一種轉子的剪切阻尼減振器及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種轉子的剪切阻尼減振器及其系統(tǒng)，其中，該減振系統(tǒng)包括直流電源，直流電源與減振器鐵芯上的勵磁線圈相連用來調節(jié)勵磁線圈的電流大小；減振器安裝在實驗臺上，由殼體內的磁流體給振動的受力片提供剪切阻尼；電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉軸的一端相連，轉軸的另一端穿過T型支架中心的通孔，轉軸上在水平和垂直兩個方向分別安裝有電渦流傳感器，兩個電渦流傳感器采集的振動位移信號經過調理單元和數據采集單元傳輸到電腦。本發(fā)明利用磁流體的剪切屈服應力大、電源電壓低及良好的溫度穩(wěn)定性等特點將其作為轉軸的振動阻尼，可以運用在機械系統(tǒng)轉子減振領域，有效降低轉子的振動幅度從而減弱振動帶來的危害，延長機器使用壽命。
【專利說明】—種轉子的剪切阻尼減振器及其系統(tǒng)
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于機械系統(tǒng)轉子減振【技術領域】，具體涉及一種轉子的剪切阻尼減振器及其系統(tǒng)，其基于磁流體的流變特性，通過給轉子施加額外阻尼的辦法來降低轉子的振動。
【背景技術】
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[0002]旋轉機械是指汽輪機、燃氣輪機、發(fā)電機、電動機等機械設備。它的主要構成部件有轉子、支撐轉子的軸承、定子或機器殼體、聯(lián)軸器等。由于旋轉機械的結構及其零部件的加工和安裝方面的缺陷，使機器在運行過程中容易引起振動。
[0003]振動帶來的巨大危害對國民生產產生了很大的負面影響。對設備的危害主要有動靜部分發(fā)生摩擦，在較大的振動下極易造成動靜部分摩擦，由此不但直接造成動靜部件的損壞，而且當汽封間隙大后增大了轉子軸向推力，引起推力軸瓦溫度升高，甚至會發(fā)生推力軸瓦損壞事故。由于振動，使某些部件產生過大的動應力，從而導致疲勞損壞使得某些緊固件發(fā)生斷裂和松脫。過大振動使軸承座地腳螺栓斷裂和某些零件發(fā)生松動而脫落，失去原有的功能，從而導致機組發(fā)生事故。
[0004]針對不同機器的減振方法種類繁多。磁流體由于其剪切屈服應力大、電源電壓低及良好的溫度穩(wěn)定性等特點，在減振方面的應用前景吸引了廣泛地注意。目前常見的磁流體減振器容易出現磁流體泄漏、安裝過程不易定位等問題。
【發(fā)明內容】
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[0005]本發(fā)明的目的針對現有技術存在的缺陷或不足，提供了一種轉子的剪切阻尼減振器及其系統(tǒng)，其最大的特點在于施力部件的對稱性，便于定位，同時工作介質被盛放在相對于過軸心線的鉛垂面和水平面對稱的四個不依靠軸支撐的位置上，不會因為振動發(fā)生泄漏，消除了在零場情況下磁流體因受到重力對轉子運行的不利影響，如造成軸受力彎曲等。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術方案來實現的:
[0007]—種轉子的剪切阻尼減振器，包括均呈工字型的下承力板和上承力板，以及對稱設置在該下承力板和上承力板兩側的第一側板和第二側板，上承力板位于下承力板的正上方，第一側板和第二側板的中心各開設有一個方形通孔，上承力板的中心開設有一個方形通孔；第二對鐵芯設置在下承力板的上端面上，該第二對鐵芯包括兩個對稱設置的U型鐵芯，兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體,該殼體為一端開口的空心長方體；T型支架設置在上承力板與第二對鐵芯之間，該T型支架的中心開設有用于穿過轉軸的通孔，T型支架橫向的兩個伸出端分別位于第一側板和第二側板中心的方形通孔內，T型支架縱向的伸出端穿過上承力板中心的方形通孔，橫梁設置在T型支架縱向的伸出端的端面上；第一對鐵芯設置在上承力板的上端面上，該第一對鐵芯包括兩個對稱設置的U型鐵芯，兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體；兩個受力片的一端分別與T型支架橫向的兩個伸出端相連，該兩個受力片的另一端分別伸入第二對鐵芯中間的兩個殼體內；另外兩個受力片的一端分別與橫梁的兩端相連，該兩個受力片的另一端分別伸入第一對鐵芯中間的兩個殼體內，且四個殼體內均填充有磁流體，第一對鐵芯和第二對鐵芯上均纏繞有勵磁線圈。
