CN115789155A - 一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置，属于振动噪声控制技术领域。装置包括径向夹持件、弹簧片、螺杆、质量块和螺栓；径向夹持件与弹簧片的一端紧固连接，弹簧片嵌入质量块的导向方槽中，螺杆依次穿过弹簧片与径向夹持件连接端上的螺纹孔以及下端质量块上的螺纹孔后与弹簧片另一端上的过孔间隙配合；吸振装置通过径向夹持件与管路、轴系动力模块固定连接，通过旋转螺杆控制质量块在弹簧片上相对滑动调整动力吸振装置的刚度参数，实现吸振频率的可控。本发明能够实现吸振频率的在线精确微调，使得吸振性能达到最大化，同时具有调频快捷、调频范围宽、调频无需拆装、操作简单、安装方便的特点。

Description

一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置

技术领域

本发明属于振动噪声控制技术领域，具体涉及一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置。

背景技术

随着人们对于生活工作环境要求的提高以及军用舰艇对于隐身性能的进一步追求，管路、轴系系统的振动噪声问题显得越发突出。一般而言，管路系统常因激励设备(泵、电机等)的振动以及管道内部流体的流动等产生振动，轴系系统常因轴系结构运转不平衡、轴心轨迹不对中导致在临界转速共振处产生振动。剧烈的振动以及振动造成的噪声不仅会降低仪器设备的精度、机械零件的寿命，更严重的振动甚至会对机械结构产生破坏，严重危害人们生命财产安全。因此，减小有害振动对于工业生产以及军事国防都有着十分重要的意义。

目前对管路系统的控制方法主要有改变管路的形状、增加管子的卡箍、安装吸振装置等方法，其中动力吸振装置是一种对安装条件依赖相对较少的被动减振方法，它能有效解决管路、轴系系统的振动问题。动力吸振装置是采用附加的子系统来改变需减振的结构或系统(统称为主系统)的振动状态，通过振动能量的重新分配将振动能量从主系统转移到子系统上从而实现减振目的。

动力吸振装置应用的关键是需要其固有频率和设备激励频率非常接近甚至相同时，减振效果才明显，理想条件下可完全抵消振源振动；然而对于不同的管路、轴系系统，与之对应的激励频率范围宽，这便带来了动力吸振装置型号各异、备件较多的弊端；同时设备在运行过程中，由于摩擦、磨损等原因，其激励频率会发生小范围的偏移，这就需要进行现场调试，实现动力吸振装置性能的充分发挥。对此，有研究人员提出了变刚度、变质量动力吸振装置，通过调节弹簧的有效长度和更换质量块来达到可调频的目的，但是现有的可调频动力吸振装置存在着调节精度不高、调频不稳定、调频范围窄、调频需拆装、调频速度慢以及对调控人员要求高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置，能够实现振动测试过程中吸振频率的在线精确微调，使得吸振性能达到最大化，同时具有调频快捷、调频范围宽、调频无需拆装、操作简单、安装方便的特点，可以有效实现对不同管路、轴系动力模块的吸振减振降噪。

一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置，包括径向夹持件、弹簧片、螺杆、上端质量块、下端质量块和螺栓；

所述径向夹持件与弹簧片的一端紧固连接，所述弹簧片水平嵌入上端质量块和下端质量块上下固定后形成的导向方槽中，所述螺杆依次穿过弹簧片与径向夹持件连接端上的螺纹孔以及下端质量块上的螺纹孔后与弹簧片另一端上的过孔间隙配合；所述吸振装置通过径向夹持件与管路、轴系动力模块固定连接，通过旋转螺杆控制上下端质量块在弹簧片上相对滑动调整动力吸振装置的刚度参数，实现吸振频率的可控。

进一步地，所述径向夹持件由两个半环结构组成，半环结构的两端沿径向延伸出连接法兰，法兰上开有螺纹通孔，螺纹通孔与螺栓螺母配合用于两个半环结构之间的紧固连接；半环结构的顶部延伸出连接部，连接部上开有螺纹孔，螺纹孔与螺栓螺母配合与弹簧片进行固定连接，螺纹通孔与螺纹孔的轴线平行。

