一種滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)，屬于阻尼器減振【技術(shù)領(lǐng)域】。該結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠副和阻尼器單元，滾珠絲杠副的絲杠為空心絲杠，在其空腔中布置多個阻尼器單元。阻尼器單元由質(zhì)量塊、橡膠圈、調(diào)節(jié)螺母組成。橡膠圈安裝在質(zhì)量塊兩端并用調(diào)節(jié)螺母緊固。阻尼器質(zhì)量塊通過兩端橡膠圈支撐固定在空心絲杠內(nèi)孔中，通過調(diào)節(jié)螺母來改變橡膠圈對質(zhì)量塊的支撐剛度，使各阻尼器的固有頻率與滾珠絲杠副動態(tài)特性相匹配，以達到最佳的振動控制效果。
【專利說明】一種滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)，屬于阻尼器減振【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]滾珠絲杠副由于其所具有的聞精度、聞效率、聞剛度等特點，已被應(yīng)用于各行各業(yè)，如機械、航天、航空、核工業(yè)、包裝機械等。滾珠絲杠是數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的機械傳動部件，隨著機床進給速度和切削速度的不斷提高，必須對滾珠絲杠進給系統(tǒng)的抗振特性提出更高的要求。在大型數(shù)控機床中，由于工作臺行程較長絲杠也相應(yīng)變長，導(dǎo)致進給系統(tǒng)的剛性和抗振性能下降，影響絲杠的使用壽命。絲杠副的工作臨界速度受到橫向固有頻率的限制而難于提高。
[0003]振動控制方法國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進行了大量的研究?？偟膩碚f，可以分為兩類，一類是被動控制方法，一類是主動控制方法。被動控制方法主要是通過在系統(tǒng)中加入吸振部件來達到振動抑制的效果，消極的被動控制不需要附加能源，減振器的工作完全取決于主振動系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。
[0004]被動控制的方法有很多，質(zhì)量調(diào)諧阻尼器(TMD)就是其中的一種，質(zhì)量調(diào)諧阻尼器(TMD)主要由彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊組成，其工作原理就是利用質(zhì)量塊的慣性力或主動控制力達到共振吸能、減少結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目的。多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(MTMD)由于具有更好的控制頻帶寬、控制效果與魯棒性，應(yīng)用非常廣泛。多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器最早由Xu和Igusa提出，目前已經(jīng)在橋梁等大型結(jié)構(gòu)振動控制中得到成功應(yīng)用，同時也被成功應(yīng)用于機床切削顫振的控制中。
[0005]滾珠絲杠副動態(tài)特性隨螺母沿絲杠運動不斷變化而導(dǎo)致絲杠動態(tài)特性不斷變化，振動控制難于實現(xiàn)。本發(fā)明提出一種新型的滾珠絲杠副振動控制結(jié)構(gòu)，采用多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器來設(shè)計抗振滾珠絲杠副，在空心絲杠中放置多個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器來對滾珠絲杠副的各階橫向振動頻響函數(shù)幅值進行抑制，通過優(yōu)化結(jié)果對各個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的固有頻率、阻尼比和布置位置進行調(diào)節(jié)，以提高滾珠絲杠副的抗振性能和臨界轉(zhuǎn)速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了有效控制滾珠絲杠副在全行程上螺母不同位置處的振動，提出了一種基于多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振的滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)。
[0007]—種新型的滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu):包括滾珠絲杠副(I)和阻尼器單元(2)，所述滾珠絲杠副(I)的絲杠為空心絲杠，在其空腔中布置多個阻尼器單元(2)，阻尼器單元(2)由質(zhì)量塊(3)、橡膠圈(4)、調(diào)節(jié)螺母(5)組成；橡膠圈(4)安裝在質(zhì)量塊(3)兩端并用調(diào)節(jié)螺母(5)緊固；阻尼器質(zhì)量塊(3)通過兩端橡膠圈(4)支撐固定在空心絲杠內(nèi)孔中，并能夠通過調(diào)節(jié)螺母(5)來改變橡膠圈(4)對質(zhì)量塊(3)的支撐剛度，使各阻尼器單元(2)固有頻率與滾珠絲杠副動態(tài)特性相匹配，以達到最佳的振動控制效果。
[0008]所述質(zhì)量塊(3)、橡膠圈(4)、調(diào)節(jié)螺母(5)組合成固有頻率可調(diào)的阻尼器單元(2)，通過調(diào)節(jié)阻尼器布置位置和各阻尼器固有頻率實現(xiàn)滾珠絲杠副橫向振動的最優(yōu)控制。阻尼器布置位置、阻尼器固有頻率和阻尼器阻尼比通過優(yōu)化設(shè)計確定，使?jié)L珠絲杠副在整個行程上螺母處于不同移動位置時的橫向振動頻率響應(yīng)函數(shù)幅值最大值均最小，以保證在滾珠絲杠副全行程上不同位置處橫向振動均得到有效控制。
