CN108825718B - 一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，包括非线性能量阱本体和固定架。非线性能量阱本体包括固定环、连接组件，吸振子质量块、弱刚度弹簧和轴承组件。轴承组件与轴配合，其包括轴套、轴承和轴承套；弱刚度弹簧与轴承组件和吸振子质量块配合，连接组件与固定环和吸振子质量块配合，其包括分段线性刚度杆，吸振子质量块的同一圆周上有直径大小不等的间隙孔，与分段线性刚度杆间隙配合，形成分段线性刚度，拟合非线性立方刚度；固定架固定在机架上，体现出本发明的接地性。本发明能够有效抑制转子***宽频带的振动，属于振动噪声控制领域。整体结构简单紧凑，附加质量小，可靠性高，使用方便，不需外部提供能源。
Description
技术领域
本发明涉及振动噪声控制技术领域，具体涉及一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，用于旋转机械的核心部件转子***的振动抑制。
背景技术
振动是旋转机械安全运行的典型危害，对于多跨转子，其工作转速通常在一阶临界转速以上，在开、停车阶段必须经过一阶临界转速，此时会发生强烈的共振，严重影响机组的稳定运行。随着国家装备制造业“2025计划”的持续发力，对旋转机械的高效可靠和长周期的稳定运行提出了越来越高的要求。因此，对其转子***振动的高效控制尤为重要，且是亟待解决的问题。
安装动力吸振器是转子***振动控制的一种常用方法。通过增加吸振器，旋转机械的振动可传递到吸振器微小质量，并保持低频振动。动力吸振器可以分为两种类型：被动式和主动(或半主动)式。
目前，被动式吸振器在旋转机械振动抑制领域中得到广泛使用，其结构简单，无需能量源，但因抑振频带窄，在实际应用有较大的局限性；主动式吸振器控制精度高，反应灵敏，又因结构过于复杂，导致其应用性低。
如前所述，被动吸振器和主动(或半主动)吸振器在实际应用中都有相应的缺点。必须开发新的振动抑制装置，以满足现代旋转机械结构简单，吸振抑振频带宽的要求，非线性能量阱能够满足上述要求。
发明内容
本发明的接地式非线性能量阱是通过关键的非线性拟合元件与转子***耦合的轻量化装置，轻量化是指微小吸振子质量，非线性能量阱内部拟合出的非线性立方刚度，使其具有极为高效的振动能量吸收能力，并对转子***的宽频带振动具有很好的抑制性能。
本发明的目的是提出抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，接地是指该非线性能量阱本体固定在机架上。关键是对分段线性刚度杆与间隙孔的配合拟合非线性立方刚度方法的利用，以及轴承套(转子***)和吸振子质量块之间弱刚度弹簧的应用。
为解决以上技术问题，本发明采用的实施结构方案是：
一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，所述非线性能量阱包括非线性能量阱本体和固定架两个部分；
所述非线性能量阱本体包括与转子***相配合的轴承组件，以及与固定环和吸振子质量块配合的连接组件；
所述转子***包括圆盘和轴；所述轴承组件包括轴承、轴承套和轴套，轴套套在轴上，轴承套在轴套上，轴承外侧设有轴承套，轴承套通过弱刚度弹簧与吸振子质量块连接；该轴套的作用是防止非线性能量阱本体的轴向窜动；
所述连接组件包括4根连接杆和4根分段线性刚度杆，所述连接杆通过螺母固与吸振子质量块和固定环固定连接，分段线性刚度杆一端通过螺母与固定环固定连接，另一端与吸振子质量块的间隙孔形成间隙配合连接；
所述吸振子质量块的同一圆周上设有连接孔和间隙孔；连接孔为4个直径相等交叉分布的圆孔；间隙孔为4个直径不等交叉分布的圆孔，分别与连接组件中的连接孔内容置有连接杆；间隙孔内容置有分段线性刚度杆。
所述固定架固定在机架上，另一端固接非线性能量阱本体，避免非线性能量阱本体随轴一起转动，轴的两端与轴端支撑座配合连接。
固定环在同一圆周上设有与连接组件配合连接的通孔。
吸振子质量块的内壁上开有4个相互垂直的定位孔，轴承套上设有4个相互垂直的定位孔，将4个弱刚度弹簧定位在吸振子质量块与轴承套之间。
所述弱刚度弹簧，起到连接转子***和许非线性能量阱本体的作用，允许非线性能量阱本体周向的扰动。
