一種自適應調頻式動力吸振器的製造方法

2023-05-30 16:40:41 2

一種自適應調頻式動力吸振器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種自適應調頻式動力吸振器，屬于振動噪聲控制【技術領域】。吸振器包括步進電機、轉盤、連杆、導杆、調整質量塊、固定質量塊、步進電機控制系統、彈性元件、接線端子、上下底板、接線端子、直線軸承、銷軸、螺母及外殼。由轉盤、連杆、導杆及嵌入外殼的直線軸承組成連杆系統，步進電機通過步進電機控制系統控制電機的轉向及步長，驅動轉盤轉動，轉盤轉動帶動連杆系統工作使導杆在直線軸承軸向上運動，實現調節導杆的長度即改變了吸振器的剛度單元，達到調頻的目的。本發明可自主跟蹤被控對象轉速變化自動調節吸振器的頻率，確保被控設備在變工況或轉速漂移時的吸振效果。
【專利說明】一種自適應調頻式動力吸振器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種動力吸振器，屬于振動噪聲控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002]目前減振降噪受到廣泛的關注及重視，為降低旋轉設備的振動噪聲採取了很多減振措施，取得了一定的控制效果，但從實測數據發現還存在強線譜，而動力吸振器是降低或消除線譜的有效手段，故其受到國內外廣泛的研究，也得到廣泛的應用。
[0003]動力吸振器要取得最佳的吸振效果，需要滿足吸振器的自身設計頻率與被控強線譜頻率完全吻合，當吸振器的自身設計頻率與被控線譜頻率偏離時吸振效果將大打折扣。實際工程應用中，會出現彈性元件的剛度及吸振器的質量與設計值出現偏差，常規辦法為通過調整吸振器的質量來實現調節吸振器的設計頻率，需要對質量塊進行二次加工，增加設計周期及設計成本。同時旋轉設備在正常工作時轉速會出現小範圍的波動，導致吸振器的設計頻率與激勵頻率偏離，影響吸振效果。
[0004]目前，國內所設計的吸振器為實現吸振器的設計頻率可調而設計了半主動式吸振器。有設計師通過調節吸振器內的電磁剛度來改變吸振器的設計頻率，
[0005]但是它會帶來電磁幹擾性問題及需要提供大電源設備，附屬設備複雜同時電磁剛度容易出現非線性，控制較為困難。不滿足調頻結構簡單及可靠性要求。


【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種自適應調頻式動力吸振器，可自主跟蹤被控對象轉速變化自動調節吸振器的頻率，確保被控設備在變工況或轉速漂移時的吸振效果。
[0007]一種自適應調頻式動力吸振器，包括步進電機、連杆組件、調整質量塊、固定質量塊、螺母、步進電機控制系統、彈性元件、接線端子、上面板、下底板、直線軸承I1、直線軸承
II1、連杆銷軸、轉盤銷軸、銷軸螺母和外殼，其中，所述連杆組件包括轉盤、連杆、導杆和嵌入外殼的直線軸承I;
[0008]其整體連接關係為:上面板和下底板將外殼的上下兩個開口端封閉形成一個密閉空腔，步進電機固定在下底板的中心位置上且位於密閉空腔內，步進電機控制系統通過彈性元件固定在下底板上，彈性元件可降低設備振動對步進電機控制系統的振動，確保控制系統可靠工作，接線端子固定連接在外殼上，步進電機控制系統通過接線與接線端子和步進電機連接；轉盤與步進電機的輸出軸固定連接，連杆的一端與轉盤活動連接，調整質量塊、固定質量塊及導杆通過兩個螺母固定後組成一個整體，導杆穿過嵌入到外殼的直線軸承內，導杆能夠在直線軸承I內軸向運動，導杆穿過直線軸承I的一端與連杆的另一端活動連接。
[0009]進一步的，所述導杆為圓柱狀結構，保證動力吸振器沿導杆徑向任意方向均具有一致的剛度。
[0010]進一步的，由導杆及調整質量塊和固定質量塊組成的懸臂式動力吸振器數量與安裝位置根據減振需求自由組合。
[0011]進一步的，所述轉盤為圓盤或杆式結構；
[0012]進一步的，所述連杆的一端通過直線軸承II1、轉盤銷軸和銷軸螺母與轉盤活動連接；
[0013]進一步的，所述導杆穿過直線軸承I的一端通過直線軸承I1、連杆銷軸和銷軸螺母與連杆的另一端活動連接。
[0014]工作原理:所述步進電機控制系統包含步進電機驅動模塊、轉速採集模塊及單片機控制模塊；外界設備轉速通過接線端子與轉速採集模塊連接，轉速採集模塊採集到安裝設備的轉速後，為單片機控制模塊提供輸入信號，單片機控制模塊解析出設備的運轉頻率後結合導杆不同有效長度對應的吸振頻率，計算出步進電機的工作方向及步長，輸出給步進電機驅動模塊驅動步進電機工作。步進電機通過步進電機控制系統控制步進電機的轉向及步長，步進電機驅動轉盤轉動，轉盤轉動帶動連杆系統工作使導杆在直線軸承軸向上運動，實現調節導杆的長度即改變了吸振器系統的剛度單元，達到自適應調頻的目的。