[0009]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0010]阻尼器質(zhì)量塊通過兩端橡膠圈支撐固定在空心絲杠內(nèi)孔中，通過調(diào)節(jié)螺母來改變橡膠圈對質(zhì)量塊的支撐剛度，使各阻尼器的固有頻率與滾珠絲杠副動態(tài)特性相匹配，以達到最佳的振動控制效果。通過優(yōu)化結(jié)果對阻尼器的頻率比、阻尼比、布置位置進行調(diào)整，使?jié)L珠絲杠副在整個行程上螺母處于不同移動位置時的橫向振動頻率響應(yīng)函數(shù)幅值最大值均最小，以保證螺母在滾珠絲杠副全行程上不同位置處絲杠橫向振動均得到有效控制。本發(fā)明對于抑制絲杠的橫向振動具有很好的效果，并且結(jié)構(gòu)簡單，方便調(diào)節(jié)。
[0011]本發(fā)明通過在空心滾珠絲杠內(nèi)布置多個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過優(yōu)化設(shè)計各阻尼器的固有頻率，阻尼比和布置位置可以實現(xiàn)對滾珠絲杠副在整個行程上螺母處于不同移動位置時的橫向振動均進行有效控制。滾珠絲杠副當(dāng)螺母位于不同位置處時減振效果均可以達到90%左右。并且，該減振結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，方便實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2阻尼器單元結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3無阻尼器時螺母位置處絲杠的頻率響應(yīng)圖；
[0015]圖4有阻尼器時螺母位置處絲杠的頻率響應(yīng)圖；
[0016]附圖中:1滾珠絲杠副、2阻尼器單元、3質(zhì)量塊、4橡膠圈、5調(diào)節(jié)螺母。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0018]實施例1
[0019]首先如圖1，本發(fā)明是一種滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)，包括:滾珠絲杠副I和阻尼器單元2，所述滾珠絲杠副I的絲杠為空心絲杠，在其空腔中布置多個阻尼器單元2。阻尼器單元2由質(zhì)量塊3、橡膠圈4、調(diào)節(jié)螺母5組成。橡膠圈4安裝在質(zhì)量塊3兩端并用調(diào)節(jié)螺母5緊固。阻尼器質(zhì)量塊3通過兩端橡膠圈4支撐固定在空心絲杠內(nèi)孔中，并通過調(diào)節(jié)螺母5來改變橡膠圈4對質(zhì)量塊3的支撐剛度，使各阻尼器單元2固有頻率與滾珠絲杠副動態(tài)特性相匹配，以達到最佳的振動控制效果。
[0020]所述的質(zhì)量塊3為圓柱狀，其兩端有小直徑的臺階，橡膠圈4套在臺階上，螺母5緊挨橡膠圈4。
[0021]為了獲取滾珠絲杠副動態(tài)特性，首先對空心絲杠進行模態(tài)測試，得到螺母在不同位置時絲杠的頻率響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)測得的螺母在不同位置時各階模態(tài)參數(shù)通過優(yōu)化設(shè)計得到阻尼器的固有頻率和阻尼比以及位置參數(shù)。進而對阻尼器固有頻率、阻尼比和布置位置進行調(diào)整，將調(diào)整好的阻尼器放置于空心絲杠中再次進行模態(tài)測試，得到加入阻尼器之后的螺母在不同位置時絲杠的頻率響應(yīng)函數(shù)，與之前無阻尼器時進行對比。反復(fù)調(diào)節(jié)緊固螺母的松緊及布置位置，使?jié)L珠絲杠副在整個行程上螺母處于不同移動位置時的橫向振動頻率響應(yīng)函數(shù)幅值最大值均最小，以保證在滾珠絲杠副全行程上不同位置處橫向振動均得到有效控制。
[0022]實施效果:取絲杠長度為L，螺母位置分別取1/8L、2/8L、3/8L、4/8L、5/8L、6/8L和7/8L。絲杠中不放置阻尼器時，螺母位置處絲杠的頻率響應(yīng)函數(shù)曲線如圖3所示。因為螺母位置相對于絲杠中心點對稱時其頻率響應(yīng)幅頻特性近似相同，所以只畫出了前四個螺母位置處的頻響圖。在滾珠絲杠副中放置5個阻尼器，利用上述優(yōu)化算法進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后螺母位置處絲杠的頻響函數(shù)曲線如圖4所示。從結(jié)果可以看出，加上阻尼器后絲杠的振動幅值減小了 90%。
【權(quán)利要求】
1.一種滾珠絲杠副減振結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括滾珠絲杠副(I)和阻尼器單元(2)，所述滾珠絲杠副(I)的絲杠為空心絲杠，在其空腔中布置多個阻尼器單元(2);阻尼器單元(2)由質(zhì)量塊(3)、橡膠圈(4)、調(diào)節(jié)螺母(5)組成；橡膠圈(4)安裝在質(zhì)量塊(3)兩端并用調(diào)節(jié)螺母(5)緊固；阻尼器質(zhì)量塊(3)通過兩端橡膠圈(4)支撐固定在空心絲杠內(nèi)孔中，并通過調(diào)節(jié)螺母(5)來改變橡膠圈(4)對質(zhì)量塊(3)的支撐剛度，使各阻尼器單元(2)固有頻率與滾珠絲杠副動態(tài)特性相匹配，以達到最佳的振動控制效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)，其特征在于:質(zhì)量塊(3)、橡膠圈(4)、調(diào)節(jié)螺母(5)組合成固有頻率可調(diào)的阻尼器單元(2)，通過調(diào)節(jié)阻尼器布置位置和各阻尼器固有頻率實現(xiàn)滾珠絲杠副橫向振動的最優(yōu)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)，其特征在于:阻尼器布置位置、阻尼器固有頻率和阻尼器阻尼比通過優(yōu)化設(shè)計確定，使?jié)L珠絲杠副在整個行程上螺母處于不同移動位置時的橫向振動頻率響應(yīng)函數(shù)幅值最大值均最小，以保證在滾珠絲杠副全行程上不同位置處橫向振動均得到有效控制。
【文檔編號】F16H57/028GK103836138SQ201410067239
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王民, 李鳳蛟, 昝濤 申請人:北京工業(yè)大學(xué)