[0008]本發(fā)明進一步的改進在于:下承力板的底端開設有用于將其定位在實驗臺上的方形槽。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于:下承力板采用實驗臺上的定位塊卡在方形槽定位并通過螺栓固定在實驗臺上。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于:殼體的材質為有機玻璃，由兩個半殼體粘接而成，其一端開口，便于注入磁流體。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于:上承力板由鋁板制成。
[0012]本發(fā)明進一步的改進在于:T型支架中心的通孔為階梯孔，該階梯孔內設置有深溝球軸承,并通過蓋板將該深溝球軸承封閉至T型支架中心的階梯孔內，使用時，深溝球軸承的內圈套在轉軸上。
[0013]本發(fā)明進一步的改進在于:采用飽和磁場強度為200G，動力粘度為4000CP的磁流體。
[0014]本發(fā)明進一步的改進在于:勵磁線圈直徑為0.44mm，繞制匝數為2000匝。
[0015]一種轉子的剪切阻尼減振系統(tǒng)，包括直流電源，直流電源與減振器鐵芯上的勵磁線圈相連用來調節(jié)勵磁線圈的電流大小，從而調節(jié)阻力的大?。粶p振器安裝在實驗臺上，由殼體內的磁流體給振動的受力片提供剪切阻尼；調速箱用來改變電機的轉速，電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉軸的一端相連，轉軸的另一端穿過T型支架中心的通孔，轉軸上在水平和垂直兩個方向分別安裝有電渦流傳感器，兩個電渦流傳感器采集的振動位移信號經過調理單元和數據采集單元傳輸到電腦。
[0016]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下的技術效果:
[0017]1、整個減振器只有支架和固定在支架上的橫梁、受力片通過深溝球軸承與轉軸連接，其余的較重零件都有專門的支承部分，由此極大地減小了軸的負荷，避免軸產生變形。
[0018]2、整個減振器的結構對稱，避免了簡支梁的出現，加工過程簡單快捷，在工作人員進行安裝定位時也能有效提高效率，縮短時間。
[0019]3、減振系統(tǒng)包括直流電源，直流電源與減振器鐵芯上的勵磁線圈相連用來調節(jié)勵磁線圈的電流大小，從而調節(jié)阻力的大小；減振器安裝在實驗臺上，由殼體內的磁流體給振動的受力片提供剪切阻尼；調速箱用來改變電機的轉速，電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉軸的一端相連，轉軸的另一端穿過T型支架中心的通孔，轉軸上在水平和垂直兩個方向分別安裝有電渦流傳感器，兩個電渦流傳感器采集的振動位移信號經過調理單元和數據采集單元傳輸到電腦，供用戶進行處理分析，以評價減振器的實際效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0020]圖1是本發(fā)明一種轉子的剪切阻尼減振系統(tǒng)的結構框圖；
[0021]圖2是本發(fā)明減振器的三維立體圖；
[0022]圖3是本發(fā)明減振器的正視圖；
[0023]圖4是T型支架的三維立體圖；
[0024]圖5是下承力板的三維立體圖；
[0025]圖6是上承力板的三維立體圖；
[0026]圖7是不加磁場的振動頻譜圖；
[0027]圖8是加磁場后的振動頻譜圖。
[0028]圖中:1為下承力板，2為第一側板，3為第二側板，4為上承力板，5為T型支架，6為橫梁，7為第一對鐵芯，8為第二對鐵芯，9為受力片，10為殼體，11為蓋板，101為方形槽。
【具體實施方式】
