等设备，其作用于轴的激励力存在周期性，则不可避免的引起轴系的扭转振动，而扭振的存在势必对轴系的安全运行产生隐患，所以需对此类扭振加以控制。以柴油机为例，此类往复机械的激励力的频谱为多线谱，以四冲程为例，其激励力频谱为转速半谐次的倍数，从而引起该频率下的扭转振动，若能有针对性的对该类扭振幅值加以控制，则对轴系的安全运行具有重要作用。
经文献检索发现，当前采用较多的扭振减振器多为阻尼式，即通过将扭振能量转换为热能从而抑制扭振振幅，其结构形式复杂，成本较高，在能量转换过程中容易使机组发热，影响器件的使用寿命。
经研究，轴系的扭振幅值主要存在于转速的倍频或二分之一倍频处，因此，若能有针对性的对此类频率加以吸收，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种自适应式扭振减振器，当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，通过设置共振体针对性的吸收该频率下的扭振能 量以减振，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
根据本发明的目的提出的一种自适应式扭振减振器，包括内壳、外壳以及设置于内壳与外壳之间的共振体，所述扭振减振器套设于转轴外侧，所述内壳与外壳均与所述转轴同心设置，且所述内壳紧固于转轴上；所述共振体包括质量块与将质量块支撑于内壳与外壳之间的约束弹簧，所述共振体成对设置，且绕转轴中心对称分布；
转轴运转时，质量块在约束弹簧的约束下在转轴旋转切向的运动方向有共振频率，当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，共振体吸收该频率下的扭振能量以减振。
本发明还公开了一种柴油机，包括转轴与扭振减振器，所述共振体为2n个，其中n≥1，所述扭振减振器能够同时吸收多个谐次的扭振能量；当柴油机为四冲程柴油机时，共振体分别吸收0.5、1、1.5、2、…、n/2谐次的扭振能量，当柴油机为二冲程柴油机时，共振体分别吸收1、2、3、…、n谐次的扭振能量。
与现有技术相比，本发明公开的自适应式扭振减振器的优点是：
通过在转轴上固定设置扭振减振器，当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，共振体针对性吸收该频率下的扭振能量以减振，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
且该扭振减振器结构简单，安装固定方便，成本降低。
附图说明
图1为本发明公开的扭振减振器的结构简图。
图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：
1、内壳 2、外壳 3、约束弹簧 4、质量块。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，当前采用较多的扭振减振器多为阻尼式，其结构形式复杂，成本较高，在能量转换过程中容易使机组发热，影响器件的使用寿命。
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种自适应式扭振减振器，当 转轴的激励力频率同共振频率吻合时，通过设置共振体针对性的吸收该频率下的扭振能量以减振，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，如图所示，一种自适应式扭振减振器，包括内壳1、外壳2以及设置于内壳1与外壳2之间的共振体，该扭振减振器套设于转轴(未示出)外侧，内壳1与外壳2均与转轴同心设置，且内壳紧固于转轴上，通过将共振体的内壳紧固于转轴上，以便将转轴的扭振传递至共振体内部进行吸收减振处理。由于内壳与外壳均与转轴同心设置，且均为圆形管状结构，为了方便将内壳套设于转轴上，通常选择将内壳由至少两部分弧形结构拼接形成圆形结构，圆形结构的内壁紧贴转轴外壁设置，并呈预紧状态，以便实现固定连接。本实施例中，优选采用两个半圆形结构通过螺栓固定于转轴外侧，拼接形成所述的内壳1。其他实施例中还可采用卡接、销连接或捆绑方式将两部分结构拼接形成内壳，具体不做限制。
共振体包括质量块4与将质量块4支撑于内壳1与外壳2之间的约束弹簧3，共振体成对设置，且绕转轴中心对称分布，以保证减振系统的稳定性。共振体至少为绕转轴中心对称设置的两个。本实施例中优选设置3对共振体，其他实施例中可设置一对或多对，具体根据实际应用需要而制定，在此不做限制。
转轴运转时，质量块4在约束弹簧3的约束下在转轴旋转切向的运动方向有共振频率，当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，共振体吸收该频率下的扭振能量以减振。实现从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
进一步的，每一质量块4均通过至少一个约束弹簧3连接于内壳1上，通过至少两个约束弹簧3连接于外壳2上，每一约束弹簧3连接固定后均呈拉伸状态，以产生足够的约束力以限制质量块的运动。具体拉伸情况根据需要而定。
优选的，约束弹簧3为三个，质量块4通过一约束弹簧3垂直连接于内壳1上，并通过两个约束弹簧3倾斜对称连接于外壳2上，三个约束弹簧3的顶点围成等腰三角形结构，有效提高共振体的稳定性。其实实施例中约束弹簧的数量可适当的增加或减少，具体不做限制。
进一步的，180度方向相对布置的一对共振体的参数相同，相邻多对共振体的参数相同或不同。
进一步的，质量块4优选为球形结构，其他实施例中还可采用椭球形、矩形等其他结构形式。每对质量块的大小、形状相等，相邻多对质量块的大小、形状相等或不等，以保证中心对称分布即可。
进一步的，多对质量块4均匀分布于内壳1与外壳2之间或集中分布于内壳1与外壳2之间的两处或多处，多个质量块4的中心位于同一圆周上。共振体的分布形式根据需要而定，具体不做限制。
