專利名稱：主動(dòng)式動(dòng)力消振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種主動(dòng)式動(dòng)力消振器用于降低船舶柴油機(jī)或螺旋槳的不平衡力和力矩引起的船體簡(jiǎn)諧振動(dòng)，以改善艦船的環(huán)境質(zhì)量。屬“有源”減(消)振技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代船舶使用的柴油的曲柄-連桿機(jī)構(gòu)和螺旋槳的周期性運(yùn)動(dòng)是船舶振動(dòng)的主要激勵(lì)源，導(dǎo)致船體振動(dòng)，并影響其它裝船設(shè)備的正常工作，也給乘船人員帶來(lái)不適。故一般稱其為有害振動(dòng)。
為了減小或消除有害振動(dòng)，可采用隔振技術(shù)。人們也常從另一層意義上，引入所謂的“無(wú)源”或“有源”(有人稱之為“主動(dòng)”)減(消)振技術(shù)。簡(jiǎn)言之，前者一般需要人工介入，事先調(diào)整減(消)振動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)或參數(shù)，以產(chǎn)生與激勵(lì)力相抵的減(消)振力(如動(dòng)力吸振器)；后者則借助某種閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)地產(chǎn)生與激勵(lì)力相抵的減(消)振力。
中國(guó)專利CN 1127030A和CN 1127029A所公開的消振機(jī)構(gòu)，消振力的調(diào)節(jié)需停機(jī)進(jìn)行，故不能及時(shí)跟蹤振動(dòng)響應(yīng)；而且使用位置、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)三類傳感器檢測(cè)柴油機(jī)主軸和消振器的相位、轉(zhuǎn)速和船體振動(dòng)響應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所提供的主動(dòng)式動(dòng)力消振器屬于“有源”減(消)振動(dòng)系統(tǒng)，在使用過(guò)程中無(wú)需人工介入，只需借助振動(dòng)傳感器采集信號(hào)，控制裝置分別向異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)輸出控制信號(hào)即可自主地消除有害振動(dòng)。其主要構(gòu)成包括振動(dòng)傳感器、控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括可變頻調(diào)速的異步電機(jī)、主動(dòng)齒型皮帶輪、機(jī)殼、被動(dòng)齒型皮帶輪、兩套偏心轉(zhuǎn)子總成I和II，步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、撥叉、大螺旋角齒輪和芯軸。振動(dòng)傳感器用來(lái)檢測(cè)由柴油機(jī)引發(fā)的有害振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并作為控制裝置的輸入信號(hào)?？刂蒲b置對(duì)輸入信號(hào)作相應(yīng)處理，并輸出指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。偏心轉(zhuǎn)子總成I和II包含的偏心質(zhì)量塊在異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同速反向旋轉(zhuǎn)，以確保垂直方向上的減(消)振力與激勵(lì)力各自引起的振動(dòng)響應(yīng)同頻率、反相位；而步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的絲杠、撥叉、大螺距螺旋齒輪組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以連續(xù)調(diào)節(jié)減(消)振力的幅值；二者結(jié)合起來(lái)，最終產(chǎn)生一種與有害振動(dòng)激勵(lì)力相抵的減(消)振力。
具體結(jié)構(gòu)是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)殼(根據(jù)需要可采用不同結(jié)構(gòu))中平行地安裝偏心轉(zhuǎn)子總成I、偏心轉(zhuǎn)子總成II，以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的絲杠和螺旋齒輪的芯軸。每套偏心轉(zhuǎn)子總成均是將帶附加質(zhì)量塊的側(cè)套筒、帶斜齒輪和附加質(zhì)量塊的中套筒、帶斜齒輪和附加質(zhì)量塊的側(cè)套筒順次套裝在轉(zhuǎn)軸上，且側(cè)套筒與轉(zhuǎn)軸鍵連接，側(cè)套筒、中套筒和附加質(zhì)量塊的數(shù)目可根據(jù)需要選用。偏心轉(zhuǎn)子總成I的軸頭上固裝被動(dòng)齒型皮帶輪。出于功能上的要求，兩個(gè)側(cè)套筒上的附加質(zhì)量和偏心距離相等；中套筒上的附加質(zhì)量等于兩個(gè)側(cè)套筒上附加質(zhì)量之和；所有附加質(zhì)量塊最初布置在同一平面內(nèi)；在同一偏心轉(zhuǎn)子總成上，側(cè)套筒的附加質(zhì)量與中套筒上的附加質(zhì)量塊最初反對(duì)稱布置；兩個(gè)轉(zhuǎn)子總成I、II上的中套筒的附加質(zhì)量相對(duì)布置；套筒上的斜齒輪對(duì)應(yīng)嚙合。
