本發(fā)明涉及振動控制領(lǐng)域，特別是一種彈性支承干摩擦阻尼器。

背景技術(shù)：

在工程中由于材料內(nèi)阻、不平衡質(zhì)量、滑動軸承油膜力及軸系不對中等因素，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生振動，振動會降低機(jī)器的使用精度及使用壽命，也會影響人們的生活及居住環(huán)境。若設(shè)計(jì)不當(dāng)將引發(fā)共振，造成機(jī)器停機(jī)事故，甚至釀成災(zāi)難性的后果。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為了減輕重量,常采用柔性轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)方案,其臨界轉(zhuǎn)速較低。工作轉(zhuǎn)速往往在其一、二階臨界轉(zhuǎn)速之上,因此轉(zhuǎn)子在啟動、加速或停車、減速過程中必須通過臨界轉(zhuǎn)速,此時(shí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就會共振,產(chǎn)生強(qiáng)烈的有害振動。因此必須采取必要措施對轉(zhuǎn)子經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速的共振加以抑制。由于在共振頻率附近是“阻尼控制區(qū)”，所以在支撐處引入阻尼是一種可行的振動控制方法。

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動的主動控制，是目前轉(zhuǎn)子振動控制研究的一個(gè)熱點(diǎn)，具有重要的理論及實(shí)用價(jià)值，國內(nèi)外學(xué)者做了許多相關(guān)試驗(yàn)及理論研究。例如：李運(yùn)華，王占林，陳介力等，在電液主動控制擠壓油膜阻尼器的理論分析(北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，25(4))中，對電液擠壓油膜阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，提出了一種由壓電晶體電液主動控制的動靜壓混合軸承構(gòu)成的電液擠壓油膜阻尼器，為實(shí)現(xiàn)主動控制奠定了基礎(chǔ)；又如：孟光，殷達(dá)章，姚國治，在電流變阻尼器用于轉(zhuǎn)子振動控制的實(shí)驗(yàn)研究，(航空動力學(xué)報(bào)，1996，11(3))中，實(shí)驗(yàn)研究了電流變液阻尼器在轉(zhuǎn)子振動控制中的應(yīng)用，結(jié)果表明電流變液阻尼器具有控制效果明顯、瞬時(shí)可控、耗能小的特點(diǎn)。磁流變液擠壓油膜阻尼器，例如：汪建曉，孟光，在磁流變液阻尼器在轉(zhuǎn)子振動控制中的應(yīng)用，(化學(xué)物理學(xué)報(bào)，2001,14(5))中，設(shè)計(jì)并制造了一種剪切式的磁流變液阻尼器，建立了磁流變液阻尼器分析模型，理論和實(shí)驗(yàn)研究了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)特性。研究表明，磁流變液阻尼器可以抑制柔性轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動。

但上述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動的阻尼器都存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)過大、控制復(fù)雜等缺點(diǎn),極大地限制了主動控制技術(shù)在振動控制中的實(shí)際運(yùn)用。例如磁流變液阻尼器，需要龐大的驅(qū)動線圈。

由于摩擦阻尼機(jī)理比較簡單容易控制，學(xué)者們設(shè)計(jì)出了各種干摩擦阻尼器。例如：宋明波，譚大力，廖明夫，在壓電陶瓷彈性支撐干摩擦阻尼器減振實(shí)驗(yàn)(航空動力學(xué)報(bào)，2013,28(10))中，以壓電陶瓷作為出力部件，設(shè)計(jì)制造了一種干摩擦阻尼器，對其減振效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明基于壓電陶瓷的干摩擦阻尼器，可實(shí)現(xiàn)彈性支撐阻尼的在線調(diào)控，對系統(tǒng)的橫向振動有明顯的抑制作用。然而，現(xiàn)有的干摩擦阻尼器只能抑制對應(yīng)于剛性轉(zhuǎn)子振動，且通常要求阻尼器安裝于振動撓度最大的位置。由于實(shí)際中轉(zhuǎn)動機(jī)械中大都為柔性轉(zhuǎn)子，因此現(xiàn)有的干摩擦阻尼器無法抑制柔性轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)軸向的振動。此外，現(xiàn)有的干摩擦阻尼器由于存在雙摩擦片及其支撐機(jī)構(gòu)，體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種同時(shí)抑制柔性轉(zhuǎn)子撓度部分振動和偏轉(zhuǎn)軸向振動，安裝位置自由，體積小的彈性支承干摩擦阻尼器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括鼠籠頭部、鼠籠底部和連接桿；鼠籠頭部包括萬向滑動軸承、滑動組件和鼠籠頭部基體；

