專(zhuān)利名稱(chēng)：液壓式頻率跟蹤動(dòng)力消振方法和消振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬振動(dòng)控制領(lǐng)域。
為了能有效地消除頻率經(jīng)常改變的機(jī)械振動(dòng)，本發(fā)明人曾提出一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，題目為“電磁式彈簧剛度連續(xù)可調(diào)消振方法和消振器”。申請(qǐng)?zhí)枮?8107926.X.在該專(zhuān)利申請(qǐng)中所用的消振器為電磁式固有頻率可控動(dòng)力消振器(見(jiàn)圖1)。它具有控制方法簡(jiǎn)單，控制設(shè)備少，不污染環(huán)境以及速度阻尼小因而消振效果好等多種優(yōu)點(diǎn)。但由于它是用電磁彈簧來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)動(dòng)力消振器中的機(jī)械彈簧，而電磁彈簧的剛度要受限于導(dǎo)磁材料的磁飽和特性和消振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，故其固有頻率的調(diào)節(jié)范圍將受到較多限制。而且電磁彈簧的正剛度僅為齒距的二分之一，因而動(dòng)子的振幅也將受到嚴(yán)格限制。所以，它較適用于振幅較小，振動(dòng)頻率變化范圍不大的場(chǎng)合。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種剛度調(diào)節(jié)范圍較大的空氣彈簧來(lái)部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)動(dòng)力消振器中的機(jī)械彈簧。調(diào)節(jié)控制油壓，即可改變空氣彈簧的剛度，從而得到所需的與被消振物體振動(dòng)頻率相同的固有頻率，達(dá)到消振目的。
本發(fā)明的具體內(nèi)容是，改變傳統(tǒng)的消振方法，在消振物體上附加一個(gè)消振器，消振器由空氣彈簧，油缸，連通管，調(diào)壓閥和油泵等組成?？諝鈴椈墒嵌€(gè)密閉的氣室。油缸中有一活塞將油缸分成上、下二個(gè)油腔。二個(gè)密閉氣室分別與上、下二個(gè)油腔相連。當(dāng)活塞桿受到軸向作用力時(shí)，二個(gè)油腔中有一個(gè)油腔受壓，與受壓油腔相連的氣室內(nèi)的容積減小，空氣壓強(qiáng)增大，同時(shí)另一氣室內(nèi)的容積增加，空氣壓強(qiáng)減小。由此油液使活塞受到一個(gè)與原作用力相反的恢復(fù)力，該恢復(fù)力力圖使活塞桿恢復(fù)到平衡位置。因此，根據(jù)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，調(diào)整油壓大小，即可改變空氣彈簧的彈簧剛度，使消振器固有頻率與物體的振動(dòng)頻率相等，達(dá)到消振目的。
利用本發(fā)明的消振方法，又設(shè)計(jì)了一種新的消振器，消振器中的油缸作動(dòng)子，活塞作定子，與被消振物體相連，亦可以反過(guò)來(lái)，缸體作定子，活塞作動(dòng)子。用一個(gè)小流量油泵為消振器的兩個(gè)油腔提供壓力油，所需的油壓通過(guò)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)。這種消振器與測(cè)振傳感器、監(jiān)頻器、控制器、功率放大器、步進(jìn)電機(jī)和調(diào)壓閥構(gòu)成頻率跟蹤消振系統(tǒng)。


圖1已有技術(shù)消振器圖2液壓式頻率跟蹤消振系統(tǒng)a.用步進(jìn)電機(jī)控制b.用比例壓力閥控制圖3液壓式頻率跟蹤動(dòng)力消振器及其供壓系統(tǒng)圖4消振器的幾種安裝方法下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹發(fā)明內(nèi)容。