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[0029]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0030]如圖2至6所示，本發(fā)明一種轉子的剪切阻尼減振器，包括均呈工字型的下承力板I和上承力板4，以及對稱設置在該下承力板I和上承力板4兩側的第一側板2和第二側板3，兩個側板負責支撐上承力板4所承受的沿鉛垂方向的力，上承力板4位于下承力板I的正上方，第一側板2和第二側板3的中心各開設有一個方形通孔，上承力板4的中心開設有一個方形通孔；第二對鐵芯8設置在下承力板I的上端面上，該第二對鐵芯8包括兩個對稱設置的U型鐵芯,兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體10,該殼體10為一端開口的空心長方體；τ型支架5設置在上承力板4與第二對鐵芯8之間，該T型支架5的中心開設有用于穿過轉軸的通孔，T型支架5橫向的兩個伸出端分別位于第一側板2和第二側板3中心的方形通孔內，T型支架5縱向的伸出端穿過上承力板4中心的方形通孔，橫梁6設置在T型支架5縱向的伸出端的端面上；第一對鐵芯7設置在上承力板4的上端面上，該第一對鐵芯7包括兩個對稱設置的U型鐵芯，兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體10 ;兩個受力片9的一端分別與T型支架5橫向的兩個伸出端相連，該兩個受力片9的另一端分別伸入第二對鐵芯8中間的兩個殼體10內，與殼體10的四面都有一定的空隙,使受力片9與磁流體充分接觸，這樣當振動傳遞到受力片9時不會直接與殼體10相碰，并因充盈的磁流體包圍產生需要的阻尼力；另外兩個受力片9的一端分別與橫梁6的兩端相連，該兩個受力片9的另一端分別伸入第一對鐵芯7中間的兩個殼體10內，與殼體10的四面都有一定的空隙，使受力片9與磁流體充分接觸，這樣當振動傳遞到受力片9時不會直接與殼體10相碰，并因充盈的磁流體包圍產生需要的阻尼力，第一對鐵芯7和第二對鐵芯8上均纏繞有勵磁線圈。
[0031]進一步地，下承力板I的底端開設有用于將其定位在實驗臺上的方形槽101。使用時，下承力板I采用實驗臺上的定位塊卡在方形槽101定位并通過螺栓固定在實驗臺上。
[0032]進一步地，殼體10的材質為有機玻璃，由兩個半殼體粘接而成，其一端開口，便于注入磁流體。上承力板4由鋁板制成。
[0033]進一步地，T型支架5中心的通孔為階梯孔，該階梯孔內設置有深溝球軸承，并通過蓋板11將該深溝球軸承封閉至T型支架5中心的階梯孔內，使用時，深溝球軸承的內圈套在轉軸上。T型支架5通過深溝球軸承與轉軸連接，均勻傳遞振動而不致使軸在振動時導致減振器結構出現疲勞裂紋。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明一種轉子的剪切阻尼減振系統(tǒng)，包括直流電源，直流電源與減振器鐵芯上的勵磁線圈相連用來調節(jié)勵磁線圈的電流大小，從而調節(jié)阻力的大?。粶p振器安裝在實驗臺上，由殼體10內的磁流體給振動的受力片9提供剪切阻尼；調速箱用來改變電機的轉速，電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉軸的一端相連，轉軸的另一端穿過T型支架5中心的通孔，轉軸上在水平和垂直兩個方向分別安裝有電渦流傳感器，兩個電渦流傳感器采集的振動位移信號經過調理單元和數據采集單元傳輸到電腦，供用戶進行處理分析，以評價減振器的實際效果。
[0035]為實現本發(fā)明利用磁流體的流變特性給轉軸提供阻尼的功能，可根據轉軸的振動情況采用不同參數的磁流體。本發(fā)明中采用飽和磁場強度為200G，動力粘度為4000CP的磁流體。勵磁線圈直徑為0.44_，繞制匝數數為2000匝?？梢愿鶕嶋H需要選擇不同的磁流體和線圈匝數。
[0036]為了對本發(fā)明進一步了解，現對本發(fā)明的原理做一說明:
[0037]磁流體在磁場作用下，流體的表觀粘度會發(fā)生巨大的變化，甚至在磁場強中，在運動的過程中會受到來自磁流體的剪切阻尼作用。可以通過調節(jié)勵磁線圈的電流大小改變磁場強度，從而改變受力片9受到的阻力。
[0038]如圖7和圖8所示，圖7為對本發(fā)明進行試驗驗證未加磁場時的振動頻譜圖，其工頻振動幅值為363.09。圖8為本發(fā)明進行驗證施加磁場后的頻譜圖，其工頻振動幅值為275.86。
[0039]從上述試驗結果中可以看到，施加磁流體剪切阻尼后振動響應較原始振動有了較為明顯的減小，振動的幅值下降了 24%。試驗表明，本發(fā)明能夠有效地降低旋轉轉子的振動。