異步電機(jī)安裝于機(jī)殼的上部，并通過(guò)其軸端的主動(dòng)齒型皮帶輪和偏心轉(zhuǎn)子總成I端部的被動(dòng)齒型皮帶輪帶動(dòng)兩套偏心轉(zhuǎn)子總成I、II反向旋轉(zhuǎn)。
兩個(gè)外徑和長(zhǎng)度相同、螺旋方向相反、連成一體的螺旋齒輪分別與上述套筒上的斜齒輪對(duì)應(yīng)嚙合，并在位于兩者之間的撥叉的帶動(dòng)下可在芯軸上自由滑動(dòng)；而撥叉的平行移動(dòng)又是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠在固裝于撥叉上的螺母中旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)螺旋齒輪在芯軸上移動(dòng)時(shí)，可分別借助套筒上與之嚙合的齒輪拖動(dòng)套筒上的附加質(zhì)量繞各自的轉(zhuǎn)軸軸線轉(zhuǎn)過(guò)適當(dāng)?shù)慕嵌龋瑥亩淖兞藗?cè)套筒上附加質(zhì)量的離心力與中套筒上附加質(zhì)量的離心力之間的夾角。
本實(shí)用新型使用振動(dòng)傳感器(如加速度、速度、位移傳感器)所采集的信號(hào)通過(guò)放大器后進(jìn)入控制裝置，其兩路輸出分別作為異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)。
其工作原理是振動(dòng)傳感器拾取被控對(duì)象的響應(yīng)信號(hào)，獲得其頻率、幅值和相位方面的信息，并根據(jù)響應(yīng)的幅值對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)螺旋齒輪軸向移動(dòng)，調(diào)節(jié)減(消)振力的幅值；與此同時(shí)，根據(jù)響應(yīng)信號(hào)的頻率和相位，驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，使激振源和消振力各自引起的振動(dòng)響應(yīng)的頻率相等、相位差為180°。于是，二者可以全部或絕大部分相互抵消。


圖1主動(dòng)式動(dòng)力消振器結(jié)構(gòu)示意圖圖2主動(dòng)式動(dòng)力消振器執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖圖3主動(dòng)式動(dòng)力消振器執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖4主動(dòng)式動(dòng)力消振器執(zhí)行機(jī)構(gòu)中調(diào)節(jié)裝置示意圖具體實(shí)施方式
下面給出實(shí)施本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
主動(dòng)式動(dòng)力消振器，屬于“有源”減(消)振動(dòng)系統(tǒng)。它包括振動(dòng)傳感器、控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分。
如圖2、3所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括可變頻調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)03、主動(dòng)齒型皮帶輪31、機(jī)殼02、被動(dòng)齒型皮帶輪32、兩套偏心轉(zhuǎn)子總成I和II11、12，步進(jìn)電機(jī)04、聯(lián)軸器41、絲杠42、撥叉43、螺旋齒輪44、45及芯軸46。安裝于受控地點(diǎn)00處、拾取有害振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的振動(dòng)傳感器01與控制裝置05的輸入接口相連；控制裝置05對(duì)輸入信號(hào)作相應(yīng)的處理，并通過(guò)2個(gè)輸出接口將相應(yīng)的控制指令傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的異步電機(jī)03和步進(jìn)電機(jī)04。偏心轉(zhuǎn)子總成I11和偏心轉(zhuǎn)子總成II12包含的偏心質(zhì)量在異步電機(jī)03的驅(qū)動(dòng)下同速反向旋轉(zhuǎn)，以確保垂直方向上的減(消)振力與激勵(lì)力各自引起的振動(dòng)響應(yīng)同頻率、反相位；而步進(jìn)電機(jī)04帶動(dòng)的絲杠42、撥叉43、大螺距螺旋齒輪44、45組成的調(diào)節(jié)裝置可以連續(xù)調(diào)節(jié)減(消)振力的幅值，二者結(jié)合起來(lái)，最終產(chǎn)生一種與有害振動(dòng)激勵(lì)力相抵的減(消)振力。
