自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)及振動(dòng)測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)及振動(dòng)測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高端機(jī)械裝備，如大型壓縮機(jī)、大型工程機(jī)械裝備、燃?xì)廨啓C(jī)、航空裝備、高檔數(shù)控機(jī)床、水面艦艇、深水潛艇等工作狀態(tài)大都處于連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，而且這些裝備的工作速度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，尺寸越來(lái)越大，精度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)部件越來(lái)越精密、功能越來(lái)越齊全，對(duì)其工作的可靠性與安全性，對(duì)外界及自身振動(dòng)抑制與隔振的需要也越來(lái)越迫切。
[0003]常用的單層隔振系統(tǒng)，就是在支撐基座和設(shè)備之間插入一層減振器，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單有效，當(dāng)頻
率比大于根號(hào)2時(shí)，隔振效果一般在10~20分貝之間，在工程上有廣泛的應(yīng)用。單層隔振系統(tǒng)的缺點(diǎn)是:當(dāng)振源的激振力頻率較低時(shí)，減振器的剛度必須很小，從而導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)分柔軟，穩(wěn)定性差，經(jīng)受不住劇烈的搖動(dòng)和突然的沖擊，在中高頻區(qū)由于減振器內(nèi)部產(chǎn)生駐波效應(yīng)，實(shí)際隔振效果會(huì)受到一定影響。若隔振器的剛度和阻尼能夠隨工況變化而自動(dòng)變化，則可以解決單層隔振系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)，達(dá)到簡(jiǎn)單高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)及振動(dòng)測(cè)試方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)，包括金屬絲網(wǎng)智能隔振器和計(jì)算機(jī)；所述金屬絲網(wǎng)智能隔振器包括安裝板、安裝芯、外殼、阻尼壁、安裝芯配合盤、金屬絲網(wǎng)、伺服電機(jī)、阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一加速度傳感器、第二加速度傳感器、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；
阻尼壁安裝于外殼的內(nèi)壁，金屬絲網(wǎng)安裝在外殼內(nèi)壁且位于阻尼壁內(nèi)側(cè)；安裝芯上端穿過(guò)外殼與安裝板固定，安裝板聯(lián)接在被隔振對(duì)象上，外殼聯(lián)接在振動(dòng)源上；安裝芯位于外殼內(nèi)部的部分具有中空結(jié)構(gòu)；安裝芯上具有圓盤，安裝芯的中空結(jié)構(gòu)、安裝芯配合盤與圓盤形成阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的安裝空間，伺服電機(jī)固定在安裝芯下端；第一加速度傳感器安裝在安裝芯配合盤上，第二加速度傳感器安裝在外殼內(nèi)部的上壁；
阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均安裝在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部，阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上方的安裝空間；阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)，阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與阻尼壁間的接觸壓力隨著阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)而增大或減小、振動(dòng)時(shí)阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與阻尼壁間摩擦增大或減小、阻尼增大或減??；剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)，金屬絲網(wǎng)的密度、剛度隨著剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)而增大或減??； 第一加速度傳感器的輸出端、第二加速度傳感器的輸出端分別與計(jì)算機(jī)的輸入端連接，伺服電機(jī)的輸入端連接計(jì)算機(jī)的輸出端。
[0006]所述阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括:第一從動(dòng)錐齒輪、阻尼片、第一滾珠絲杠、撥叉、第一主動(dòng)錐齒輪、鎖止錐齒輪、撥叉電磁鐵；撥叉電磁鐵固結(jié)在中空結(jié)構(gòu)頂部，撥叉電磁鐵伸出端分別與鎖止錐齒輪、撥叉固結(jié)；伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)滑鍵與第一主動(dòng)錐齒輪連接；第一主動(dòng)錐齒輪隨撥叉的軸向運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；鎖止錐齒輪與第一從動(dòng)錐齒輪嚙合，第一從動(dòng)錐齒輪與第一滾珠絲杠固結(jié)，第一滾珠絲杠與阻尼片(7)通過(guò)絲母連接，驅(qū)動(dòng)阻尼片沿安裝芯徑向移動(dòng)；
