CN109641279B - 可旋转组件、加工杆组件及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可旋转组件(10)，其一个端部(12)适于固定到可旋转支撑件以使可旋转组件(10)围绕旋转轴线(28)旋转，可旋转组件(10)包括：具有腔体(56)的主体(18)；阻尼块(38)，其设置在腔体(56)内，并且能够在基本上垂直于旋转轴线(28)的径向方向(30)上相对于主体(18)移动；减振结构(36)，其布置成相对于主体(18)支撑阻尼块(38)并且布置成衰减阻尼块(38)相对于主体(18)在径向方向(30)上的振动移动；其中减振结构(36)包括多个弹簧元件(40)；并且其中每个弹簧元件(40)均具有平坦的外观。
Description
技术领域
本公开总体上涉及可旋转组件、加工杆组件及其方法。特别地，设置有包括位于主体的腔体内的由减振结构支撑的阻尼块的可旋转组件，包括在主体的腔体内的阻尼块以及冷却剂供应结构的可旋转组件，包括加工杆本体、工具头部和工具头部与加工杆本体之间的减振结构的加工杆组件。
背景技术
机械部件和结构在其旋转期间的振动可能对其寿命和性能产生不利影响。抑制旋转结构的振动的一种已知解决方案是提供调谐质量阻尼器，使得旋转结构的振动能量传递到附加质量。由此，增加的质量而不是旋转结构振动，并且旋转结构在操作期间可以保持稳定。加工工具是在长悬伸工具结构中使用调谐质量阻尼器的典型应用。加工工具通常实施为悬臂结构，并且其刚度随着悬伸长度与直径比的增加而显着降低。
US 8020474 B2公开了一种用于衰减振动的工具保持器。工具保持器包括旨在布置在制造机器中的工具保持器中的轴、旨在在其上布置切割器的头部、和布置成使得切割器仅通过粘弹性材料接触制造机器的粘弹性材料。粘弹性材料附接到支承材料上，所述支承材料附接到轴的表面。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种具有改进的振动衰减的可旋转组件。
本公开的另一个目的是提供一种随时间具有可靠的振动衰减的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种具有简单的结构以减少振动的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种具有便宜的设计的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种需要减少的维护和/或调节(例如调谐(tuning))的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种具有简单的维护和/或调节的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种具有更长的寿命的可旋转组件。
本公开的又一个目的是提供一种可旋转组件，其不仅在其第一振动模式下而且在其第二振动模式和更高的振动模式下也被有效地减振。
根据一个方面，提供了一种可旋转组件，所述可旋转组件的一个端部适于固定到可旋转支撑件以使可旋转组件围绕旋转轴线旋转，所述可旋转组件包括：具有腔体的主体；阻尼块，所述阻尼块布置在腔体内并且能够在径向方向上相对于主体移动，所述径向方向基本上垂直于旋转轴线；减振结构，所述减振结构布置成相对于主体支撑阻尼块，并且布置成衰减阻尼块在径向方向上相对于主体的振动移动；其中减振结构包括多个弹簧元件；并且其中每个弹簧元件均具有平坦的外观。
减振结构可以由包括弹簧元件但没有阻尼块的堆叠构成。因此，减振结构可以由包括多个弹簧元件的片状结构构成。
弹簧元件可以在真空环境中组装成堆，以避免在弹簧元件的连结区域中形成气泡。此外，弹簧元件可以布置成与可旋转组件的旋转轴线基本同心。
在整个本公开中，减振结构可以替代地被称为用于阻尼块的刚度元件。减振结构和阻尼块可以统称为调谐质量阻尼器。
根据一个变型，可旋转组件仅包括一个阻尼块。阻尼块可以由单个刚性材料(例如金属)的片材构成。
阻尼块可以相对于主体通过两个减振结构被支撑，例如，在阻尼块的沿旋转轴线的每一侧各一个减振结构。每个阻尼块均可以布置在主体的腔体内。阻尼块可以相对于主体仅通过根据本公开的一个或多个减振结构被支撑。
