CN107387652B - 一种推进轴系分布式主动减振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种推进轴系分布式主动减振器，包括限位弹簧、超磁致伸缩惯性作动器、三角法兰盘、四点接触球轴承，能同时承受径向力和双向轴向力的四点接触球轴承外圈与三角法兰盘中心圆孔焊接，内圈与推进轴系联接，在三角法兰盘的三边中间位置分别安装限位弹簧，推进轴系转动时，内圈随轴系转动，而外圈和法兰盘在限位弹簧的固定下无转动，便于超磁致伸缩惯性作动器的安装以及与外部电源、控制器的连接，超磁致伸缩惯性作动器均匀分布在法兰盘三顶角的圆弧段圆心的开孔处，超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆穿入开孔固定。本发明实现原理简单、结构紧凑、安装方便、控制效果好，适用于推进轴系中低频纵向振动和弯曲振动的主动控制。

Description

一种推进轴系分布式主动减振器

技术领域

本发明涉及一种推进轴系主动振动控制领域，更具体地，涉及一种推进轴系分布式主动减振器。

背景技术

轴系用作支持传动零件和传递运动及动力，是机械中必不可少的重要零件，广泛应用于航空航天、船舶、车辆工程、大型设备等工业领域，而轴系振动是影响其正常功能发挥、加剧与其相连结构振动、破坏其安全稳定性的重要因素。以船用推进轴系为例，它连接主机和螺旋桨，在运转过程中会受到许多激扰力的影响，如主机处产生的激励、轴系自重引起的弯曲变形、螺旋桨在船艉不均匀流场中旋转产生的不均匀激励等，将不可避免的发生轴系振动，不仅会加剧船体振动影响水下辐射噪声，而且有可能导致曲轴和中间轴断裂、弹性联轴器连接螺栓切断、弹性元件碎裂、传动齿轮面点蚀和齿断裂、凸轮轴断裂等破坏效应，使轴系完全丧失传动功能，进而影响整个机械设备的正常运行。因此，减小推进轴系振动对于保障其传动功能正常实现、维持其运行安全稳定以及降低与其相连结构的振动噪声等起至关重要作用。

通过对现有技术的文献检索发现，近年来，关于推进轴系分布式主动减振器相类似的专利鲜有发表，与本发明申请有关的公开资料主要包括：1、新型分布式振动阻尼器的理论和实验研究(《华东船舶工业学院学报2001年2月》)；2、用于无绳电梯的线性推进系统的主动减振器(专利号公开号CN106335834A 2016年07月)；3、用于车辆的主动减振器系统(专利号公开号CN106103145A 2016年11月)。

文献1应用研究了分布式振动阻尼器，对其宽带阻尼放大作用进行了理论计算和多方案的实验验证，结果表明分布式振动阻尼器相对于传统的集中式阻尼器能大大增加振动能量的耗散，减振效果突出。专利1属于采用电梯线性推进系统减振装置，而专利2均属于主动减小汽车车身、车轮和发动机之间振动的装置，在原理、装置结构及应用范围等方面与本专利都存在较大差异。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种推进轴系分布式主动减振器，为推进轴系中低频振动主动控制提供了一种有效的解决方案，安装方便、控制效果好、实用性强，能够有效降低推进轴系中低频纵向振动和弯曲振动。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种推进轴系分布式主动减振器，包括限位弹簧、超磁致伸缩惯性作动器、三角法兰盘、四点接触球轴承，能同时承受径向力和双向轴向力的四点接触球轴承外圈与三角法兰盘中心圆孔焊接，内圈与推进轴系联接，在三角法兰盘的三边中间位置分别安装限位弹簧，推进轴系转动时，内圈随轴系转动，而外圈和法兰盘在限位弹簧的固定下无转动，便于超磁致伸缩惯性作动器的安装以及与外部电源、控制器的连接，超磁致伸缩惯性作动器均匀分布在法兰盘三顶角的圆弧段圆心的开孔处，超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆穿入开孔固定。

超磁致伸缩惯性作动器以120°角均布在三角法兰盘各顶弧圆心开孔处，作动器与法兰盘盘面保持垂直，其输出顶杆穿入开孔由上下两枚螺母固定，三个超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆分别出力时，产生纵向控制力和纵向面内力矩。