所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括:剛度調(diào)節(jié)片、第二從動(dòng)錐齒輪、第二滾珠絲杠、第二主動(dòng)錐齒輪；第二主動(dòng)錐齒輪與第一主動(dòng)錐齒輪固結(jié)，且第二主動(dòng)錐齒輪與第一主動(dòng)錐齒輪之間形成安裝撥叉的凹槽，撥叉位于該凹槽內(nèi)，第二主動(dòng)錐齒輪與第二從動(dòng)錐齒輪嚙合，第二從動(dòng)錐齒輪與第二滾珠絲杠固結(jié)，第二滾珠絲杠與剛度調(diào)節(jié)片通過(guò)絲母連接，驅(qū)動(dòng)剛度調(diào)節(jié)片沿安裝芯徑向移動(dòng)。
[0007]所述外殼與安裝芯配合盤之間安裝支撐彈簧。
[0008]采用所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試的方法，包括以下步驟:
步驟1、將安裝板聯(lián)接在被隔振對(duì)象上，外殼聯(lián)接在振動(dòng)源上；
步驟2、振動(dòng)源以固定頻率和振幅振動(dòng)；
步驟3、當(dāng)振動(dòng)源頻率或振幅改變時(shí)，第一加速度傳感器、第二加速度傳感器分別采集被隔振對(duì)象和振動(dòng)源的振動(dòng)信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)；
步驟4、計(jì)算機(jī)根據(jù)被隔振對(duì)象和振動(dòng)源的振動(dòng)信號(hào)對(duì)撥叉電磁鐵和伺服電機(jī)發(fā)出信號(hào)調(diào)節(jié)阻尼和剛度，直到被隔振對(duì)象的振動(dòng)符合隔振要求即加速度小于設(shè)定閾值；
步驟4-1、調(diào)節(jié)阻尼:計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)使撥叉電磁鐵處于上工位，第一主動(dòng)錐齒輪與第一從動(dòng)錐齒輪嚙合，伺服電機(jī)接收到計(jì)算機(jī)的信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)，與從動(dòng)錐齒輪聯(lián)結(jié)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)阻尼片移動(dòng)；阻尼片沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)時(shí)與阻尼壁接觸壓力增大或減小，振動(dòng)時(shí)摩擦增大或減小，從而增大或減小阻尼；
步驟4-2、調(diào)節(jié)剛度:計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)使撥叉電磁鐵處于下工位，與撥叉電磁鐵固結(jié)的鎖止錐齒輪與第一從動(dòng)錐齒輪嚙合從而鎖止阻尼片；第二主動(dòng)錐齒輪與第二從動(dòng)錐齒輪嚙合，伺服電機(jī)接收到計(jì)算機(jī)的信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)，與第二從動(dòng)錐齒輪聯(lián)結(jié)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)剛度調(diào)節(jié)片移動(dòng)；剛度調(diào)節(jié)片沿安裝芯半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)時(shí)可以增大或減小金屬絲網(wǎng)的密度，從而改變?cè)龃蠡驕p小金屬絲網(wǎng)的剛度；
步驟4-3、判斷當(dāng)前被隔振對(duì)象的振動(dòng)符合隔振要求:是，則撥叉電磁鐵和伺服電機(jī)保持現(xiàn)有狀態(tài)不動(dòng)，否則，返回步驟4-1。
[0009]有益效果:
通過(guò)加速度傳感器采集信號(hào)到計(jì)算機(jī)從而可以分析出實(shí)時(shí)振動(dòng)情況，計(jì)算機(jī)根據(jù)振動(dòng)情況下達(dá)指令給阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻尼和剛度，改善振動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)源的振動(dòng)狀態(tài)不斷變化時(shí)保證被隔振對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)始終符合隔振要求。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)的外形圖； 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的金屬絲網(wǎng)智能隔振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的安裝芯結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]如圖1所示的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度和阻尼的智能隔振器系統(tǒng)，包括金屬絲網(wǎng)智能隔振器和計(jì)算機(jī)21。