阻尼块可以定位成使得其质心位于第二振动模式或更高的振动模式的波腹区域处。例如，阻尼块可以定位成使得其质心位于第二振动模式的与可旋转组件的适于固定到可旋转支撑件的端部最靠近的波腹区域处，即沿可旋转组件的旋转轴线从所述端部到自由端部(例如工具头部端)的距离大约40％至50％处。
每个弹簧元件在径向方向上的宽度可以是弹簧元件沿旋转轴线的厚度的至少30倍，优选地至少50倍，例如至少100倍。这为每个弹簧元件提供了特别平坦的外观。每个弹簧元件的厚度可以小于1mm。
多个弹簧元件中的一个或多个可以在径向方向上具有变化的延伸部。例如，一个弹簧元件可以在一个或多个径向方向上从旋转轴线延伸第一距离，并且在一个或多个其他径向方向上从旋转轴线延伸与第一距离不同的第二距离。每个弹簧元件可以相对于垂直于旋转轴线的线对称或不对称。在多个弹簧元件中的一个或多个在径向方向上具有变化的延伸部并且具有相似的形状的情况下，弹簧元件可以围绕旋转轴线以不同的旋转取向布置以便在减振结构的不同的径向方向上提供不同的刚度。在径向方向上具有变化的延伸部的一个或多个弹簧元件在无负载状态下可以在径向方向上具有变化的延伸部。
当沿旋转轴线观察时，多个弹簧元件中的一个或多个可以具有椭圆形、三角形或多边形外观。替代地或另外地，多个弹簧元件中的一个或多个可以相对于旋转轴线具有不规则的圆周轮廓。
根据一个变型，当沿旋转轴线观察时，弹簧元件中的一个或多个具有椭圆形形状，其中椭圆形形状的短轴的长度是椭圆形形状的长轴的长度的70％至90％。
减振结构可以在不同的径向方向上具有不同的刚度。这种刚度差异可以通过改变多个弹簧元件中的一个或多个在径向方向上的延伸部来实现。替代地或另外地，这种刚度差异可以通过改变多个弹簧元件中的一个或多个的厚度来实现，例如通过提供具有增加或减小的厚度的圆形扇区或刚度更高或刚度更低的材料的圆形扇区的一个或多个圆形弹簧元件来实现。
通过提供在不同的径向方向上具有不同刚度的减振结构，阻尼块的共振频率在不同的径向方向上也不同。减振结构和阻尼块可以以这种方式构造成使得阻尼块在不同的径向方向上的变化的共振频率与可旋转组件在不同方向上的不同的振动频率相匹配。换句话说，该解决方案可以用于围绕旋转轴线不对称的可旋转组件。
在整个本公开中，每个弹簧元件可以由弹性板构成。例如，弹簧元件可以包括粘弹性材料、橡胶、复合物或聚合物，或由其构成。
弹簧元件可以包括具有与频率相关的弹性模量的材料。因此，阻尼块和弹簧元件可以构造成使得阻尼块的共振频率在频率范围内与主体的频率相匹配。
因此，在主体的至少一些振动频率下，由于与频率相关的弹性模量，主体的振动频率的增加/减小被弹簧元件的刚度的增加/减小补偿。因此，可旋转组件的增加的振动频率将导致弹簧元件的增加的弹性模量(或剪切模量)，这继而增加阻尼块的共振频率以与可旋转组件的增加的振动频率相匹配，并且反之亦然。以这种方式，减振结构产生自调谐效果，即它可以自动改变阻尼块的共振频率而不必改变减振结构上的压缩预载荷。因此，减振结构可以提供阻尼块的宽范围的共振频率。
替代地或另外地，弹簧元件可以包括具有与温度相关的弹性模量的材料。因此，可以通过控制弹簧元件的温度来控制弹簧元件的弹性模量以便调节阻尼块的共振频率，以与可旋转组件的振动频率相匹配。该温度控制可以通过控制对弹簧元件的冷却剂供应来完成，该冷却剂供应是专用冷却剂供应或已经存在的冷却剂供应(例如到加工杆组件的工具头部的冷却剂供应)。
因此，本公开还提供了一种方法，所述方法控制具有与温度相关的弹性模量的弹簧元件的温度，以便控制阻尼块的共振频率以与可旋转组件的振动频率相匹配。
可旋转组件可以构造成使得至少一个弹簧元件可以添加到减振结构或从减振结构移除，以相应地减小或增加减振结构在径向方向上的刚度。
减振结构可以包括多个金属板，其中金属板和弹簧元件以交替地方式布置。金属板可以是铝或钢。
可旋转组件还可以包括至少一个辅助支撑结构，所述至少一个辅助支撑结构布置成将阻尼块和主体分隔开，其中每个辅助支撑结构包括沿旋转轴线或沿径向方向交替布置的弹性材料层和金属材料层。