进一步地，所述弹簧片由两个矩形的固定块和两根导向梁组成，两根导向梁的两端同时连接固定块，两根导向梁互相平行；其中一个固定块上开有用于连接径向夹持件的螺纹通孔，与螺纹通孔轴线垂直方向上设置有用于卡扣连接螺杆的阶梯孔，螺杆与阶梯孔配合的同时通过卡扣实现锁紧和解锁，另一个固定块上设置有与阶梯孔轴线重合的通孔并与螺杆连接，实现螺杆的定位和夹紧。

进一步地，所述下端质量块在安装平面上设置有两个互相平行的滑槽，滑槽截面为方形；两个平行的滑槽之间具有一个半圆柱形的凸起结构，在凸起结构上设置用于与螺杆进行螺纹连接的螺纹通孔。

进一步地，所述上端质量块在安装平面上设置半圆柱形凹槽，半圆柱形凹槽与下端质量块的凸起结构互相贴合，上端质量块和下端质量块固定连接形成一个整体后共同在弹簧片的导向梁上滑动。

本发明还提供了一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置的调节方法，首先在弹簧片上标注上端质量块和下端质量块在不同位置时所对应的吸振频率，其次根据动力模块运行的激励频率确定吸振频率，最后旋转螺杆进行调节，将上下端质量块调节到相应刻度位置。

有益效果：

1、本发明的吸振装置包括径向夹持件、弹簧片、螺杆、上端质量块、下端质量块和螺栓，螺杆依次穿过弹簧片与径向夹持件连接端上的螺纹孔以及下端质量块上的螺纹孔后与弹簧片另一端上的过孔间隙配合，通过旋转螺杆改变上下端质量块的相对位置，无需拆装质量块，可进行吸振频率的在线精确微调，调频简便，有效实现动力吸振装置频率在线调节的功能。

2、本发明在进行吸振频率的过程中只需改变上、下端质量块在弹簧片上的相对位置，因此，上下端质量块所处位置的多样性与螺杆长度有关，故动力吸振装置具有调频范围宽的特点，改变相对位置即可改变吸振频率，使得装置具有调频快捷的特点。

3、本发明的弹簧片由两个矩形的固定块和两根导向梁组成，两根导向梁的两端同时连接固定块，两根导向梁互相平行；其中一个固定块上开有用于连接径向夹持件的螺纹通孔，与螺纹通孔轴线垂直方向上设置有用于卡扣连接螺杆的阶梯孔，螺杆与阶梯孔配合的同时通过卡扣实现锁紧和解锁，卡扣替代螺母对螺杆进行锁紧，避免了装置在调节过程中反复松紧螺母再旋转螺杆的繁琐操作，提高了调节效率。

4、本发明的下端质量块在安装平面上设置有两个互相平行的滑槽，滑槽截面为方形；弹簧片的导向梁嵌入滑槽中，对下端质量块进行导向作用，能够防止下端质量块相对于轴线转动，该结构可以实现下端质量块沿着弹簧片进行稳定的直线运动；两个平行的滑槽之间具有一个圆弧形的凸起结构，在凸起结构上设置用于与螺杆进行螺纹连接的螺纹通孔，能够精确的把螺杆的旋转运动转变为下端质量块的直线运动，改变下端质量块的相对位置，实现吸振频率的精确微调。

5、本发明的上端质量块的半圆形凹槽和下端质量块的凸起结构相互贴合连接，方便定位安装，操作简单，保证了上、下端质量块作为一个整体进行滑动，能够增强调节过程的稳定性。

6、本发明的吸振装置能够将管路、轴系动力模块的振动进行大幅度抑制，从而减小管路、轴系传递到基座的振动，提高系统的耐久性，增强与基座相连的外壳体的声隐身性能。

附图说明

图1是本发明实施例的在线调频的管路、轴系动力吸振装置三维结构示意图；

图2是本发明实施例的在线调频的管路、轴系动力吸振装置三维结构爆炸示意图；

图3是本发明实施例的在线调频的管路、轴系动力吸振装置正视图；

图4是本发明实施例中弹簧片的结构剖面示意图；

图5是本发明实施例中径向夹持件的结构示意图；

图6是本发明实施例中上端质量块的结构示意图；

图7是本发明实施例中下端质量块的结构示意图。

其中，1-径向夹持件，2-螺杆，3-弹簧片，4-上端质量块，5-下端质量块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置，吸振装置包括径向夹持件1、弹簧片3、螺杆2、上端质量块4、下端质量块5以及螺栓螺母，上述零件之间的连接关系为：径向夹持件1与弹簧片3进行紧固连接，弹簧片3与螺杆2进行连接并嵌入下端质量块5的方槽中，下端质量块5的螺纹孔穿过螺杆并与上端质量块4紧固连接。图3则可以看出在线调频的管路、轴系动力吸振装置各零件的相对位置关系。以上为本实施例的整体特征，下面为各零件的详细特征：