轴承组件内部含有轴承，实现当非线性能量阱本体在吸收转子***振动时不随轴一起转动；
轴承组件含有轴套，该轴套的作用是避免吸振器本体随轴在轴向窜动。
当本发明非线性能量阱工作时，转子***振动后将振动力通过轴承组件和弱刚度弹簧传递给吸振子质量块，带动连接杆振动，进一步吸振子质量块与4根分段线性刚度杆相接触碰撞，进而吸振子质量块动态吸收转子***振动力能量。
吸振子质量块的质量可以更换。
吸振子质量块在同一圆周上的4个连接孔和4个间隙孔呈交叉排列。
本发明的有益效果为：
1.整套装置中的轴承与固定环避免了非线性能量阱本体的周向转动，轴套避免了非线性能量阱本体在轴向的窜动，规定了本装置的工作状态。
2.整套装置中的吸振子质量块上的孔与连接组件相配合连接，通过更换不同的吸振子质量块可调节这些孔的直径和吸振子质量块的质量，使吸振子质量块和分段线性刚度杆的间隙配合可调，进而调节非线性能量阱本体拟合出的非线性立方刚度，设计出不同的本发明非线性能量阱的本体部分，能够吸收转子***在不同的工况下的振动。
3.整套装置中的4根连接杆直径相同，并联安装，4根分段线性刚度杆直径不等，并联交叉安装，通过更换不同组(分段线性的拟合规律强弱不同，但都是立方规律变化)的分段线性刚度杆，使分段线性刚度杆和吸振子质量块的间隙配合可调，进而调节非线性能量阱本体拟合出的非线性立方刚度。设计出不同的本发明非线性能量阱的本体部分，能够吸收转子***在不同的工作情况下的振动。
5.整套装置利用了非线性能量阱机制，形成了本发明非线性能量阱，较线性吸振器抑振频带宽。
附图说明
图1为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱应用于具体转子***的结构示意图；
图2为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的非线性能量阱本体的结构示意图
图3为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的固定环的示意图；
图4为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的具有一组直径连接组件的示意图；
图5为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的具有一组直径间隙孔的吸振子质量块的示意图；
图6为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱去掉轴套后的轴承组件的结构示意图；
图7为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的固定架的示意图；
图8为本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱的分段线性刚度与非线性立方刚度的机理拟合曲线图；
图9为转子***未加入本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱时的幅频特性曲线图。
图10(a)为本发明非线性能量阱的吸振子质量块的间隙孔与分段线性刚度杆之间的配合间隙采用0.25mm，转子***与本发明非线性能量阱的幅频特性曲线图；
图10(b)为本发明非线性能量阱的吸振子质量块的间隙孔与分段线性刚度杆之间的配合间隙采用0.5mm，转子***与本发明非线性能量阱的幅频特性曲线图；
图10(c)为本发明非线性能量阱的吸振子质量块的间隙孔与分段线性刚度杆之间的配合间隙采用0.75mm，转子***与本发明非线性能量阱的幅频特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图1-9，10(a)，10(b)，10(c)所示，并举实例对本发明非线性能量阱做进一步详细的说明。
一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱应用到具体的转子***的具体结，包括非线性能量阱本体、固定架2以及机架14和轴端支撑15。包括轴承组件，连接组件，吸振子质量块5和固定环12。固定架2参见图7。该种转子***振动抑制的非线性能量阱的分段线性刚度拟合非线性立方刚度作用机理和非线性能量阱机制的作用机理，参见图8。转子***在本发明非线性能量阱具有3种间隙配合情况下的振动抑制效果图，综合参见图9与图10。