每个弹簧元件沿旋转轴线的宽度可以小于1mm，例如0.05mm至0.3mm，例如约0.1mm。每个金属板沿旋转轴线的宽度可以是每个弹簧元件的宽度的大约两倍，即，每个金属板的宽度小于2毫米，例如0.1毫米至0.6毫米，例如约0.2毫米。
可旋转组件还可以包括夹紧机构，所述夹紧机构布置成沿旋转轴线压缩或解除压缩减振结构。夹紧机构可以是可打开的，以便将弹簧元件添加到减振结构或从减振结构移除。
夹紧机构可以包括蜗杆传动装置。蜗杆传动装置可以包括蜗杆和蜗轮。蜗杆可以基本上垂直于可旋转组件的旋转轴线定向，并且蜗轮可以与可旋转组件的旋转轴线基本同心。因此，蜗杆可以由操作者(例如通过螺丝刀)旋拧以旋转蜗轮从而压缩减振结构(例如通过压缩板)。
可旋转组件还可以包括位于夹紧机构和减振结构之间的压缩板。压缩板可以在旋转轴线上对准并且基本上垂直于旋转轴线，使得来自夹紧机构的负载均匀地分布在夹紧机构和压缩板之间的接触区域上。压缩板还在减振结构上提供基本均匀分布的载荷。
压缩板可以包括凹部或凹穴，其与减振结构的至少外部部件(例如金属板)的轮廓相匹配，使得该部件(以及可能的减振结构的其他部件)可以接收在凹部中。
此外，压缩板可以相对于主体旋转地锁定，例如通过相对于插头构件旋转地锁定压缩板。
除了阻尼块之外，可旋转组件还可以包括至少一个附加的阻尼块，其中每个阻尼块具有独特的重量。
除了减振结构之外，可旋转组件还可以包括至少一个附加的减振结构，其中阻尼块和减振结构交替地布置。每个附加的减振结构可以包括根据本公开的多个弹簧元件，即，其中每个弹簧元件均具有平坦的外观。
根据另一方面，提供了一种可旋转组件，所述可旋转组件的一个端部适于固定到可旋转支撑件以使可旋转组件围绕旋转轴线旋转，所述可旋转组件包括：具有腔体的主体；工具头部，所述工具头部用于保持切割器；阻尼块，所述阻尼块布置在腔体内，使得在阻尼块和主体之间在径向方向上建立间隙，所述径向方向基本上垂直于旋转轴线；和冷却剂供应结构，所述冷却剂供应结构用于向工具头部供应冷却剂；其中冷却剂供应结构部分地由间隙构成。因此，冷却剂可以用于冷却工具头部(和/或弹簧元件)并且用作粘性流体以衰减主体和阻尼块的振动。
根据本公开的可旋转组件可以由加工杆组件构成，并且根据本公开的主体可以由加工杆本体构成。然而，替代的可旋转组件和主体是可以想到的。例如，可旋转组件可以由其他加工工具结构(例如，用于镗孔、铣削或磨削)构成或由不一定用于加工工件的机械结构构成。
根据另一方面，提供了一种加工杆组件，所述加工杆组件的一个端部适于固定到可旋转支撑件以使加工杆组件围绕旋转轴线旋转，所述加工杆组件包括：加工杆本体；工具头部；和减振结构，所述减振结构位于工具头部与加工杆本体之间；其中减振结构定位在加工杆组件的第二振动模式或更高的振动模式的与工具头部最靠近的波节区域处。加工杆组件可以由长悬伸工具和短悬伸工具构成。
在整个本公开中，加工杆组件可以由镗杆组件构成，并且加工杆本体可以由镗杆本体构成。
在悬臂结构的第一振动模式中，该结构包括在其固定端部处的一个波节(在此处结构不移动)和在其自由端部处的一个波腹(在此处该结构经历最大位移)。在第二振动模式下，该结构包括两个波节和两个波腹。在第三振动模式下，振动物体包括三个波节和三个波腹等。
振动结构中的应变通常在波节处最高，并且位移在波腹处最高。此外，动能集中在波腹区域处并且势能集中在波节区域处。
例如，减振结构可以定位在加工杆组件的第二振动模式、第三振动模式或更高的振动模式的与工具头部最靠近的波节区域处。第二振动模式的最靠近工具头部的波节区域可以沿着旋转轴线位于与工具头部相距加工杆组件的长度的大约25％处。第三振动模式的最靠近工具头部的波节区域可以沿着旋转轴线位于与工具头部相距加工杆组件的长度的大约20％处。第四振动模式的波节区域可以沿着旋转轴线位于与工具头部相距加工杆组件的长度的大约14％处等。
在整个本公开中，基本上垂直/平行的关系包括完全垂直/平行的关系以及与完全垂直/平行关系的偏差最多为5％(例如最多2％)的关系。类似地，这里使用的基本上对应的距离包括完全对应的距离以及与完全对应的距离的偏差最多为5％(例如最多2％)的距离。
附图说明
结合附图根据以下实施例本公开的其他细节、优点和方面将变得显而易见。
图1：示意性地示出了呈镗杆组件形式的可旋转组件的透视图；
图2：示意性地示出了图1中的镗杆组件的分解透视图；
