一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器及方法技术

本发明专利技术公开了一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器及方法，包括外壳体，外壳体内设置正刚度元件、负刚度元件；正刚度元件包括两相对设置的半圆件和两相对设置的簧片，半圆件设置凸起，凸起沿轴向倾斜设置，两半圆件的凸起之间形成缝隙以供簧片伸入；负刚度元件包括外磁环和内磁环，外磁环和内磁环之间具有气隙，内磁环、簧片均与刚度调节机构固定连接，由刚度调节机构带动内磁环、簧片轴向移动以调节刚度。本发明专利技术能够适应不同工作负载，且具有良好的低频隔振性能。

【技术实现步骤摘要】
一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器及方法
本专利技术属于扭转振动隔振
，具体涉及一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器及方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。旋转机械在航空航天、加工制造、能源和交通等工业领域中广泛应用。作为旋转机械系统一种普遍存在的动力学现象，扭转振动会对机械设备产生干扰，不仅会影响加工精度和工作效率，而且会加剧对内部精密零件的磨损，降低机械设备的使用寿命。同时，剧烈的振动也会带来噪声问题。隔振技术在处理有害振动问题时通常被优先采用。由机械振动理论可知，传统线性隔振系统的临界隔振频率是系统固有频率的倍，即只有当激励频率大于倍的系统固有频率时，系统才有隔振效果。故对于低频扭转振动，如果仍采用线性隔振方法，就只能减小机械系统的固有频率，但这样会导致系统的刚度降低，承载能力下降，降低系统的精度和稳定性。与此相比，准零刚度隔振器具有高静态刚度、低动态刚度的特点，不仅有较高的承载能力，而且能够有效隔离低频扭转振动。目前，准零刚度技术已经被应用于隔离扭转振动，部分学者提出了消除轴系低频扭转振动的隔振器或联轴器，但此类技术只能在设计载荷下对低频扭转振动进行有效的隔离，当负载改变时，隔振效果会明显下降。另有一些学者提出了负刚度可调的准零刚度扭转隔振器，此类技术只能够调节负刚度大小，不能调节正刚度大小，可以在一定程度上提高隔振效果，但仍然只能对固定的设计载荷起到较好的隔振作用，一旦负载变化较大，此类隔振器会较大地偏离准零刚度状态，影响隔振效果。r>总而言之，现有的隔振器只能对固定或小变化范围的负载起到隔振作用，在负载发生较大变化时，无法调整刚度大小，或调整刚度大小后无法使正、负刚度相互抵消达到准零刚度状态，也就无法达到很好的隔振效果。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器及方法，该隔振器能够适应不同工作负载，且具有良好的低频隔振性能。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器，包括外壳体，外壳体内设置正刚度元件、负刚度元件；正刚度元件包括两相对设置的半圆件和两相对设置的簧片，半圆件设置凸起，凸起沿轴向倾斜设置，两半圆件的凸起之间形成缝隙以供簧片伸入；负刚度元件包括外磁环和内磁环，外磁环和内磁环之间具有气隙，内磁环、簧片均与刚度调节机构固定连接，由刚度调节机构带动内磁环、簧片轴向移动以调节刚度。作为进一步的技术方案，所述外壳体一端与输入轴连接，外壳体另一端连接的端盖设置轴孔，花键轴从轴孔伸出作为输出轴。作为进一步的技术方案，所述刚度调节机构包括花键套，花键套与花键轴通过花键连接；花键套与动力装置固接，动力装置通过丝杆螺母机构与花键轴连接。作为进一步的技术方案，所述丝杆螺母机构包括与动力装置连接的滑动丝杆，滑动丝杆与丝杆螺母连接，丝杆螺母与花键轴固接。作为进一步的技术方案，所述动力装置设置磁编码器，花键轴与端盖设置旋转编码器，磁编码器、旋转编码器均与控制器连接，控制器控制动力装置动作。作为进一步的技术方案，所述花键套设置于外壳体内，簧片端部固定于两卡环之间，卡环与花键套固定连接；内磁环固定在磁瓦固定圈外周，磁瓦固定圈与花键套固连。作为进一步的技术方案，所述卡环内壁与花键套外壁均设置多个平面。作为进一步的技术方案，所述花键轴与外壳体之间设置轴承，花键轴外周安设挡圈，挡圈贴紧轴承内圈设置。作为进一步的技术方案，所述外磁环和内磁环均包括多个磁瓦，外磁环和内磁环磁瓦的数量相同，外磁环和内磁环的磁瓦一一对应设置，且初始状态下外磁环和内磁环的磁瓦错开设定角度，相对应的外磁环和内磁环的磁瓦的充磁方向相反，内外磁环的磁瓦充磁方向都朝向径向，且外磁环和内磁环的磁瓦的充磁方向沿径向交替变化。本专利技术的隔振器的工作原理为：当隔振器未处于工作状态时，簧片没有弯曲变形，不传递扭矩，此时，外磁环和内磁环的磁瓦在圆周方向错开一定角度θ0；当隔振器处于工作状态时，簧片产生的扭转正刚度与磁弹簧产生的负刚度相互抵消，使系统的总刚度达到准零状态，有效隔离低频振动。