鼠籠頭部和鼠籠底部通過連接桿連接，鼠籠底部固定于軸承座；鼠籠頭部和鼠籠底部有圓柱體型空心；鼠籠頭部的圓柱體型空心中段為內(nèi)球面并安裝有萬向滑動軸承，內(nèi)球面與萬向滑動軸承外表面匹配；萬向滑動軸承有軸孔，軸孔與轉(zhuǎn)軸匹配，軸孔內(nèi)鑲嵌滑動軸承襯套；轉(zhuǎn)軸與滑動軸承襯套連接且置于鼠籠底部的空心中；

鼠籠頭部基體開有矩形槽，矩形槽內(nèi)安裝滑動組件；滑動組件固定于鼠籠頭部基體；滑動組件連接有摩擦部件，摩擦部件與萬向滑動軸承外表面貼合。

本發(fā)明還可以包括：

1.所述滑動組件包括滑動頭、壓電陶瓷組件、力傳感器、墊板、預(yù)壓螺栓和側(cè)面端蓋；滑動組件的滑動頭與摩擦部件連接，滑動頭的外側(cè)安裝有壓電陶瓷組件；壓電陶瓷組件上安裝力傳感器；力傳感器的外側(cè)安裝墊板；墊板通過預(yù)壓螺栓固定于側(cè)面端蓋；側(cè)面端蓋與鼠籠頭部基體固連。

2.所述滑動組件成對分布于鼠籠頭部的萬向滑動軸承兩側(cè)的對稱位置，鼠籠頭部內(nèi)安裝2對或3對滑動組件。

3.所述鼠籠頭部為對稱半分式結(jié)構(gòu)，鼠籠頭部加工有線路通道；滑動組件引出的導(dǎo)線經(jīng)由線路通道與外部控制器連接。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1.本發(fā)明通過在鼠籠頭部設(shè)置萬向滑動軸承，且將可控的干摩擦力作用于萬向滑動軸承，實(shí)現(xiàn)對柔性轉(zhuǎn)子振動的綜合控制，即能夠同時(shí)阻尼振動的撓度部分和偏轉(zhuǎn)軸向振動。

2.本發(fā)明裝置能在安裝于軸系不同位置時(shí)起到良好的偏轉(zhuǎn)軸向振動控制效果。

3.本發(fā)明通過改變壓電陶瓷組件中電極板之間的加載電壓，可以實(shí)現(xiàn)對輸出阻尼力大小的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子振動的主動控制。

4.本發(fā)明該裝置的摩擦部分位于鼠籠內(nèi)部，體積較小。結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、控制能耗小及安裝方便。同時(shí)不改變轉(zhuǎn)子的固有特性，工作時(shí)相當(dāng)于在阻尼器安裝位置引入了集中力及集中彎矩，在控制算法中對應(yīng)的控制方程容易得到，算法易收斂。

附圖說明

圖1為轉(zhuǎn)子振動變形示意圖。

圖2為本發(fā)明的裝置側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明的鼠籠頭部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的滑動組件示意圖。

圖5為本發(fā)明的萬向滑動軸向工作原理圖。

圖6為本發(fā)明的鼠籠頭部裝配示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行更加細(xì)致的闡述。