图3a：示意性地示出了沿图1中的截面A-A的镗杆组件的侧剖视图；
图3b：示意性地示出了沿图1中截面B-B的镗杆组件的侧剖视图；
图4a：示意性地示出了图1中的镗杆组件的局部侧剖视图；
图4b：示意性地示出了图1中的镗杆组件的局部侧视图；
图5a：示意性地示出了图1中的镗杆组件的局部剖视图；
图5b：示意性地示出了图1中的镗杆组件的局部剖视图；
图5c：示意性地示出了图1中的镗杆组件的局部剖视图；
图6a：示意性地示出了减振结构的前视图；
图6b：示意性地示出了图6a中的减振结构的侧视图；
图6c：示意性地示出了图6a和6b中的减振结构的分解透视图；
图7：表示镗杆组件的在径向方向上变化的振动模式频率的示例的；
图8a：示意性地示出了阻尼块和两个减振结构的透视图；
图8b：示意性地示出了图8a中的阻尼块的前视图；
图9a：示意性地示出了压缩板和金属板的前视图。
图9b：示意性地示出了图9a中的压缩板和金属板的侧剖视图；
图9c：示意性地示出了图9a和9b中的压缩板和金属板的后视图；
图10：示意性地示出了蜗杆传动装置的透视图；
图11：示意性地示出了以交替方式布置的多个阻尼块和多个减振结构的透视图；
图12：表示为弹簧元件选择最合适的材料以及在减振结构中选择弹簧元件的数量的方法的图；
图13：表示聚合物的弹性模量相对于频率的图；
图14a：示意性地示出了由两个减振结构和两个辅助支撑结构支撑的阻尼块的变型的透视图；
图14b：示意性地示出了图14a中的组件的侧剖视图；
图14c：示意性地示出了图14b中的剖面A；
图14d：示意性地示出了图14c中的剖面B；
图15a：示意性地示出了由两个减振结构和两个辅助支撑结构支撑的阻尼块的另一变型的透视图；
图15b：示意性地示出了图15a中的组件的侧剖视图；
图15c：示意性地示出了图15b中的剖面A；和
图15d：示意性地示出了图15c中的剖面B。
具体实施方式
在下文中，将描述包括位于主体的腔体内的由减振结构支撑的阻尼块的可旋转组件，包括在主体的腔体内的阻尼块以及冷却剂供应结构的可旋转组件，包括加工杆本体、工具头部、和工具头部与加工杆本体之间的减振结构的加工杆组件。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。
图1示意性地示出了可旋转组件10的透视图。在该示例中，可旋转组件由镗杆组件10形式的加工杆组件构成。
该示例的镗杆组件10包括端部12，所述端部由用于固定到可旋转支撑件(未示出)的端部12构成。镗杆组件10还包括尾部锁定部分14、插头构件16和由镗杆本体构成的中空圆柱形主体18。镗杆主体18是一种加工杆本体。
尾部锁定部分14和插头构件16刚性地固定到主体18，例如通过螺钉(未示出)。尾部锁定部分14的端部部分***端部12中的开口中，并且尾部锁定部分14通过螺钉或液压膨胀夹持器固定地连接到端部12。
工具头部20刚性地连接到插头构件16，在该示例中通过三个螺钉22。工具头部20经由减振结构24连接到插头构件16。工具头部20保持切割器26，所述切割器当镗杆组件10围绕其旋转轴线28旋转时加工工件(未示出)。镗杆组件10中的振动问题可能显著缩短切割器26的寿命。
图1还示出基本上垂直于旋转轴线28的径向方向30。在操作期间，镗杆组件10的振动移动基本上在径向方向30上发生。
减振结构24包括弹簧元件32和金属板34。在该示例中，弹簧元件32由粘弹性材料制成。减振结构24定位在镗杆组件10的波节区域处。除镗杆组件10的第一振动模式以外，减振结构24还有效地抑制了更高频率的振动。
图2示意性地示出了图1的镗杆组件10的分解透视图。镗杆组件10还包括两个减振结构36，其用于支撑设置在镗杆主体18的腔体56内的阻尼块38的每个端部。
每个减振结构36包括多个平坦外观的弹簧元件40。减振结构36的弹簧元件40构成片状结构。在该示例中，减振结构36还包括减振结构36的片状结构中的金属板42。弹簧元件40的片状结构便于减振结构36的剪切移动(即在径向方向30上)。
图1和2进一步示出了镗杆组件10包括蜗杆传动装置44和压缩板50，所述蜗杆传动装置具有蜗杆46和蜗轮48，其将在后文描述。