进一步的，约束弹簧3刚度大小与质量块4的共振频率成正比。转轴旋转时，质量块4所受离心力增大，质量块4的旋转半径增加，由于约束弹簧3的约束作用，使得质量块4在旋转切向方向的约束刚度增大，从而质量块4的共振频率增高。
本发明还公开了一种柴油机，包括转轴与扭振减振器，共振体为2n个，其中n≥1，扭振减振器能够同时吸收多个谐次的扭振能量；当柴油机为四冲程柴油机时，共振体分别吸收0.5、1、1.5、2、…、n/2谐次的扭振能量，当柴油机为二冲程柴油机时，共振体分别吸收1、2、3、…、n谐次的扭振能量。
下面结合具体的结构进行说明：
本发明中的扭振减振器包括内壳1、6n个约束弹簧3、2n个质量块4和外壳2。其中(n≥1)两个半圆内壳通过螺栓固定于转轴外缘，每个质量块4均通过一个约束弹簧3和内壳1连接，并通过两个约束弹簧3同外壳2连接，同每个质量块4连接的约束弹簧3均处于拉伸状态。本实施例中，优选设置3对共振体，其中两对共振体的质量块体积大于另一对质量块的体积，且3对共振体集中设置，小体积质量块的共振体位于两个大体积质量块的共振体之间。
当轴系转动时，由于离心力的作用，质量块4将存在沿径向的位移， 此时由于约束弹簧3的作用，质量块4在转轴的切向方向所受的约束弹簧刚度增大，从而使得该质量块-约束弹簧组构成的系统的固有频率增大。若能合理选取弹簧长度、直线刚度和弹簧初始时的相对角度，保证在转轴转动过程中，该质量块-约束弹簧组系统的固有频率和转速的某一谐次频率吻合，则能保证此吸振系统能将此谐次的扭振加以吸收和控制。此质量块-约束弹簧组系统仅占用该扭振吸振器的部分角度空间，将此扭振吸振器的圆周方向对称布置n×2个子系统，分别吸收0.5、1、1.5、2、…、n/2谐次(四冲程柴油机)或吸收1、2、3、…、n谐次(二冲程柴油机)的扭振能量，则该扭振系统能同时吸收多个谐次的扭振幅值。由于轴系扭振主要由低谐次扭振导致，因此通过吸收低谐次的扭振幅值，将能更好的控制轴系扭振幅值。
本发明公开了一种自适应式扭振减振器，包括内壳、外壳以及设置于内壳与外壳之间的共振体，共振体包括质量块与将质量块支撑于内壳与外壳之间的约束弹簧，所述共振体成对设置，且绕转轴中心对称分布；当转轴的激励力频率同共振频率吻合时，共振体针对性吸收该频率下的扭振能量以减振，则能从根源角度降低扭振幅值，保证轴系的安全运行。
且该扭振减振器结构简单，安装固定方便，成本降低。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

  1. 一种自适应式扭振减振器，其特征在于，包括内壳、外壳以及设置于内壳与外壳之间的共振体，所述扭振减振器套设于转轴外侧，所述内壳与外壳均与所述转轴同心设置，且所述内壳紧固于所述转轴上；所述共振体包括质量块与将所述质量块支撑于所述内壳与所述外壳之间的约束弹簧，所述共振体成对设置，且绕所述转轴中心对称分布；
    所述转轴运转时，所述质量块在所述约束弹簧的约束下在转轴旋转切向的运动方向有共振频率，当所述转轴的激励力频率同共振频率吻合时，所述共振体吸收该频率下的扭振能量以减振。
  2. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，所述共振体至少为绕转轴中心对称设置的两个。
  3. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，每一质量块均通过至少一个所述约束弹簧连接于所述内壳上，通过至少两个所述约束弹簧连接于所述外壳上，每一所述约束弹簧连接固定后均呈拉伸状态。
  4. 根据权利要求3所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，所述约束弹簧为三个，所述质量块通过一所述约束弹簧垂直连接于所述内壳上，并通过两个所述约束弹簧倾斜对称连接于所述外壳上，三个约束弹簧的顶点围成等腰三角形结构。
  5. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，180度方向相对布置的一对共振体的参数相同，相邻多对共振体的参数相同或不同。
  6. 根据权利要求5所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，所述质量块为球形结构，每对所述质量块的大小、形状相等，相邻多对所述质量块的大小、形状相等或不等。
  7. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，多对质量块均匀分布于所述内壳与所述外壳之间或集中分布于所述内壳与所述外壳之间的两处或多处，多个所述质量块的中心位于同一圆周上。
  8. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，所述内壳由至少两部分弧形结构拼接形成圆形结构，所述圆形结构的内壁紧贴转轴外壁设置，并呈预紧状态。
  9. 根据权利要求1所述的自适应式扭振减振器，其特征在于，转轴旋转时，质量块所受离心力增大，质量块的旋转半径增加，由于约束弹簧的约束作用，使得质量块在旋转切向方向的约束刚度增大，从而质量块的共振频率增高，所述约束弹簧刚度大小与所述质量块的共振频率成正比。
  10. 一种柴油机，其特征在于，包括转轴与权利要求1-9任一项所述的自适应式扭振减振器，所述共振体为2n个，其中n≥1，所述扭振减振器能够同时吸收多个谐次的扭振能量；当柴油机为四冲程柴油机时，共振体分别吸收0.5、1、1.5、2、…、n/2谐次的扭振能量，当柴油机为二冲程柴油机时，共振体分别吸收1、2、3、…、n谐次的扭振能量。
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