消振器由油缸12、活塞13、兩個(gè)空氣室14、連通管15和機(jī)械彈簧16組成，如圖3所示。油缸12是個(gè)雙腔油缸，它被活塞13分為上、下兩個(gè)油腔，每個(gè)油腔均附有一個(gè)與之連通的空氣室14?；钊?3位于油缸的中部，做成雙出桿型，其兩頭的活塞桿直徑相同，使上、下兩油腔具有相同的有效面積，以保持當(dāng)上、下油腔中通以油壓相同的壓力油后，缸體與活塞不致因兩邊受力不等而產(chǎn)生軸向的相對(duì)位移。為了能隨時(shí)調(diào)節(jié)兩油腔中的油壓，用連通管15將兩油腔連通，并用一個(gè)油泵18向兩油腔同時(shí)提供壓力相同的高壓油，其油壓(稱(chēng)控制油壓)用調(diào)壓閥17來(lái)調(diào)節(jié)。20為壓力表，19為濾清器。
消振器的工作原理如下當(dāng)壓力相同的高壓油進(jìn)入上、下兩油腔后，兩氣室中的空氣將同時(shí)被壓縮，控制油壓越高，氣室中空氣容積也越小。但由于兩油腔的有效面積相同，活塞兩邊所受的軸向力大小相等，方向相反，互相抵消。所以在沒(méi)有外力干擾的情況下，活塞將處于靜止平衡狀態(tài)。當(dāng)有一個(gè)交變軸向力作用于活塞上時(shí)，活塞也將相對(duì)于油缸作軸向往復(fù)振動(dòng)。由于連通管中油液的慣性作用，受壓腔中的油液來(lái)不及全部經(jīng)由連通管流向另一腔，有一部分將被迫進(jìn)入本腔的氣室，使其中的氣體容積縮小，壓力增高。而另一腔的氣室容積增大，壓力降低，因而使活塞承受一個(gè)與其位移方向相反的軸向力(即恢復(fù)力，即使沒(méi)有附加的機(jī)械彈簧16，也然。)。顯然，活塞的振幅越大，該軸向恢復(fù)力也越大。這與機(jī)械彈簧的特性相仿，但它主要是由氣室產(chǎn)生的，故稱(chēng)空氣彈簧。由于密閉氣室具有壓力P與容積V的乘積為一個(gè)常數(shù)這一特征，故不難理解空氣彈簧動(dòng)態(tài)的剛度將隨控制油壓而變，控制油壓越高，空氣彈簧的動(dòng)剛度也越高。因此通過(guò)調(diào)節(jié)控制油壓可很方便地改變消振器的固有頻率。
消振器中的機(jī)械彈簧有二個(gè)作用1.在消振器不工作時(shí)，使活塞維持在油缸中間位置上。
2.與空氣彈簧一起并聯(lián)成消振器中總的彈簧，所以機(jī)械彈簧的剛度應(yīng)這樣來(lái)選取，當(dāng)控制油壓為零(空氣彈簧剛度最低)時(shí)，機(jī)械彈簧與動(dòng)子質(zhì)量所構(gòu)成的固有頻率應(yīng)等于或略小于被控對(duì)象的最低振動(dòng)頻率，以利于減小空氣彈簧剛度的調(diào)整范圍，縮小消振器的體積和降低油壓的限值。
消振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(如油缸內(nèi)徑，活塞桿直徑，氣室十積，動(dòng)子質(zhì)量，機(jī)械彈簧剛度以及油壓調(diào)整范圍等)取決于使用要求，即應(yīng)根據(jù)需消振頻率的上、下限經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)計(jì)算來(lái)確定。
本消振器可以與其它必要的器件組成頻率跟蹤消振系統(tǒng)，如圖2所示。圖2中，1為振動(dòng)物體，2為消振器，3為測(cè)振傳感器，4為監(jiān)頻器，5為頻率-電壓轉(zhuǎn)換器，6為功率放大器，7為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，8為齒輪減速機(jī)構(gòu)，9為調(diào)壓閥(溢流閥)，10為控制器(內(nèi)含功率放大器)，11為比例壓力閥。
本發(fā)明使用時(shí)應(yīng)將定子與被消振對(duì)象聯(lián)接在一起。根據(jù)使用場(chǎng)合、使用條件和消振要求的不同，消振器的安裝方式可采用懸掛式(圖4a)，座落式(圖4b)，水平安裝式和用兩個(gè)消振器互交90°的安裝方式(圖4c)。
本發(fā)明已由發(fā)明者實(shí)施過(guò)，采用懸掛方式將消振器安裝于轉(zhuǎn)子軸上用來(lái)消除轉(zhuǎn)子鉛垂方向的振動(dòng)，消振效果令人滿意。