[0040]以上內容是結合具體的實驗條件對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:包括均呈工字型的下承力板(I)和上承力板(4),以及對稱設置在該下承力板(I)和上承力板(4)兩側的第一側板(2)和第二側板(3)，上承力板(4)位于下承力板(I)的正上方，第一側板(2)和第二側板(3)的中心各開設有一個方形通孔，上承力板(4)的中心開設有一個方形通孔；第二對鐵芯(8)設置在下承力板(I)的上端面上，該第二對鐵芯(8)包括兩個對稱設置的U型鐵芯，兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體(10)，該殼體(10)為一端開口的空心長方體；T型支架(5)設置在上承力板(4)與第二對鐵芯(8)之間，該T型支架(5)的中心開設有用于穿過轉軸的通孔，T型支架(5)橫向的兩個伸出端分別位于第一側板(2)和第二側板(3)中心的方形通孔內，T型支架(5)縱向的伸出端穿過上承力板(4)中心的方形通孔，橫梁(6)設置在T型支架(5)縱向的伸出端的端面上；第一對鐵芯(7)設置在上承力板(4)的上端面上，該第一對鐵芯(7)包括兩個對稱設置的U型鐵芯，兩個U型鐵芯的兩個端面之間各設置有一個殼體(10);兩個受力片(9)的一端分別與T型支架(5)橫向的兩個伸出端相連，該兩個受力片(9)的另一端分別伸入第二對鐵芯(8)中間的兩個殼體(10)內；另外兩個受力片(9)的一端分別與橫梁(6)的兩端相連，該兩個受力片(9)的另一端分別伸入第一對鐵芯(7)中間的兩個殼體(10)內，且四個殼體(10)內均填充有磁流體，第一對鐵芯(7)和第二對鐵芯(8)上均纏繞有勵磁線圈。
2.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:下承力板(I)的底端開設有用于將其定位在實驗臺上的方形槽(101)。
3.根據權利要求2所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:下承力板(I)采用實驗臺上的定位塊卡在方形槽(101)定位并通過螺栓固定在實驗臺上。
4.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:殼體(10)的材質為有機玻璃，由兩個半殼體粘接而成，其一端開口，便于注入磁流體。
5.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:上承力板(4)由鋁板制成。
6.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:T型支架(5)中心的通孔為階梯孔，該階梯孔內設置有深溝球軸承，并通過蓋板(11)將該深溝球軸承封閉至T型支架(5)中心的階梯孔內，使用時，深溝球軸承的內圈套在轉軸上。
7.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:采用飽和磁場強度為200G，動力粘度為4000CP的磁流體。
8.根據權利要求1所述的一種轉子的剪切阻尼減振器，其特征在于:勵磁線圈直徑為0.44mm，繞制匝數為2000匝。
9.一種轉子的剪切阻尼減振系統(tǒng)，其特征在于，該減振系統(tǒng)采用權利要求1至8中任一項所述的減振器，包括直流電源，直流電源與減振器鐵芯上的勵磁線圈相連用來調節(jié)勵磁線圈的電流大小，從而調節(jié)阻力的大??；減振器安裝在實驗臺上，由殼體(10)內的磁流體給振動的受力片(9)提供剪切阻尼；調速箱用來改變電機的轉速，電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉軸的一端相連，轉軸的另一端穿過T型支架(5)中心的通孔，轉軸上在水平和垂直兩個方向分別安裝有電渦流傳感器，兩個電渦流傳感器采集的振動位移信號經過調理單元和數據采集單元傳輸到電腦。
【文檔編號】F16F6/00GK104343874SQ201410482456
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】張西寧, 姜昆, 李兵, 桂祈禎 申請人:西安交通大學