專利名稱：旋轉機械轉子振動控制用磁流變液阻尼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁流變液阻尼器。
電流變液阻尼器和磁流變液阻尼器是利用在外加電場作用下電流變液或磁流變液可作出迅速、可控變化的特性而制成的新型振動控制元件。近年來，已有人研制出用于控制旋轉機械轉子振動的電流變液阻尼器，但研究磁流變液阻尼器用于轉子振動控制的文獻尚未見發(fā)表。已有的用于控制轉子振動的電流變液阻尼器主要由移動板、靜止板、殼體、轉子支承套和電流變液組成。移動板固定于轉子支承套上，靜止板固定于殼體內，與移動板相對并留有一定的間隙。轉子支承套內固定有旋轉機械轉子的軸承。轉子支承套與殼體之間為彈性支承結構，用于給轉子提供定心彈性支承。在軸承和彈性支承結構的共同作用下，轉子支承套只能隨轉子渦動而不旋轉。電流變液充注在移動板和靜止板之間的間隙中。這種電流變液阻尼器的基本工作原理，是通過控制施加在移動板和靜止板上的高電壓，亦即作用在電流變液上的電場強度，來控制電流變液的粘度，從而控制與移動板固定在一起的轉子支承套的渦動阻尼，使轉子的振幅受到控制。由此可見，這種電流變液阻尼器必須采用高壓電源，對絕緣性能要求很高，而且對污染物敏感，因此存在高壓危險性，實際應用難度大。有關電流變液阻尼器的參考文獻可參見《航空動力學報》1996年第11卷第3期265～268頁，題為“電流變阻尼器用于轉子振動控制的實驗研究”的研究論文，或者《Trans.ASME.J.of Vibrationand Acoustics》(美國機械工程師學會會刊—振動與聲學雜志)，1990年第112卷第4期440～443頁，題為“An electroviscous damper for rotorapplications”(一種用于轉子的電流變液阻尼器)的研究論文。
本發(fā)明的目的是提供一種無需高壓電源的旋轉機械轉子振動控制用磁流變液阻尼器。
本發(fā)明是這樣實現的磁流變液阻尼器包括移動板、靜止板、殼體和轉子支承套。移動板固定于轉子支承套上，靜止板固定于殼體內，與移動板相對并留有一定的間隙。轉子支承套內固定有旋轉機械轉子的軸承。轉子支承套與殼體之間為彈性支承結構。在移動板和靜止板之間的間隙中充注有磁流變液。在殼體內固定有線圈，線圈的位置可使通電線圈產生的磁場作用于磁流變液上。本發(fā)明的工作原理如下使線圈通電產生磁場，磁場作用在磁流變液上。根據轉子的轉速適時控制磁場強度，使磁流變液的粘度隨磁場強度的變化而變化。這樣就可控制與移動板固定在一起的轉子支承套的渦動阻尼，從而使支承在轉子支承套上的轉子的振幅受到控制。由于本發(fā)明通過控制電流強度來控制轉子支承套的渦動阻尼，無需以高壓電產生電場，因此可采用低壓電源，降低了阻尼器對絕緣性能的要求。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.由于采用了磁流變液，因此與已有的用于控制轉子振動的電流變液阻尼器相比，產生的阻尼力較大，而且對污染不敏感。2.由于可采用低壓電源，因此控制裝置簡單、安全。
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是本發(fā)明的一種結構原理圖圖2是本發(fā)明的另一種結構原理圖圖3是本發(fā)明的一個具體實施例圖4是對本發(fā)明進行實驗獲得的數據圖。