工作時(shí)柔性轉(zhuǎn)子呈彎曲狀態(tài),可用如圖1所示的振幅y和轉(zhuǎn)角θ來描述柔性轉(zhuǎn)子的變形狀態(tài)。為了便于描述，將柔性轉(zhuǎn)子在y方向上的振動描述為振動的撓度部分，而將產(chǎn)生與軸向偏差θ的振動部分描述為偏轉(zhuǎn)軸向振動。為了對轉(zhuǎn)子振動進(jìn)行抑制，通常是在y方向上加入阻尼、剛度或質(zhì)量的辦法，因此現(xiàn)有技術(shù)無法控制柔性轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)軸向振動部分。

本發(fā)明是在偏轉(zhuǎn)方向上加入了可控的干摩擦阻尼力，同時(shí)在y方向上引入了一個(gè)剛度，實(shí)現(xiàn)對柔性轉(zhuǎn)子振動的撓度部分和偏轉(zhuǎn)軸向振動同時(shí)抑制的目的。

如圖2所示，一種彈性支承干摩擦阻尼器，包括鼠籠頭部1、鼠籠底部12和連接桿13。鼠籠頭部1包括萬向滑動軸承2、滑動組件和鼠籠頭部基體；滑動組件包括滑動頭3、壓電陶瓷組件4、力傳感器5、墊板6、預(yù)壓螺栓7和側(cè)面端蓋8；

鼠籠頭部1和鼠籠底部12通過連接桿13連接，鼠籠底部12固定于軸承座；鼠籠頭部1和鼠籠底部12有圓柱體型空心；鼠籠頭部1的圓柱體型空心中段有內(nèi)球面并安裝有萬向滑動軸承2，內(nèi)球面與萬向滑動軸承2外表面匹配；萬向滑動軸承2有軸孔，軸孔與轉(zhuǎn)軸匹配，軸孔內(nèi)鑲嵌滑動軸承襯套；轉(zhuǎn)軸與滑動軸承襯套連接且置于鼠籠底部12的空心中；

鼠籠頭部基體開有矩形槽，矩形槽內(nèi)安裝滑動組件；滑動組件由側(cè)面端蓋8固定于鼠籠頭部基體；滑動組件的滑動頭3有摩擦部件，摩擦部件與萬向滑動軸承2的外表面貼合；滑動頭3的外側(cè)安裝有壓電陶瓷組件4，壓電陶瓷組件4上安裝力傳感器5；力傳感器5的外側(cè)安裝墊板6；墊板6通過預(yù)壓螺栓7固定于側(cè)面端蓋8；

鼠籠頭部1加工有線路通道；壓電陶瓷組件4和力傳感器5引出的導(dǎo)線經(jīng)由線路通道與外部控制器連接。

所述鼠籠頭部1和鼠籠底部12由8根等截面半徑和長度的連接桿13連接，并為阻尼器提供彈性支撐。改變8根支撐桿的半徑及長短可以改變阻尼器的支撐剛度。所述的萬向滑動軸承2有內(nèi)部軸孔，內(nèi)部軸孔鑲嵌滑動軸承襯套，可以使轉(zhuǎn)子在內(nèi)部軸孔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，不影響轉(zhuǎn)軸的功率傳遞。襯套同球形鋼主體之間的配合應(yīng)為過盈配合。

摩擦部件的摩擦面為部分球面，與萬向滑動軸承2外表面同半徑，在壓力的作用下摩擦面與萬向滑動軸承2外表面貼合,形成摩擦副。摩擦部件表面安裝耐磨組件。

所述壓電陶瓷組件4是滑動頭3動作的力源。當(dāng)在壓電陶瓷組件4極板上加上電壓后，由于逆壓電效應(yīng)的作用，壓電陶瓷會產(chǎn)生微小伸縮變形，該微小變形推動滑動頭3壓緊球形滑動軸承外表面，形成摩擦副。壓電陶瓷組件4中極板應(yīng)同軸承結(jié)構(gòu)體之間進(jìn)行絕緣處理；整個(gè)組件的上下表面的平行度應(yīng)滿足公差要求以改善各部件的受力狀況。

力傳感器5用于檢測摩擦副的正壓力大小，作為反饋信號反饋給控制系統(tǒng)。選擇合適大小的力傳感器5，應(yīng)在墊板6上加工可同力傳感器5配合的凹面，用于力傳感器5的定位。