轴承组件通过弱刚度弹簧9和吸振子质量块5配合，连接组件连接固定环12和吸振子质量块5，固定架2通过紧固螺栓3固接在机架14上，实现接地，说明非线性能量阱本体在工作过程中不随转子一起转动。。
连接杆4和分段线性刚度杆6在固定环12和吸振子质量块5中间的长度，可通过旋动螺母1在一定范围内改变。进一步可调节吸振器本体的刚度。
4根连接杆4的直径相同，4根分段线性刚度杆6的直径不等，且为阶梯轴状。
非线性能量阱本体如图2所示，吸振子质量块5和固定环12之间的连接组件是实现拟合非线性刚度的重要部分，连接杆4分别与吸振子质量块5和固定环12由螺母1固定在一起。分段线性刚度杆6与固定环12由螺母1固定在一起，与吸振子质量块5的间隙孔形成间隙配合，刚度大的分段线性刚度杆6对应吸振子质量块5上直径大的间隙孔。
所述固定架2起固定非线性能量阱本体避免其随轴13一起转动的作用，与机架14配合，体现出接地性。
连接杆4和分段线性刚度杆6在吸振子质量块5和固定环12之间的长度，通过旋动螺母1可在一定范围内改变，可有效调节吸振器本体的刚度；
通过更换不同的吸振子质量块5可调节间隙孔的直径和吸振子质量块5的质量，使拟合形成非线性刚度的间隙配合可调，进而也可控制非线性能量阱本体的刚度；
连接组件中的4根连接杆4直径相同，并联安装，4根分段线性刚度杆6直径不等，并联交叉安装，通过更换不同组(分段线性的拟合规律强弱不同，但都是立方规律变化)的分段线性刚度杆6，与吸振子质量块5形成不同的间隙配合，使拟合成的非线性立方刚度可变，进而也可控制非线性能量阱本体的刚度。
当本发明非线性能量阱工作时，转子***振动后将振动力通过轴承组件和弱刚度弹簧9传递给吸振子质量块5，带动连接杆4振动，进一步吸振子质量块5与4根分段线性刚度杆6相接触碰撞，进而吸振子质量块5动态吸收转子***振动力能量。
当非线性能量阱本体工作的过程中，这种间隙配合形成分段线性刚度，拟合非线性立方刚度。
连接杆4的直径、分段线性刚度杆6的直径、吸振子质量块5上的间隙孔的直径和吸振子质量块5的质量，这些参数由适当的计算，可有不同种的变化，进而可设计出不同的本发明非线性能量阱本体部分，能够满足转子***在不同的工作情况下的振动。
如图5所示，吸振子质量块5上分布多个圆孔，其中4个连接孔均匀分布，直径大小相等，用于和4根连接杆4相连，同一圆周还有4个直径大小不同均匀分布的间隙孔，分别与分段线性刚度杆6对应配合，且直径越大，对应配合的分段线性刚度杆6的刚度越大。吸振子质量块5的内壁上开有4个相互垂直的定位孔与轴承套8上的4个相互垂直的定位孔一起定位4个弱刚度弹簧9。
结合图8说明分段线性刚度拟合非线性立方刚度的机理：一个具有立方非线性的弹簧，其反作用力与刚度的关系是y＝kx3，由图可看到拟合效果非常好，说明分段线性刚度拟合非线性立方刚度的有效性，也从侧面说明本设计的合理性。
本实施例目标是抑制旋转机械核心部件转子***的振动，参见图9与图10可以看出，随着本发明非线性能量阱安装在转子***上，转子***的振动明显下降，随着间隙的减小，振动抑制率增加。且在不同宽度的频带上都有抑振作用，并可随配合间隙不同而自适应变化。表明了本发明非线性能量阱的宽频抑振特性，且效果显著。可以减少整体旋转机械设备在运行时的故障，弥补目前振动抑制技术的不足。
本发明一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱抑制转子***振动的过程如下：
当本发明非线性能量阱工作时，转子***振动后将振动力通过轴承组件和弱刚度弹簧9传递给吸振子质量块5，带动连接杆4振动，进一步吸振子质量块5与4根分段线性刚度杆6相接触碰撞，进而吸振子质量块5动态吸收转子***振动力能量。
具体过程如下：
当转子***转动时，振动过小情况下，振动力由轴承组件传递给吸振子质量块5，带动连接杆4振动，连接杆4的振动幅值小于分段线性刚度杆6与吸振子质量块5间隙孔的相对间隙，此时分段线性刚度杆6与吸振子质量块5不接触，只有连接杆4与吸振子质量块5相配合连接。此时该种非线性能量阱的本体相当于一个线性的动力吸振器，抑振效果不是很明显；