在控制器控制、电源供电的条件下，位于法兰盘顶弧圆心处的三个超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆分别出力，通过控制器控制分别调整三个作动器出力大小，在产生纵向控制力的同时，还产生任意纵向面内力矩，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而起到同时减小推进轴系纵向振动和弯曲振动的作用。

适用于推进轴系中低频纵向振动和弯曲振动的主动控制。

四点接触球轴承还包括滚珠，滚珠与内外圈两侧接触角均为35°，能承受径向载荷和双向轴向载荷。

在四点接触球轴承基座处设置振动传感器，并将采集到的振动信号反馈至控制器，再由控制器内置控制算法调节各超磁致伸缩惯性作动器出力大小，产生最优纵向控制力和纵向面内控制力矩，以达到最大程度主动降低轴系纵向振动和弯曲振动的目的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的推进轴系的分布式主动减振器，由限位弹簧、超磁致伸缩惯性作动器、三角法兰盘、紧固螺母、四点接触球轴承构成。可同时承受径向力和双向轴向力的四点接触球轴承镶嵌在三角法兰盘中心圆孔内，三角法兰盘三条边的中间位置分别安装三条限位弹簧，限位弹簧的另一端可连接其他固定构件，用以限制三角法兰盘的旋转位移，三角法兰盘各顶弧圆心部位分别开有圆形孔，超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆经圆形孔穿过法兰盘盘面，并由法兰盘圆形孔处上下两枚紧固螺母固定，便于超磁致伸缩惯性作动器输出顶杆出力，同时超磁致伸缩惯性作动器通过电路与外部控制器和电源相连。推进轴系转动时，四点接触球轴承内圈与轴系同步转动，而分布式主动减振器的其他构件均无转动，在控制器控制、电源供电的条件下三个超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆分别出力，对推进轴系产生纵向控制力和控制力矩，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而起到主动减小轴系纵向振动和弯曲振动的作用。

本发明通过在四点接触球轴承外圈焊接三角法兰盘，并以120°角均匀分布三个超磁致伸缩惯性作动器，三个超磁致伸缩惯性作动器在外部控制器控制、电源供电的条件下其输出顶杆分别出力，然后通过控制器控制调整三个作动器出力大小，可同时产生纵向控制力和任意纵向面内控制力矩，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而达到既减小推进轴系纵向振动又降低其弯曲振动的目的，适用于推进轴系中低频纵向振动和弯曲振动的主动控制，而且该结构原理简单、安装方便、控制效果好、实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为推进轴系分布式主动减振器立体图；

图2为推进轴系分布式主动减振器主视图；

图3为推进轴系分布式主动减振器侧视图；

图4为推进轴系分布式主动减振器俯视图；

图5为三角法兰盘图；

图6为当三作动器出力不同时，在受控轴系处产生纵向控制力和纵向面内力矩示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的推进轴系分布式主动减振器由限位弹簧1、超磁致伸缩惯性作动器2、三角法兰盘4、紧固螺母5、四点接触球轴承构成，如图1～图6所示。其中四点接触球轴承由内圈6、外圈7、滚珠构成。三角法兰盘呈正三角形，其中心位置开有大圆孔，各顶角圆弧段中心位置开小圆孔，三直边中部位置安装限位弹簧1。

四点接触球轴承由内圈6、外圈7、滚珠构成，滚珠与内外圈两侧接触角均为35°，极限转速比高，可承受径向载荷和双向轴向载荷，轴承内圈与受控推进轴系联接而外圈与三角法兰盘中心内圈焊接，四点接触球轴承的双向轴向承载能力便于作动器控制力的实施。

三角法兰盘4呈正三角形，三顶角改为圆弧段代替以避免应力集中，在法兰盘中心部位开有与四点接触球轴承外圈半径尺寸相同的圆形孔，便于轴承的镶嵌和焊接，在法兰盘面各圆弧段中心位置开小圆孔，用以联接作动器输出顶杆，同时为避免法兰盘和轴承外圈受轴承内圈的影响发生旋转位移，在法兰盘三直边的中部位置分别安装三条限位弹簧使其保持无旋转，以利于紧固在法兰盘上的作动器与外部控制器、电源的电路连接。