但上述准零状态对应于固定的负载扭矩Kr1θ0，当系统的负载发生变化时，隔振器会偏离最佳工作位置，隔振效果会明显下降甚至失效。本专利技术隔振器可以通过旋转编码器将花键轴相对于壳体产生的角位移转换成相应的电脉冲信号输出，经过控制器，可以得到隔振器的负载扭矩大小。磁编码器会检测到动力装置输出轴旋转的角度，控制动力装置的运行，故可以控制动力装置旋转合适的角度，使花键套在轴向相对于花键轴运动合适的距离，改变簧片与半圆件的接触位置，从而改变簧片的有效作用长度，调节正刚度的大小；同时改变外磁环与内磁环之间气隙在轴向的长度，进而同步调节负刚度的大小。当达到新的稳定工作状态时，正刚度与负刚度仍然近似抵消，故隔振器的总刚度仍接近为零。与调整前不同的是，此时簧片产生的正刚度发生改变，簧片传递的负载扭矩也与调整前不同，从而该隔振器可以适应不同的负载状态，同时在系统负载改变后依然能够有效隔离低频扭转振动。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种如上所述的准零刚度扭转隔振器的工作方法，包括以下步骤：当隔振器未处于工作状态时，簧片没有弯曲变形，不传递扭矩；当隔振器处于稳定工作状态时，簧片与半圆件接触并弯曲变形，簧片产生扭转正刚度与内外磁环产生的负刚度相互抵消，隔振器达到准零刚度状态，实现对低频扭转振动的有效隔离；当负载的大小发生变化时，通过刚度调节机构带动内磁环、簧片轴向移动，簧片与凸起的接触位置、内外磁环之间气隙在轴向的长度发生变化，从而负刚度、正刚度相应发生变化，且正负刚度再次相互抵消，隔振器再次达到准零刚度状态，在负载改变后仍有效隔离低频扭转振动。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：本专利技术刚度可调的准零刚度扭转隔振器，利用簧片作为正刚度元件，与永磁铁负刚度元件并联，具有高的静刚度，能够有效传递扭矩，同时又具有低的动刚度，能够有效隔离低频扭转振动，拓宽隔振频带。本专利技术刚度可调的准零刚度扭转隔振器，可以根据工作负载的变化，通过刚度调节机构带动正负刚度元件同步移动进而使得正、负刚度自动同步调节，使隔振器在不同负载下均能达到准零刚度工作状态，有效提高了隔振器的隔振范围和隔振性能。本专利技术刚度可调的准零刚度扭转隔振器，采用一个动力装置同时调节正刚度与负刚度，结构紧凑、控制简单。本专利技术刚度可调的准零刚度扭转隔振器，刚度调节机构中的丝杠螺母机构具有自锁功能，即当工作负载稳定，不需要调节时，本专利技术不需要额外提供能源即可保持当前工作状态，从而可以降低能源消耗。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术隔振器示意图；图2为图1中A-A向视图；图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器，其特征是，包括外壳体，外壳体内设置正刚度元件、负刚度元件；正刚度元件包括两相对设置的半圆件和两相对设置的簧片，半圆件设置凸起，凸起沿轴向倾斜设置，两半圆件的凸起之间形成缝隙以供簧片伸入；负刚度元件包括外磁环和内磁环，外磁环和内磁环之间具有气隙，内磁环、簧片均与刚度调节机构固定连接，由刚度调节机构带动内磁环、簧片轴向移动以调节刚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种刚度可调的准零刚度扭转隔振器，其特征是，包括外壳体，外壳体内设置正刚度元件、负刚度元件；正刚度元件包括两相对设置的半圆件和两相对设置的簧片，半圆件设置凸起，凸起沿轴向倾斜设置，两半圆件的凸起之间形成缝隙以供簧片伸入；负刚度元件包括外磁环和内磁环，外磁环和内磁环之间具有气隙，内磁环、簧片均与刚度调节机构固定连接，由刚度调节机构带动内磁环、簧片轴向移动以调节刚度。


2.如权利要求1所述的准零刚度扭转隔振器，其特征是，所述外壳体一端与输入轴连接，外壳体另一端连接的端盖设置轴孔，花键轴从轴孔伸出作为输出轴。


3.如权利要求2所述的准零刚度扭转隔振器，其特征是，所述刚度调节机构包括花键套，花键套与花键轴通过花键连接；花键套与动力装置固接，动力装置通过丝杆螺母机构与花键轴连接。


4.如权利要求3所述的准零刚度扭转隔振器，其特征是，所述丝杆螺母机构包括与动力装置连接的滑动丝杆，滑动丝杆与丝杆螺母连接，丝杆螺母与花键轴固接。


5.如权利要求3所述的准零刚度扭转隔振器，其特征是，所述动力装置设置磁编码器，花键轴和端盖设置旋转编码器，磁编码器、旋转编码器均与控制器连接，控制器控制动力装置动作。


6.如权利要求3所述的准零刚度扭转隔振器，其特征是，所述花键套设置于外壳体内，簧片端部固定于两卡环之间，卡...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学勇，张硕，张春松，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37