參見圖1，轉子振動控制用磁流變液阻尼器包括移動板1、靜止板2、殼體3和轉子支承套4。移動板1固定于轉子支承套4上，靜止板2固定于殼體3內，與移動板1相對并留有一定的間隙。轉子支承套4內固定有軸承5。旋轉機械的轉子通過軸承5支承在轉子支承套4上。轉子支承套4與殼體3之間為彈性支承結構6。在軸承5和彈性支承結構6的共同作用下，轉子支承套4只能隨轉子7渦動而不旋轉。在移動板1和靜止板2的間隙中充滿磁流變液8。在殼體3內固定有線圈9，線圈9的位置可使通電線圈產生的磁場作用于磁流變液8上。圖中移動板1和靜止板2均為圓盤狀，當移動板1隨著轉子支承套4渦動時，在移動板1和靜止板2之間的磁流變液8受到剪切作用，從而產生剪切阻力。線圈9為圓筒形，環(huán)繞于移動板1和靜止板2的周邊。根據轉子7的轉速適時控制線圈電流，亦即控制磁場強度，即可改變磁流變液8的粘度，從而改變了剪切阻力，亦即改變了與移動板1固定在一起的轉子支承套4的渦動阻尼，最終起到控制轉子振幅的作用。
圖2所示的結構與圖1所示的結構基本相同，也具有移動板1、靜止板2、殼體3、轉子支承套4、線圈9以及磁流變液8。只是移動板1、靜止板2和線圈9均為圓筒形，而且線圈9位于移動板1和靜止板2的一側。當移動板1隨著轉子支承套4渦動時，在移動板1和靜止板2之間的磁流變液8受到擠壓作用。從而產生擠壓阻力。根據轉子7的轉速適時控制線圈電流，即可改變擠壓阻力，亦即改變了與移動板1固定在一起的轉子支承套4的渦動阻尼，最終起到控制轉子振幅的作用。
圖3是圖1所示結構的一個具體實施例。該實施例具有三個移動板1和兩個靜止板2，板間距為1.5mm，間隙中充滿磁流變液8。靜止板2由間隔環(huán)10、襯板11、鋼套12和殼體端蓋3a固定。移動板1由間隔環(huán)13、14和定位環(huán)15、擋環(huán)16固定于轉子支承套4上。轉子支承套4內固定有兩個軸承5，由間隔環(huán)17、18和螺套19固定。旋轉機械的轉子7通過軸套20支承在軸承5上。軸套20通過鎖緊螺母21(或使用緊定螺釘)與轉子7固聯在一起旋轉。軸套20與軸承5之間通過間隔環(huán)22、23和螺母24固定。轉子支承套4與殼體3之間由彈性桿26和聯接盤27構成的彈性支承結構聯接，其中六根外環(huán)彈性桿和四根內環(huán)彈性桿的一端分別與殼體3和轉子支承套4固連，另一端同時連接到聯接盤上27。彈性支承結構也可采用已有的鼠籠式彈性支座，只要能給軸承5提供定心彈性支承即可。當轉子7轉動時，在軸承5和彈性支承結構的共同作用下，轉子支承套4隨轉子渦動而不旋轉。移動板1跟隨轉子支承套4渦動，與靜止板2和殼體3之間的磁流變液8形成六個相對剪切表面。線圈骨架28固定在殼體3內，其上繞制有線圈9，線圈的端頭由電線引至殼體3外。向線圈9施加電流，即可產生作用在磁流變液8上的磁場。線圈匝數可根據計算確定，應能保證線圈產生足夠的磁場強度來控制磁流變液的粘度。連接于轉子支承套4與殼體3之間的橡膠環(huán)29起密封磁流變液的作用。橡膠環(huán)29被四個鋼環(huán)30壓住，由螺母31、螺釘32固定。
為了使磁流變液對移動板1的阻尼作用在各方向上呈對稱性，本發(fā)明的移動板1、靜止板2、轉子支承套4以及線圈9最好與轉子的軸承5同軸線。這種結構可使通電線圈產生的磁場盡可能均勻地作用在磁流變液8上，使移動板1受到的阻尼作用在各方向上呈對稱性。