当振动过大时，分段线性刚度杆6中刚度较小的杆与吸振子质量块5小直径的间隙孔相接触碰撞，随着第二根，第三根，第四根分段线性刚度杆6与吸振子质量块5接触碰撞，进而吸振子质量块5动态吸收转子***振动力能量。
综上所述，以上阐述说明仅为本发明一种利用非线性能量阱机制的转子***动力吸振器的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的权力保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利权力保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，所述非线性能量阱包括非线性能量阱本体和固定架两个部分；
所述非线性能量阱本体包括与转子***相配合的轴承组件，以及与固定环(12)和吸振子质量块(5)配合的连接组件；
所述转子***包括圆盘(7)和轴(13)；所述轴承组件包括轴承(10)、轴承套(8)和轴套(11)，轴套(11)套在轴(13)上，轴承(10)套在轴套(11)上，轴承(10)外侧设有轴承套(8)，轴承套(8)通过弱刚度弹簧(9)与吸振子质量块(5)连接；该轴套(11)的作用是防止非线性能量阱本体的轴向窜动；
所述连接组件包括4根连接杆(4)和4根分段线性刚度杆(6)，所述连接杆(4)通过螺母与吸振子质量块(5)和固定环(12)固定连接，分段线性刚度杆(6)一端通过螺母与固定环(12)固定连接，另一端与吸振子质量块(5)的间隙孔形成间隙配合连接；
所述吸振子质量块(5)的同一圆周上设有连接孔和间隙孔；连接孔为4个直径相等交叉分布的圆孔；间隙孔为4个直径不等交叉分布的圆孔，连接孔内容置有连接杆(4)；间隙孔内容置有分段线性刚度杆(6)；
所述固定架(2)固定在机架(14)上，另一端固接非线性能量阱本体，避免非线性能量阱本体随轴(13)一起转动，轴(13)的两端与轴端支撑座(15)配合连接。
2.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，固定环(12)在同一圆周上设有与连接组件配合连接的通孔。
3.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，吸振子质量块(5)的内壁上开有4个相互垂直的定位孔，轴承套(8)上设有4个相互垂直的定位孔，将4个弱刚度弹簧(9)定位在吸振子质量块(5)与轴承套(8)之间。
4.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，所述弱刚度弹簧(9)，起到连接转子***和非线性能量阱本体的作用，允许非线性能量阱本体周向的扰动。
5.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，轴承组件内部含有轴承(10)，实现当非线性能量阱本体在吸收转子***振动时不随轴(13)一起转动；
轴承组件含有轴套(11)，该轴套(11)的作用是避免吸振器本体随轴(13)在轴向窜动。
6.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，
当非线性能量阱工作时，转子***振动后将振动力通过轴承组件和弱刚度弹簧(9)传递给吸振子质量块(5)，带动连接杆(4)振动，进一步吸振子质量块(5)与4根分段线性刚度杆(6)相接触碰撞，进而吸振子质量块(5)动态吸收转子***振动力能量。
7.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，吸振子质量块(5)的质量可以更换。
8.如权利要求1所述的一种抑制转子***振动的接地式非线性能量阱，其特征在于，吸振子质量块(5)在同一圆周上的4个连接孔和4个间隙孔呈交叉排列。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200211 |
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