在已经压缩厚的橡胶环的现有技术的解决方案中，可能开始蠕变并且降低刚度。这将导致调谐质量阻尼器频率与工具频率不匹配。
由于根据本公开的每个弹簧元件40的平坦外观，减小了弹簧元件40中的蠕变的风险。因此，可以更好地保持弹簧元件40的刚度。结果，可旋转组件10具有更可靠的操作。
减振结构36在剪切方向上的刚度(即在径向方向30上)可以通过将弹簧元件40添加到减振结构36或从减振结构移除弹簧元件来调节。减振结构36中更多数量的弹簧元件40在剪切方向上导致更低的刚度，反之亦然。包括成堆的弹簧元件40的减振结构36便于组装并使组件更精确。
通过针对弹簧元件40使用与频率相关的材料(即弹簧元件40的弹性模量根据振动频率而变化)，可以实现自调谐效果。也就是说，弹簧元件40的改变的振动频率使弹簧元件40的弹性模量交替变化，使得阻尼块38的共振频率改变。
通过旋转蜗杆46，蜗轮48在插头构件16内轴向移动，以沿着旋转轴线28推动压缩板50。通过沿相反方向旋转蜗杆46，蜗轮48沿相反方向沿着旋转轴线28(朝向镗杆组件10的设置有工具头部20的自由端部)移动。这种旋转可以持续直到蜗杆46完全脱离插头构件16，并且可以将另外的金属板42和/或弹簧元件40添加到减振结构36或从减振结构移除所述另外的金属板和/或弹簧元件。
当压缩力施加到减振结构时，压缩力基本上转换成金属板42和弹簧元件40的表面之间的增加的接触压力，而不是弹簧元件40的改变的几何形状。调谐减振结构36的刚度(在除了本公开中描述的自调谐之外)主要通过改变弹簧元件40的数量来实现，其次通过调节来自压缩板50的在减振结构36上的压缩预载荷来实现。
借助于尾部锁定部分14调节第二减振结构36上的压缩预载荷(图2中的右侧)。尾部锁定部分14还包括凹部，所述凹部与减振结构36的右侧(在图2中)的最外部部件(例如，金属板42)的外部轮廓匹配。
在该示例中，压缩板50在一个端部上包括六边形部分，以相对于插头构件16建立围绕旋转轴线28的旋转锁定。在压缩板50和插头构件16之间实现旋转锁定的其他结构和方式当然是可能的。允许压缩板50沿旋转轴线28相对于插头构件16移动。
调谐质量振动减振工具的工具段仍然是具有高利润率但销售量低的利基市场。现有技术工具的一些缺点是由于结构复杂性(需要液压密封)的高制造成本，以及当请求专家找到正确的调谐以及教育机器操作者学习调谐过程时的人工成本。
一些现有技术的文献描述了由橡胶或弹性体制成的用于支撑质量块的对称支撑元件。可以压缩支撑元件以改变其横截面、几何形状和/或接触表面区域以调谐刚度。然而，加工工具通常相对于旋转轴线不对称。因此，调谐质量阻尼器的针对一个特定径向方向的正确调谐的谐振频率可能导致在其他径向方向上错误地调谐的谐振频率。此外，加工工具通常在变化的操作条件下使用，并且当在自由条件下测量时，可以以在测量的模式频率的±20％范围内的频率振动。这就是为什么调谐质量阻尼器解决方案不常用于旋转工具的原因之一，因为振动频率不断变化。
通常现有技术的调谐质量阻尼器被调谐为抑制弹性最强(most resilient)的模式(即第一振动模式)的振动。因此，更高的振动模式通常构成最突出的问题，其由于高频振动(例如>1000Hz)和高加速度振动而显著限制了切割***件的工具的寿命。
图3a示意性地示出了沿图1中的截面A-A的镗杆组件10的侧剖视图，并且图3b示意性地示出了沿图1中的截面B-B的镗杆组件10的侧剖视图。
从图3a中可以看出，在阻尼块38和镗杆主体18之间形成间隙。冷却通道52设置在阻尼块38中。冷却通道52在尾部锁定部分14中的冷却通道54与腔体56之间建立流体连通，以及在压缩板50中的冷却通道58和腔体56之间建立流体连通。压缩板50中的冷却通道58与插头构件16中的冷却通道60流体连通，冷却剂可以从所述冷却通道60被引导到待被冷却的切割器26。
尾部锁定部分14的冷却通道54、阻尼块38中的冷却通道52、压缩板50中的冷却通道58和插头构件16中的冷却通道60构成用于供应冷却剂到工具头部20的冷却剂供应结构62。在该示例中，阻尼块38的冷却通道52倾斜大约45°并且布置在阻尼块38的相应的端部部分处。
由于冷却剂在阻尼块38和镗杆主体18之间的间隙中的引导，冷却剂可以用于冷却工具头部20(和/或弹簧元件40)并且用作粘性流体以衰减镗杆主体18和阻尼块38的振动。腔体56中的冷却剂压力可以是大约6巴，或小于6巴。