墊板6改善元器件的受力狀況，避免在預(yù)緊或工作時(shí)預(yù)壓螺栓7頂壞元件。墊板6同槽孔間隙配合，同時(shí)選用適當(dāng)?shù)暮穸纫詽M足剛度要求；加工同預(yù)壓螺栓7配合的沉孔。

預(yù)壓螺栓7為一字頭緊定螺栓，用來調(diào)節(jié)摩擦副的初始正壓力。

側(cè)面端蓋8上有4個(gè)連接所需通孔，中間有安裝預(yù)壓螺栓7所需螺紋孔。

連接螺栓9為內(nèi)六角螺栓。

定位銷10是鼠籠頭部1加工及拼裝的定位部件。鎖扣11是安裝鼠籠頭部1拼裝的夾緊裝置，應(yīng)滿足公差及強(qiáng)度要求；并開有螺栓沉頭。

如圖1，柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)過程中參與兩種運(yùn)動，即轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)及軸彎曲平面繞未變形軸線的公轉(zhuǎn)。本發(fā)明所提供的彈支阻尼力可控的干摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，整個(gè)阻尼器都是通過鼠籠彈性安裝于軸承座上，轉(zhuǎn)軸穿過萬向滑動軸承2的軸孔。由于鼠籠具有彈性，相當(dāng)于在y方向引入了一個(gè)剛度，而萬向滑動軸承2的萬向性，如圖3所示，使得偏轉(zhuǎn)方向上可發(fā)生相對位移。在阻尼器的工作過程中，可以將轉(zhuǎn)子的相關(guān)振動信號和力傳感器5的力信號作為控制系統(tǒng)的反饋信號，經(jīng)過邏輯運(yùn)算后，輸出信號使得相關(guān)驅(qū)動裝置動作，改變加載在壓電陶瓷組件4極板上的電壓值大小。根據(jù)逆壓電效應(yīng)電場強(qiáng)度的改變，將引起壓電陶瓷的微小伸縮變形，從而帶有摩擦部件的滑動頭3發(fā)生微小滑動，進(jìn)而改變了滑動頭3與萬向滑動軸承2所形成摩擦副之間的正壓力，最終改變阻尼器的干摩擦阻尼力，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子振動的抑制。

鼠籠是阻尼器的主要支撐件，如圖4所示，主要由鼠籠底部12、連接桿13及鼠籠頭部1組成。鼠籠頭部基體為對稱半分式結(jié)構(gòu)，拼裝時(shí)用鎖扣11進(jìn)行固定。半分式的鼠籠頭部基體上下兩部分的配合關(guān)系要求較高，應(yīng)該先加工用于上下兩部分定位的銷孔，加工完成后裝入定位銷10，在夾具的夾持下進(jìn)行一體加工，完成容納萬向滑動軸承2所需的球形腔體，保證球形腔的半分處平滑過渡。同樣的條件下完成與鎖扣11配合的楔面加工。鼠籠頭部1上用于容納滑動頭3、壓電陶瓷組件4及力傳感器5等所用的矩形槽，為了方便加工四周可留適當(dāng)大小的倒角，去除腔內(nèi)的機(jī)加工毛刺；矩形槽和滑動頭3的配合為過渡配合；在鼠籠頭部1適當(dāng)位置應(yīng)加工用于壓電陶瓷組件4電纜及力傳感器5信號線通過的孔，可以為兩個(gè)孔，也可以為一個(gè)孔，后者應(yīng)考慮電纜對信號線的影響，需采取一定的屏蔽措施；連接桿13同鼠籠底部12、鼠籠頭部1的連接可采用焊接及螺紋的形式，最好采用螺紋的形式，這樣方便采用不同規(guī)格的連接桿13對彈支剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

阻尼器可安裝在軸承座上。安裝位置最好使得阻尼器的球形滑動軸承球心位置位于轉(zhuǎn)軸振動節(jié)點(diǎn)位置，或轉(zhuǎn)軸振動偏轉(zhuǎn)角θ最大值處，阻尼器可以更好地發(fā)揮作用。