超磁致伸缩惯性作动器2以120°角均布在三角法兰盘各顶弧圆心开孔处，作动器与法兰盘盘面保持垂直，其输出顶杆穿入圆孔由上下两枚螺母固定，从而形成分布式作动器，通过外部控制器控制和电源供电作动器输出顶杆出力，由于作动器分布于法兰盘三顶弧圆心开孔处，当三作动器出力不同时，可在受控轴系处产生纵向控制力和纵向面内力矩，如图6所示，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而主动减小轴系纵向振动和弯曲振动。另外，可在推进轴系轴承基座处布置振动传感器，并将采集到的振动信号反馈至控制器，再由控制器内置控制算法调节各作动器出力大小，产生最优纵向控制力和纵向面内控制力矩，以达到最大程度主动降低轴系纵向振动和弯曲振动的目的。

先根据实际需要可将四点接触球轴承安装至受控推进轴系的指定位置，然后将三角法兰盘4套在轴承外圈7上，并将三角法兰盘4中心大圆孔与轴承外圈7焊接。其次安装三角法兰盘上的限位弹簧1。限位弹簧1另一端可与附近固定部件连接，以限制法兰和轴承外圈7受轴承内圈6的影响而转动。最后分别将三个超磁致伸缩惯性作动器2的输出顶杆8穿入法兰盘顶弧中心小圆孔内，并以上下两枚紧固螺母固定顶杆，方便作动器输出顶杆8出力。

同时，超磁致伸缩惯性作动器2需要通过电路与外部控制器、电源、功率放大器、振动传感器相连，以形成闭合的振动控制系统。当推进轴系转动时，将推进轴系轴承基座处振动传感器信号反馈至控制器，再由控制器算法计算作动器最优出力，以电信号形式经功率放大器传输给超磁致伸缩作动器，作动器输出顶杆处理后，对受控推进轴系形成纵向控制力和纵向面内控制力矩，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而同时减小推进轴系纵向振动和弯曲振动。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种推进轴系分布式主动减振器，其特征在于，包括限位弹簧、超磁致伸缩惯性作动器、三角法兰盘、四点接触球轴承，能同时承受径向力和双向轴向力的四点接触球轴承外圈与三角法兰盘中心圆孔焊接，内圈与推进轴系联接，在三角法兰盘的三边中间位置分别安装限位弹簧，推进轴系转动时，内圈随轴系转动，而外圈和法兰盘在限位弹簧的固定下无转动，便于超磁致伸缩惯性作动器的安装以及与外部电源、控制器的连接，超磁致伸缩惯性作动器以120°角均布在三角法兰盘各顶弧圆心开孔处，作动器与法兰盘盘面保持垂直，其输出顶杆穿入开孔并固定，在控制器控制、电源供电的条件下，位于法兰盘顶弧圆心处的三个超磁致伸缩惯性作动器的输出顶杆分别出力，通过控制器控制分别调整三个作动器出力大小，在产生纵向控制力的同时，还产生任意纵向面内力矩，通过超磁致伸缩惯性作动器转移推进轴系的振动能量，从而起到同时减小推进轴系纵向振动和弯曲振动的作用。

2.根据权利要求1所述的推进轴系分布式主动减振器，其特征在于，适用于推进轴系中低频纵向振动和弯曲振动的主动控制。

3.根据权利要求1所述的推进轴系分布式主动减振器，其特征在于，四点接触球轴承还包括滚珠，滚珠与内外圈两侧接触角均为35°，能承受径向载荷和双向轴向载荷。

4.根据权利要求1所述的推进轴系分布式主动减振器，其特征在于，超磁致伸缩惯性作动器通过电路与外部电源、控制器、功率放大器、振动传感器相连，以形成闭合的振动控制系统。

5.根据权利要求1所述的推进轴系分布式主动减振器，其特征在于，在四点接触球轴承基座处设置振动传感器，并将采集到的振动信号反馈至控制器，再由控制器内置控制算法调节各超磁致伸缩惯性作动器出力大小，产生最优纵向控制力和纵向面内控制力矩，以达到最大程度主动降低轴系纵向振动和弯曲振动的目的。