此外，通过控制冷却剂供应结构62中的冷却剂流动，可以控制弹簧元件40的温度。在弹簧元件40包括具有与温度相关的弹性模量的材料的情况下，也可以通过改变冷却剂温度来控制调谐质量阻尼器(减振结构36和阻尼块38)的共振频率以匹配可旋转的镗杆组件10的振动频率。
冷却剂供应结构62的构造在图4a至5c中进一步示出。图4a示意性地示出了图1中的镗杆组件10的局部侧剖视图。图4b示意性地示出了图1中的镗杆组件10的局部侧视图。图5a示意性地示出了图1中的镗杆组件10的局部侧剖视图。图5b示意性地示出了图1中的镗杆组件10的局部侧剖视图。图5c示意性地示出了图1中的镗杆组件10的局部侧剖视图。
图6a示意性地示出了减振结构36的前视图，图6b示意性地示出了图6a中的减振结构36的侧视图，图6c示意性地示出了图6a和6b中的减振结构36的分解透视图。
在图6a至6c中的示例中，可以看出，减振结构36由成堆的四个圆形弹簧元件40和布置成堆的三个中间圆形金属板42构成。图6c中示出了两个保持环64，其可以用于将弹簧元件40和金属板42保持在一起。根据图6a至6c的减振结构36可以与镗杆组件10一起使用，所述镗杆组件相对于旋转轴线28对称。
然而，许多旋转结构通常关于旋转轴线不对称，因此在不同的径向方向上施加不同的第一模式振动频率。例如，加工工具取决于垂直于加工工具的旋转轴线的平面中的方向而具有变化的第一模式振动频率。在通过使用严重压缩的弹性体或橡胶件来对非对称加工工具进行减振的现有技术的解决方案中，调谐质量阻尼器在径向方向上的共振频率是相同的。因此，调谐质量阻尼器仅针对一个方向进行优化，而其他方向未被优化。因此，调谐质量阻尼器可能会增加加工工具的振动，而不是消除振动。
图7是示出镗杆组件10在径向方向30(即，在垂直于镗杆组件10的旋转轴线28的平面中)上的变化的振动模式频率的示例的图。在图7的示例中，可以看出，在相对于向下指向的径向方向30的30度方向上，镗杆组件10的振动频率是480Hz，而镗杆组件10的最高振动频率接近520Hz。
圆形减振结构(如图6a至6c所示)将在所有径向方向上提供相同的阻尼块的共振频率。因此，这种减振结构将仅在一些径向方向上消除非对称加工工具的振动。在其他径向方向上，减振结构将提供差的减振并且甚至可能增加加工工具的振动。然而，如果加工工具关于其旋转轴线对称，则可以使用对称的减振结构。
图8a示意性地示出了阻尼块38和包括弹簧元件40的两个减振结构36的透视图。图8b示意性地示出了图8a中的阻尼块38的前视图。
在图8a和8b中，每个减振结构36包括成堆的椭圆形弹簧元件40。利用该减振结构36，阻尼块38的共振频率在不同的径向方向30上变化。因此，可以消除在不对称的(相对于旋转轴线28不对称)可旋转组件10中的振动。
图8a和8b的椭圆形形状仅是在径向方向30上具有变化的延伸部的形状的一个示例。替代形状包括例如三角形和矩形形状。
图9a示意性地示出了压缩板50和金属板42的前视图。图9b示意性地示出了图9a中的压缩板50和金属板42的侧剖视图。图9c示意性地示出了图9a和9b中的压缩板50和金属板42的后视图。
在图9a至9c中，可以看出，压缩板50在其与六边形部分相对的端面处包括椭圆形凹部。椭圆形凹部构造成接收减振结构36的最外侧椭圆形金属板42。
图10示意性地示出了蜗杆传动装置44的透视图。蜗杆传动装置44可以使用如下齿轮，所述齿轮的导程角的切向值小于具有或不具有润滑剂的接触表面之间的摩擦系数。蜗杆传动装置44构成用于向弹簧元件40提供压缩预载荷的紧凑的装置。蜗杆传动装置44还提供增大的扭矩传递比和自锁效果，即蜗杆传动装置44抵抗压缩预载荷的漂移。可以提供刻度以指示减振结构36上的压缩预载荷与蜗杆46的匝数之间的对应关系。
图11示意性地示出了以交替方式布置的多个阻尼块38、66和多个减振结构36、68的透视图。图11中的三个阻尼块38、66中的每一个具有独特的重量。重量可以选择为不仅在第一振动模式中而且在更高的振动模式下消除可旋转组件10的振动。因此，当采用与减振结构36、24连接的多个阻尼块38、66时，可以在更宽的频带上改善镗杆组件10的减振性能。