[0013]如圖2所示的金屬絲網(wǎng)智能隔振器包括安裝板1、安裝芯2、外殼3、阻尼壁4、安裝芯配合盤5、金屬絲網(wǎng)10、伺服電機(jī)11、阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一加速度傳感器18、第二加速度傳感器19、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。伺服電機(jī)11采用S221直流伺服電機(jī)，第一加速度傳感器18、第二加速度傳感器19均采用CA-YD-103壓電式加速度傳感器。
[0014]阻尼壁4安裝于外殼3的內(nèi)壁，金屬絲網(wǎng)10安裝在外殼3內(nèi)壁且位于阻尼壁4內(nèi)側(cè)；安裝芯2上端穿過(guò)外殼3與安裝板I固定，安裝板I通過(guò)螺栓聯(lián)接在被隔振對(duì)象上，夕卜殼3通過(guò)螺栓聯(lián)接在振動(dòng)源上；振動(dòng)源以一定頻率和振幅振動(dòng)，金屬絲網(wǎng)智能隔振器通過(guò)金屬絲網(wǎng)10的剛度和阻尼片7與阻尼壁4產(chǎn)生的阻尼將振動(dòng)隔離開來(lái)。當(dāng)振動(dòng)源頻率或振幅改變時(shí)，加速度傳感器19和加速度傳感器18分別將振動(dòng)源和被隔振對(duì)象的振動(dòng)信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)21，計(jì)算機(jī)21再對(duì)撥叉電磁鐵17和伺服電機(jī)11發(fā)出信號(hào)調(diào)節(jié)金屬絲網(wǎng)智能隔振器的剛度和阻尼，重復(fù)以上過(guò)程，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)金屬絲網(wǎng)智能隔振器的阻尼和剛度，使得在振動(dòng)源頻率與振幅頻繁變化時(shí)隔振器能夠自動(dòng)適應(yīng)振動(dòng)源的變化，直到被隔振對(duì)象的振動(dòng)符合隔振要求，使被隔振對(duì)象的振動(dòng)一直在要求的范圍之內(nèi)。
[0015]安裝芯2位于外殼3內(nèi)部的部分具有中空結(jié)構(gòu)22 ;如圖4所示的安裝芯2上具有圓盤23，圓盤23上開有與阻尼片7配合的凹槽，安裝芯2的中空結(jié)構(gòu)22、安裝芯配合盤5與圓盤23形成阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的安裝空間，伺服電機(jī)11固定在安裝芯2下端；第一加速度傳感器18安裝在安裝芯配合盤5上，第二加速度傳感器19安裝在外殼3內(nèi)部的上壁。外殼3與安裝芯配合盤5之間安裝支撐彈簧20。
[0016]阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均安裝在中空結(jié)構(gòu)22內(nèi)部，阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上方的安裝空間；阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能沿安裝芯2半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)，阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與阻尼壁4間的接觸壓力隨著阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿安裝芯2半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)而增大或減小、振動(dòng)時(shí)阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與阻尼壁4間摩擦增大或減小、阻尼增大或減??；剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能沿安裝芯2半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)，金屬絲網(wǎng)10的密度、剛度隨著剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿安裝芯2半徑方向向外或向內(nèi)移動(dòng)而增大或減小。
[0017]第一加速度傳感器18的輸出端、第二加速度傳感器19的輸出端分別與計(jì)算機(jī)21的輸入端連接，伺服電機(jī)11的輸入端連接計(jì)算機(jī)21的輸出端。
[0018]如圖3所示的阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括:第一從動(dòng)錐齒輪6、阻尼片7、第一滾珠絲杠8、撥叉14、第一主動(dòng)錐齒輪15、鎖止錐齒輪16、撥叉電磁鐵17 ;撥叉電磁鐵17選用MFZ1-4.5直流干式閥用電磁鐵。撥叉電磁鐵17固結(jié)在中空結(jié)構(gòu)22頂部，撥叉電磁鐵17伸出端分別與鎖止錐齒輪16、撥叉14固結(jié)；伺服電機(jī)11的輸出軸通過(guò)滑鍵與第一主動(dòng)錐齒輪15連接，只提供轉(zhuǎn)矩，不限制其軸向位移。第一主動(dòng)錐齒輪15隨撥叉14的軸向運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；鎖止錐齒輪16與四個(gè)第一從動(dòng)錐齒輪6嚙合，四個(gè)第一從動(dòng)錐齒輪6分別與四個(gè)第一滾珠絲杠8固結(jié)，四個(gè)第一滾珠絲杠8分別與四個(gè)阻尼片7通過(guò)絲母連接，驅(qū)動(dòng)四個(gè)阻尼片7沿安裝芯2徑向的四個(gè)不同方向移動(dòng)。
[0019]如圖3所