本發(fā)明的殼體3、移動板1、靜止板2最好用導磁體制造，如低碳鋼轉子支承套4和用于固定移動板1、靜止板2的零件由非導磁體制造，如本實施例的間隔環(huán)、定位環(huán)、擋環(huán)由鋁合金制成。這樣可將磁場封閉在殼體3內，并且盡可能地使磁力線沿垂直于移動板1表面的方向穿過間隙中的磁流變液8，而不會被用于固定移動板1、靜止板2的零件短路，使線圈產生的磁場盡可能集中地作用在磁流變液上，減少線圈的工作電流。
圖4示出了對圖3的實施例進行的實驗結果。圖中標有0A和0.75A的兩條曲線分別是給磁流變液阻尼器施加0A和0.75A兩種電流時，轉子系統(tǒng)的水平方向的振幅隨轉速的變化情況。當電流為0A時，臨界轉速為1550r/min，而當電流為0.75A時，在轉速為1550r/min時，振幅減小了50％左右，而且出現振幅最大值的臨界轉速也提高到2100r/min，即施加電流可減小系統(tǒng)在臨界轉速處的振幅，并使臨界轉速升高。利用這些特性，可采用簡單的開關控制使轉子系統(tǒng)的振幅在整個工作轉速區(qū)受到控制，即轉子啟動后先施加0.75A電流，這時響應沿0.75A的幅頻響應曲線，到達1800r/min轉速后，切斷電源，則響應沿著0A的幅頻響應曲線。其特性可在瞬間(幾個毫秒內)發(fā)生變化，因而不會造成振蕩響應。本發(fā)明與已有的電流變液阻尼器的控振規(guī)律極為相似。該實驗結果表明(1)本發(fā)明在亞臨界區(qū)和臨界轉速處的控振效果很好。支承在磁流變液阻尼器上的轉子振幅在亞臨界區(qū)和臨界轉速處隨外加磁場強度的增加而減小，而在超臨界區(qū)則隨磁場強度的增大而增大。(2)磁流變液阻尼器的剛度隨施加的磁場強度的增加而增大，表現為系統(tǒng)的臨界轉速隨磁場強度的增加而升高。(3)可以通過選擇性能優(yōu)良的磁流變液，并選用恰當的控制方案(如開關控制)，使阻尼器具有最佳的減振效果，從而達到在全工作轉速區(qū)控制轉子振動的目的。
權利要求
1.一種旋轉機械轉子振動控制用磁流變液阻尼器，包括移動板、靜止板、殼體和轉子支承套，移動板固定于轉子支承套上，靜止板固定于殼體內，與移動板相對并留有一定的間隙，轉子支承套內固定有旋轉機械轉子的軸承，轉子支承套與殼體之間為彈性支承結構，其特征是在移動板和靜止板之間的間隙中充注有磁流變液，在殼體內固定有線圈，線圈的位置可使通電線圈產生的磁場作用于磁流變液上。
2.如權利要求1所述的磁流變液阻尼器，其特征是移動板和靜止板均為圓盤狀，線圈為圓筒形，環(huán)繞于移動板和靜止板的周邊。
3.如權利要求1所述的磁流變液阻尼器，其特征是移動板、靜止板和線圈均為圓筒形，而且線圈位于移動板和靜止板的一側。
4如權利要求2或3所述的磁流變液阻尼器，其特征是移動板、靜止板、轉子支承套以及線圈均與軸承同軸線。
5.如權利要求1、2、3之一所述的磁流變液阻尼器，其特征是殼體、移動板、靜止板用導磁體制造，轉子支承套和用于固定移動板、靜止板的零件由非導磁體制造。
全文摘要
一種旋轉機械轉子振動控制用磁流變液阻尼器,包括移動板、靜止板、殼體和轉子支承套,轉子支承套內固定有旋轉機械轉子的軸承,轉子支承套與殼體之間為彈性支承結構。在移動板和靜止板之間的間隙中充注有磁流變液,在殼體內固定有線圈,線圈的位置可使通電線圈產生的磁場作用于磁流變液上。本發(fā)明可采用低壓電源,降低了阻尼器對絕緣性能的要求,并且具有對污染不敏感的優(yōu)點。
文檔編號F16F9/53GK1372086SQ0110759
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權日2001年2月28日
發(fā)明者汪建曉, 孟光 申請人:汪建曉, 孟光