實(shí)施例在柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用一個(gè)消振器采用懸掛方式安裝，對(duì)一個(gè)單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子進(jìn)行鉛垂方向向消振實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)參數(shù)轉(zhuǎn)子軸直徑φ10mm圓盤(pán)尺寸φ75×15厚轉(zhuǎn)子跨距260mm消振實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速范圍4000～5300轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)子第一階臨界轉(zhuǎn)速5150轉(zhuǎn)/分消振器參數(shù)缸體外形尺寸45×45×80mm長(zhǎng)油缸長(zhǎng)度60mm活塞直徑φ20活塞桿直徑φ10每個(gè)油腔所附的氣室各由兩個(gè)φ6×55深的圓柱盲孔并聯(lián)而成。
機(jī)械彈簧鋼絲直徑φ2.5mm彈簧中徑φ15mm彈簧自由長(zhǎng)度28mm圈數(shù)6缸體作動(dòng)子，活塞作定子。
消振效果1.消振前一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)最大振幅＞1000μ消振后一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振幅130μ臨界轉(zhuǎn)速處的消振率＞87%2.在消振轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(5000～5300轉(zhuǎn)/分)的消振效果消振前的最大振幅＞1000μ(在臨界轉(zhuǎn)速處)消振后的最大振幅230μ(不在臨界轉(zhuǎn)速處)消振率＞76%
權(quán)利要求
1.一種在被消振物體上附加一個(gè)彈簧和質(zhì)量塊的消振方法，其特征在于附加的質(zhì)量塊是油缸的缸體；附加的彈簧是由兩個(gè)密閉空氣室組成的空氣彈簧。油缸中有一活塞將油缸分成上、下兩個(gè)油腔，二個(gè)密閉氣室與上下兩油腔分別相連通；當(dāng)活塞桿受到軸向作用力時(shí)，與受壓油腔相連的氣室內(nèi)的容積減小，空氣壓強(qiáng)增大；同時(shí)另一氣室的容積增大，空氣壓強(qiáng)減??；油液使活塞受到一個(gè)與原作用力相反的恢復(fù)力，該恢復(fù)力要使活塞桿恢復(fù)到平衡位置；根據(jù)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，調(diào)整油壓大小，即可改變空彈簧的彈簧剛度，使其固有頻率與振動(dòng)頻率相等，達(dá)到消振目的。
2.一種動(dòng)力消振器，它包括機(jī)械彈簧，其特征在于還包括空氣彈簧、油缸、連通管、調(diào)壓閥和油泵。所述的空氣彈簧是二個(gè)密閉空氣室，油缸中有一活塞將油缸分為上下兩個(gè)油腔，兩個(gè)油腔分別與兩密閉空氣室相連通;所述的油缸體可作消振器的動(dòng)子，活塞作定子，并與被消振物體相連;亦可將缸體作定子，活塞作動(dòng)子;機(jī)械彈簧分為上下兩截，分別套在油缸中上下兩段活塞桿上。
3.一種如權(quán)利要求2所述的消振器，其特征在于所述的消振器與測(cè)振傳感器、頻率-電壓轉(zhuǎn)換器、功率放大器、調(diào)壓閥、油泵組成一個(gè)頻率跟蹤消振系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓式頻率跟蹤消振方法和消振器，它利用空氣彈簧和機(jī)械彈簧并聯(lián)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)動(dòng)力消振器中的機(jī)械彈簧，根據(jù)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)控制油壓，即可改變空氣彈簧的剛度，從而得到與被消振物體振動(dòng)頻率相同的固有頻率，達(dá)到消振目的。這種消振器控制方法簡(jiǎn)單，彈簧剛度連續(xù)可調(diào)范圍大，適用于對(duì)振幅大，振動(dòng)頻率變化范圍大的場(chǎng)合進(jìn)行消振控制。
文檔編號(hào)F16F9/00GK1046376SQ89102179
公開(kāi)日1990年10月24日 申請(qǐng)日期1989年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月14日
發(fā)明者項(xiàng)海籌, 王玉英 申請(qǐng)人:清華大學(xué)