[0015]調頻原理:依據徑向簡化頻率方程CO1=扭! / (ml:) (E為材料彈性模量，I為導杆截面慣性矩，m為質量塊質量，L為質量塊質心距離導杆固定端的距離)知，想要改變吸振器的頻率主要可以通過調整質量m及導杆徑向有效長度L。當材料已選定時，參數E不變；導杆不變時，參數I不變；當初始調整質量塊確定後，整體質量已定，質量m不變；通過連杆系統調節導杆的有效距離L，從而改變頻率。
[0016]自適應原理:單片機控制模塊解析設備實時轉速得到吸振器的頻率，單片機控制模塊查詢出導杆有效長度對應不同吸振頻率，得出步進電機的工作方向及步長，輸出給步進電機驅動模塊驅動步進電機工作，來驅動連杆系統動作改變導杆有效長度實現吸振器調頻，達到能夠實時跟蹤設備轉速變化來自適應調整吸振器頻率的目的。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發明中的吸振器質量單元由導杆上的集中質量、調整質量塊和固定質量塊組成的整體質量M。調整質量塊可以根據所設計的吸振器頻率初始改變調整質量塊的重量；同時在導杆外端攻有螺紋，通過雙螺母將固定質量塊、調整質量塊與導杆固定，既具有防松功能又使得動力吸振器拆裝方便。
[0019]2、本發明中的連杆組件主要是通過連杆原理來改變導杆的有效長度，即改變吸振器導杆的剛度實現調頻。其中，直線軸承確保銷軸運轉順暢，減少摩擦；導杆通過轉盤銷軸、銷軸螺母及直線軸承將導杆與連杆連接，其中直線軸承確保銷軸運轉順暢，減少摩擦；導杆安裝在嵌入外殼上的直線軸承上，保證導杆的軸向運動；轉盤與步進電機輸出軸固定，步進電機工作驅動連杆系統動作，實現調節導杆的長度來改變吸振頻率的功能。
[0020]3、本發明在外殼上嵌入了 4個直線軸承，直線軸承處即為吸振器的支點，由支點到整體質量塊的距離為有效導杆長度L。同時可根據吸振器的安裝空間及質量比任意組合導杆及整體質量M系統，布置靈活、通用程度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的自適應調頻式動力吸振器主剖視圖；
[0022]圖2為本發明的自適應調頻式動力吸振器結構俯視示意圖；
[0023]圖3為調頻式動力吸振器連杆系統原理示意圖；
[0024]其中1-步進電機2-下底板3-彈性元件4-步進電機控制系統5-接線端子6-調整質量塊7-固定質量塊8-螺母9-導杆10-直線軸承I 11-連杆12-銷軸螺母13-轉盤14-外殼15-上面板16-直線軸承II 17-連杆銷軸18-直線軸承III 19-轉盤銷軸。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0026]如附圖1所示，包括步進電機1、連杆組件、調整質量塊6、固定質量塊7、螺母8、步進電機控制系統4、彈性元件3、接線端子5、上面板15、下底板2、直線軸承II 16、直線軸承III 18、連杆銷軸17、轉盤銷軸19、銷軸螺母12和外殼14，其中，所述連杆組件包括轉盤13、連杆11、導杆9和嵌入外殼的直線軸承I 10 ；
[0027]其整體連接關係為:上面板15和下底板2將外殼14的上下兩個開口端封閉形成一個密閉空腔，步進電機I固定在下底板2的中心位置上且位於密閉空腔內，步進電機控制系統4通過彈性元件3固定在下底板2上，彈性元件3可降低設備振動對步進電機控制系統4的振動，確保控制系統可靠工作，接線端子5固定連接在外殼14上，步進電機控制系統4通過接線與接線端子5和步進電機I連接；轉盤13與步進電機I的輸出軸固定連接，連杆11的一端通過直線軸承III18、轉盤銷軸19和銷軸螺母12與轉盤13活動連接，調整質量塊6、固定質量塊7及導杆9通過兩個螺母8固定後組成一個整體，導杆9穿過嵌入到外殼14的直線軸承10內，導杆9能夠在直線軸承I 10內軸向運動，導杆9穿過直線軸承I 10的一端通過直線軸承II 16、連杆銷軸17和銷軸螺母12與連杆11的另一端活動連接。
[0028]所述步進電機控制系統4包含步進電機驅動模塊、轉速採集模塊及單片機控制模塊；外界設備轉速通過接線端子5與轉速採集模塊連接；由調整質量塊6、固定質量塊7及導杆9端部的集中質量組成整體質量M，其中調整質量塊6可根據設計對象特性設計一個初始質量，轉速採集模塊採集到安裝設備的轉速後，為單片機控制模塊提供輸入信號，單片機控制模塊解析出設備的運轉頻率後結合導杆9不同有效長度對應的吸振頻率，計算出步進電機I的工作方向及步長，輸出給步進電機驅動模塊驅動步進電機I工作。通過步進電機I驅動連杆系統工作來改變導杆9的有效長度達到調頻目的。
[0029]具體的安裝步驟如下:
[0030]a)將步進電機I固定在下底板2上，同時將步進電機控制系統4通過彈性元件3固定在下底板2上，連接步進電機控制系統4、接線端子5及步進電機I之間的接線，同時將外殼14與下底板2固定；
[0031]b)將轉盤13與步進電機I的輸出軸連接，將直線軸承III 18嵌入到連杆11和轉盤13之間實現定位，用轉盤銷軸19和銷軸螺母12將連杆11和轉盤13固定，同時確保連杆11和轉盤13能夠自由轉動無卡滯線現象；
[0032]c)將調整質量塊6、固定質量塊7及導杆9用兩個螺母8固定，組成一個整體，同時將組合好的導杆9穿過嵌入到外殼14的直線軸承I 10內，導杆9能夠在直線軸承I 10內軸向運動無卡滯現象；
[0033]d)將穿過直線軸承I 10內的導杆9通過直線軸承II 16、連杆銷軸17和銷軸螺母12與已固定在轉盤13上的連杆11固定，同時確保導杆9和連杆11能夠自由轉動無卡滯線現象；
[0034]e)將上面板15與外殼14固定，形成吸振器的整體。
[0035]如附圖2所示，整個自適應調頻式動力吸振器最多可以安裝4個懸臂式的組合動力吸振器，可以根據吸振器的安裝空間及質量比任意組合懸臂式的組合動力吸振器的數目與位置，布置靈活、通用程度高。
[0036]如附圖3所示，通過步進電機I實現轉盤14不同方向的轉動，帶動連杆12及導杆9在直線軸承I 10上運動，通過改變α大小，來調整吸振器導杆有效長度L即改變吸振器的有效剛度，從而實現調節吸振器頻率的功能。
[0037]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，步進電機(I)、連杆組件、調整質量塊(6)、固定質量塊(7)、螺母(8)、步進電機控制系統(4)、彈性元件(3)、接線端子(5)、上面板(15)、下底板(2)、直線軸承II (16)、直線軸承III (18)、連杆銷軸(17)、轉盤銷軸(19)、銷軸螺母(12)和外殼(14)，其中，所述連杆組件包括轉盤(13)、連杆(11)、導杆(9)和嵌入外殼(14)的直線軸承I (10)； 其整體連接關係為:上面板(15)和下底板(2)將外殼(14)的上下兩個開口端封閉形成一個密閉空腔，步進電機(I)固定在下底板(2)的中心位置上且位於密閉空腔內，步進電機控制系統(4)通過彈性元件(3)固定在下底板(2)上，接線端子(5)固定連接在外殼(14)上，步進電機控制系統⑷通過接線與接線端子(5)和步進電機⑴連接；轉盤(13)與步進電機(I)的輸出軸固定連接，連杆(11)的一端與轉盤(13)活動連接，調整質量塊￠)、固定質量塊(7)及導杆(9)通過兩個螺母(8)固定後組成一個整體，導杆(9)穿過嵌入到外殼(14)的直線軸承(10)內，導杆(9)能夠在直線軸承I (10)內軸向運動，導杆(9)穿過直線軸承I (10)的一端與連杆(11)的另一端活動連接。
2.如權利要求1所述的自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，所述步進電機控制系統(4)包含步進電機驅動模塊、轉速採集模塊及單片機控制模塊；外界設備轉速通過接線端子(5)與轉速採集模塊連接；轉速採集模塊採集到安裝設備的轉速後，為單片機控制模塊提供輸入信號，單片機控制模塊解析出設備的運轉頻率後結合導杆(9)不同有效長度對應的吸振頻率，計算出步進電機(I)的工作方向及步長，輸出給步進電機驅動模塊驅動步進電機⑴工作。
3.如權利要求1或2所述的自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，所述導杆(9)為圓柱狀結構。
4.如權利要求3所述的自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，所述連杆(11)的一端通過直線軸承III (18)、轉盤銷軸(19)和銷軸螺母(12)與轉盤(13)活動連接。
5.如權利要求3所述的自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，所述導杆(9)穿過直線軸承I (10)的一端通過直線軸承II (16)、連杆銷軸(17)和銷軸螺母(12)與連杆(11)的另一端活動連接。
6.如權利要求1或2所述的自適應調頻式動力吸振器，其特徵是，由導杆(9)及調整質量塊(6)和固定質量塊(7)組成的懸臂式動力吸振器數量與安裝位置根據減振需求自由組口 ο
【文檔編號】F16F15/00GK104154172SQ201410344073
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】劉記心, 李強, 張針粒, 餘永豐, 譚海濤, 周劉彬 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所