图4显示了本实施例中弹簧片3的结构剖面示意图，可以看到弹簧片3一端开有两个螺纹通孔以及阶梯孔，另一端设置有与阶梯孔轴线重合的通孔。由于在线调频的管路、轴系动力吸振装置通常在动载荷环境下工作，弹簧片3采用了弹性较好而且屈服强度较高的弹簧钢材料，具体地，弹簧片3整体形状由两端的矩形固定块和中间两根导向梁构成，右侧固定块上两个螺纹通孔直径为5mm，阶梯孔直径分别为8mm、10mm，阶梯孔深度分别为11mm、7mm，左侧固定块上的通孔直径为6mm，导向梁的厚度、宽度，长度分别为3mm、7mm、120mm。

图5显示了本实施例中径向夹持件1的结构示意图，径向夹持件由两个半环结构组成，半环结构的两端沿径向延伸出连接法兰，法兰上开有螺纹通孔，螺纹通孔与螺栓螺母配合用于两个半环结构之间的紧固连接；半环结构的顶部延伸出连接部，连接部上开有螺纹孔，螺纹孔与螺栓螺母配合与弹簧片进行固定连接，螺纹通孔与螺纹孔的轴线平行径向夹持件1上开有四个螺纹孔，且其轴线方向平行，其中两个螺纹通孔与螺栓螺母配合用于一对径向夹持件之间的紧固连接，另外两个螺纹孔与螺栓螺母配合与弹簧片3进行固定连接，从而使管路、轴系动力模块的振动能量可以传递到动力吸振装置上，来达到减振的效果。由于管路、轴系动力模块需要吸振器结构的质量尽可能小，所以径向夹持件1选用密度较小的铝合金材料，具体地，所述径向夹持件1的内环弧面半径为20mm，外环弧面半径为24mm，与弹簧片3连接的螺纹孔直径为5mm，用于一对所述径向夹持件之间连接的螺纹孔直径为6mm，同时为了保证径向夹持件1能够很稳定的对管路、轴系动力模块进行装夹，所述径向夹持件1的内环弧面要略小于半圆的弧面。

图6显示了本实施例中上端质量块4的结构示意图，所述上端质量块4设置有两个螺纹通孔用于与下端质量块5紧固连接，同时设置有半圆形通孔与下端质量块5贴合连接。所述上端质量块4的材料为45号钢，具体地，两个螺纹通孔的直径为6mm，半圆形通孔半径、深度分别为6mm、30mm。

图7显示了本实施例中下端质量块5的结构示意图，下端质量块5设置有两个平行的滑槽，滑槽截面为方形，弹簧片3的导向梁可以嵌入滑槽中，对所述下端质量块5进行导向和限位作用，该滑槽结构可以实现下端质量块5沿着弹簧片进行稳定的直线运动，在所述下端质量块5设置有半圆柱形凸起，使得其能够与上端质量块4贴合连接，方便定位和安装，同时在两个平行的滑槽之间设置有螺纹通孔用于与螺杆进行螺纹连接，可以精确的把螺杆的旋转运动转变为下端质量块的直线运动。下端质量块5的材料为45号钢，具体地，两个螺纹通孔的直径为6mm，两个方形滑槽的长度、宽度、高度分别为30mm、7mm、3mm，中间与螺杆2连接的螺纹孔直径为6mm，半圆柱凸起的半径为6mm。

本发明实施例动力吸振装置的调频原理如下：

根据吸振装置简化频率方程

(E为材料弹性模量，I为弹簧片截面惯性矩，M为上下端质量块的质量，L为上下端质量块质心距离弹簧片固定端的距离)可知，材料已选定时，参数E不变，弹簧片选定时，参数I不变，上下端质量块选定时，质量M不变，由于上下端质量块可以沿着弹簧片3进行直线移动，即上下端质量块可以处于螺杆2上的任一位置，从而L可调节，以此调整动力吸振装置的刚度参数，实现吸振频率的可控性。参数L调节的精确度取决于螺纹的螺距，由于螺纹的螺距很小，可以实现吸振频率的在线精确微调。