图12是示出为弹簧元件选择最合适的材料和在减振结构中选择弹簧元件的数量的方法的图。
图13是示出
112’粘弹性聚合物的弹性模量相对于频率的图。
弹性模量和频率之间的关系可以用高阶多项式表示。当弹性模量和频率之间的多项式关系高于2阶并且符合数学条件时，存在这样的频率：在所述频率下，由于弹簧元件的与频率相关的弹性模量，镗杆组件的振动频率的增加/减少通过减振结构的增加/减小的刚度来补偿。
如图13所示，表示弹性模量和频率之间关系的一种方法是使用多项式函数：
E(f)＝...Df3+Cf2+Bf+A
假设评估的振动频率为fn，并且评估的频率变化为Δfn，阻尼块的共振频率与弹簧元件的粘弹性材料的弹性模量的平方根成比例，并且可以表示为：
其中
是由弹簧元件的几何形状和构造确定的刚度系数，m是阻尼块的质量。
在评估的振动频率fn处，阻尼块的共振频率满足：
表示为Δfm的fm的变化可以评估为：
在替换项
之后，等式(3)可以重写为
Δfn可以表示为与fn成比例，并且其可以重写为Δfn＝αfn，并且该等式可以写为：
然后，数学问题是找到镗杆组件的Δfn的频率变化在阻尼块上引起相同量的频率变化Δfm以再次匹配两个频率的频率。
例如，如果评估的频率变化是±5％，则在使用图13中的示例材料构成弹簧元件时，等式(5)中的fn的解大约是4530Hz。在4530Hz处并且如果镗杆组件的频率改变226Hz(5％)，示例粘弹性聚合物将改变其弹性模量以改变阻尼块的共振频率，所述阻尼块的共振频率随后将与镗杆组件10的改变的振动频率相匹配。如果镗杆组件最有可能以其他频率振动，则建议找到最合适的弹性材料来构成弹簧元件从而实现自调谐效果。
图14a示意性地示出了由如前所述的两个减振结构36支撑的阻尼块38的变型的透视图。然而，在图14a中，阻尼块38不仅由减振结构36支撑，而且由两个辅助支撑结构70支撑。在图14a至14d的变型中，每个辅助支撑结构70包括弹性材料层72和金属材料层74。
弹性材料层72和金属材料层74在径向方向30上以交替的方式布置。弹性材料层72和金属材料层74因此与阻尼块38的旋转轴线28基本上平行。
图15a示意性地示出了阻尼块38的另一变型的透视图，所述阻尼块由如前所述的两个减振结构36支撑并且还由两个辅助支撑结构76支撑。在图15a至15d中，辅助支撑结构76包括弹性材料层78和金属材料层80。
弹性材料层78和金属材料层80沿阻尼块38的旋转轴线28以交替的方式布置。弹性材料层78和金属材料层80因此与径向方向30基本上平行。
对于图14a至14d和图15a至15d中的两个变型，弹性材料层72、78将阻尼块38与主体18分隔开。具体地在图14a至14d所示的变型中，这通过在金属材料层74和弹性材料层72之间具有小的不匹配来实现。阻尼块38因此仅与弹性材料层72物理接触。
在另一变型中，图15a至15d中的弹性材料层78和金属材料层80的布置可以改变。在另一变型中，辅助支撑结构70、76由环形元件制成。每个环形元件可以包括一层弹性材料和一层金属材料。这些环形元件可以具有一层弹性材料和一层金属材料。这些环形元件可以具有变化的内部直径和外部直径，并且可以组装以形成堆叠以支撑阻尼块38。当弯曲以外的振动模式形式占主导地位时，这些组件特别有益。虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于上面所描述的内容。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要改变。因此，意图是本发明可以仅受所附权利要求的范围限制。
Claims (17)
1.一种可旋转组件(10)，所述可旋转组件的一个端部(12)适于固定到可旋转支撑件以使所述可旋转组件(10)围绕旋转轴线(28)旋转，所述可旋转组件(10)包括：
-具有腔体(56)的主体(18)；
-阻尼块(38)，所述阻尼块布置在腔体(56)内并且能够在径向方向(30)上相对于主体(18)移动，所述径向方向基本上垂直于所述旋转轴线(28)；
-减振结构(36)，所述减振结构布置成相对于主体(18)支撑阻尼块(38)，并且布置成衰减阻尼块(38)在径向方向(30)上相对于主体(18)的振动移动；