本实施例动力吸振装置的具体装配步骤如下：

(1)使用螺栓螺母把一对径向夹持件1进行固定连接；

(2)使用螺栓螺母把弹簧片3一端与径向夹持件1进行紧固连接；

(3)再将弹簧片3的导向梁嵌入到下端质量块5的滑槽中，与此同时将螺杆2依次穿过弹簧片3右端矩形固定块的阶梯孔、下端质量块4的螺纹孔、弹簧片3左端矩形固定块的通孔，并与弹簧片进行卡扣连接；

(4)最后使用螺栓螺母将上端质量块4与下端质量块5进行紧固连接。

本实施例中动力吸振装置的使用方法如下：

首先根据管路、轴系动力模块运行的激励频率确定吸振频率，其次确定吸振频率在弹簧片上所标注的位置，即上下端质量块所处的位置，然后旋转螺杆控制上下端质量块移动到对应位置，最后将在线调频的管路、轴系动力吸振装置与管路、轴系动力模块连接，使得管路、轴系动力模块的振动能量传递到动力吸振装置上，来达到减振的效果。在实际振动测试过程中，若有一定误差，可进一步微调上下端质量块在弹簧片上的位置，即通过改变吸振装置的固有频率使其与管路、轴系动力模块的激励频率尽可能相同，实现了振动测试过程中吸振频率的在线精确微调，具有调频快捷、调频范围宽、调频无需拆装、操作简单、安装方便的特点，适用于不同管路、轴系动力模块工作频率下的减振工作，可以提高系统的可靠性和耐久性，并增强与基座相连的外壳体声隐身性能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置，其特征在于，包括径向夹持件、弹簧片、螺杆、上端质量块、下端质量块和螺栓；

所述径向夹持件与弹簧片的一端紧固连接，所述弹簧片水平嵌入上端质量块和下端质量块上下固定后形成的导向方槽中，所述螺杆依次穿过弹簧片与径向夹持件连接端上的螺纹孔以及下端质量块上的螺纹孔后与弹簧片另一端上的过孔间隙配合；所述吸振装置通过径向夹持件与管路、轴系动力模块固定连接，通过旋转螺杆控制上下端质量块在弹簧片上相对滑动调整动力吸振装置的刚度参数，实现吸振频率的可控。

2.如权利要求1所述的在线调频的管路、轴系动力吸振装置，其特征在于，所述径向夹持件由两个半环结构组成，半环结构的两端沿径向延伸出连接法兰，法兰上开有螺纹通孔，螺纹通孔与螺栓螺母配合用于两个半环结构之间的紧固连接；半环结构的顶部延伸出连接部，连接部上开有螺纹孔，螺纹孔与螺栓螺母配合与弹簧片进行固定连接，螺纹通孔与螺纹孔的轴线平行。

3.如权利要求1所述的在线调频的管路、轴系动力吸振装置，其特征在于，所述弹簧片由两个矩形的固定块和两根导向梁组成，两根导向梁的两端同时连接固定块，两根导向梁互相平行；其中一个固定块上开有用于连接径向夹持件的螺纹通孔，与螺纹通孔轴线垂直方向上设置有用于卡扣连接螺杆的阶梯孔，螺杆与阶梯孔配合的同时通过卡扣实现锁紧和解锁，另一个固定块上设置有与阶梯孔轴线重合的通孔并与螺杆连接，实现螺杆的定位和夹紧。

4.如权利要求1所述的在线调频的管路、轴系动力吸振装置，其特征在于，所述下端质量块在安装平面上设置有两个互相平行的滑槽，滑槽截面为方形；两个平行的滑槽之间具有一个半圆柱形的凸起结构，在凸起结构上设置用于与螺杆进行螺纹连接的螺纹通孔。

5.如权利要求3或4所述的在线调频的管路、轴系动力吸振装置，其特征在于，所述上端质量块在安装平面上设置半圆柱形凹槽，半圆柱形凹槽与下端质量块的凸起结构互相贴合，上端质量块和下端质量块固定连接形成一个整体后共同在弹簧片的导向梁上滑动。

6.一种在线调频的管路、轴系动力吸振装置的调节方法，该方法基于权利要求1所述的动力吸振装置实现，其特征在于，首先在弹簧片上标注上端质量块和下端质量块在不同位置时所对应的吸振频率，其次根据动力模块运行的激励频率确定吸振频率，最后旋转螺杆进行调节，将上下端质量块调节到相应刻度位置。

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