其中所述减振结构(36)包括多个弹簧元件(40)；
其中每个弹簧元件(40)均具有平坦的外观，
其中所述弹簧元件(40)包括具有与频率相关的弹性模量的材料；和
其中所述可旋转组件(10)构造成使得如果可旋转组件(10)的振动频率从4530Hz变化5％，弹簧元件(40)的弹性模量将改变以与可旋转组件(10)的改变的振动频率相匹配。
2.根据权利要求1所述的可旋转组件(10)，其中，每个弹簧元件(40)在径向方向(30)上的宽度是所述弹簧元件(40)沿旋转轴线(28)的厚度的至少30倍。
3.根据权利要求1所述的可旋转组件(10)，其中，每个弹簧元件(40)在径向方向(30)上的宽度是所述弹簧元件(40)沿旋转轴线(28)的厚度的至少50倍。
4.根据权利要求1所述的可旋转组件(10)，其中，每个弹簧元件(40)在径向方向(30)上的宽度是所述弹簧元件(40)沿旋转轴线(28)的厚度的至少100倍。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述多个弹簧元件(40)中的一个或多个在径向方向(30)上具有变化的延伸部。
6.根据权利要求5所述的可旋转组件(10)，其中，当沿所述旋转轴线(28)观察时，所述多个弹簧元件(40)中的一个或多个具有椭圆形或多边形外观。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述减振结构(36)在不同的径向方向(30)上具有不同的刚度。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，弹簧元件(40)包括粘弹性材料，并且其中阻尼块(38)的共振频率与弹簧元件(40)的材料的弹性模量的平方根成比例。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，阻尼块(38)的共振频率表达为：
10.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述可旋转组件(10)构造成使得至少一个弹簧元件(40)能够添加到减振结构(36)或从所述减振结构移除以相应地减小或增加减振结构(36)在径向方向(30)上的刚度。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述减振结构(36)包括多个金属板(42)，其中所述金属板(42)和所述弹簧元件(40)以交替的方式布置。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述可旋转组件还包括至少一个辅助支撑结构(70、76)，所述至少一个辅助支撑结构布置成将阻尼块(38)与主体(18)分隔开，其中每个辅助支撑结构(70、76)均包括沿旋转轴线(28)或沿径向方向(30)交替布置的弹性材料层(72、78)和金属材料层(74、80)。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述可旋转组件还包括夹紧机构，所述夹紧机构布置成沿着旋转轴线(28)压缩或解除压缩减振结构(36)。
14.根据权利要求13所述的可旋转组件(10)，其中，所述夹紧机构包括蜗杆传动装置(44)。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，除了阻尼块(38)之外，所述可旋转组件还包括至少一个附加的阻尼块(66)，其中所述阻尼块和所述附加的阻尼块具有独特的重量。
16.根据权利要求15所述的可旋转组件(10)，其中，除了减振结构(36)之外，所述可旋转组件还包括至少一个附加的减振结构(68)，其中所述阻尼块、所述附加的阻尼块和所述附加的减振结构(68)交替地布置。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的可旋转组件(10)，其中，所述可旋转组件(10)是加工杆组件，并且所述主体(18)是加工杆本体。
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