在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)殼02內(nèi)平行地安裝偏心轉(zhuǎn)子總成I11、偏心轉(zhuǎn)子總成II12，以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的絲杠42和螺旋齒輪44、45的芯軸46。每套偏心轉(zhuǎn)子總成I11和II12均是將帶附加質(zhì)量塊的側(cè)套筒111、121，帶斜齒輪和附加質(zhì)量塊的中套筒112、122，帶斜齒輪和附加質(zhì)量塊的側(cè)套筒113、123順次套裝在轉(zhuǎn)軸110、120上，且側(cè)套筒111、121、113、123與轉(zhuǎn)軸110、120鍵連接；偏心轉(zhuǎn)子總成I11的軸頭上固裝被動(dòng)齒型皮帶輪32。出于功能上的要求，四個(gè)側(cè)套筒111、121、113、123上的附加質(zhì)量和偏心距離均相等；中套筒112、122上的附加質(zhì)量分別等于同軸安裝的側(cè)套筒111、113及121、123上附加質(zhì)量之和；所有附加質(zhì)量塊初始安裝在同一平面內(nèi)；在偏心轉(zhuǎn)子總成I11和II12上，側(cè)套筒111、113和121、123的附加質(zhì)量與中套筒112和122上的附加質(zhì)量塊分別反對(duì)稱布置；兩個(gè)轉(zhuǎn)子總成上的中套筒112、122上的附加質(zhì)量相對(duì)布置；套筒上的齒輪對(duì)應(yīng)嚙合。異步電機(jī)03安裝于機(jī)殼02的上部，并通過(guò)其軸端的主動(dòng)齒型皮帶輪31和偏心轉(zhuǎn)子總成I11端部的被動(dòng)齒型皮帶輪32帶動(dòng)兩套偏心轉(zhuǎn)子總成I11和II12反向旋轉(zhuǎn)。
如圖4所示，兩個(gè)外徑和長(zhǎng)度相同、螺旋方向相反、連成一體的螺旋齒輪44、45在位于兩者之間的撥叉43的帶動(dòng)下可在芯軸46上自由滑動(dòng)；而撥叉43的平行移動(dòng)又是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)04和聯(lián)軸器41帶動(dòng)絲杠42在固裝于撥叉43上的螺母中旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)螺旋齒輪44、45在芯軸46上移動(dòng)時(shí)，可分別借助中、側(cè)套筒112、122和113、123上的斜齒輪拖動(dòng)其上的附加質(zhì)量繞轉(zhuǎn)軸110、120軸線轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，從而改變了側(cè)套筒111、113和121、123上附加質(zhì)量的離心力與中套筒112、122上附加質(zhì)量的離心力之間的夾角。
如圖1所示，本實(shí)用新型中使用型號(hào)為CA-YD-107的振動(dòng)傳感器，它所采集的信號(hào)通過(guò)放大器(YE5862)后進(jìn)入控制裝置05?？刂蒲b置由型號(hào)為SEED-C50ES的TM5320C50通用型應(yīng)用系統(tǒng)、SEED-ADG404通用采集卡、型號(hào)為SV022iS5-4NU的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(交流變頻器)和型號(hào)為HB202A的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成?？刂蒲b置對(duì)輸入信號(hào)作相應(yīng)處理后輸出兩路信號(hào)作為異步電機(jī)03(型號(hào)Y801-4)和步進(jìn)電機(jī)04(型號(hào)57BYG250B)的控制信號(hào)。
本實(shí)用新型所提供的主動(dòng)式動(dòng)力消振器，在使用過(guò)程中無(wú)需人工介入，且只需借助1個(gè)振動(dòng)傳感器01采集信號(hào)，控制裝置05分別向異步電機(jī)03和步進(jìn)電機(jī)04輸出2路控制信號(hào)即可自主地消除有害振動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種主動(dòng)式動(dòng)力消振器，包括傳感器、控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分；其特征在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)(03)安裝于機(jī)殼(02)的上部，并通過(guò)其軸端的主動(dòng)齒型皮帶輪(31)和偏心轉(zhuǎn)子總成I(11)端部的被動(dòng)齒型皮帶輪(32)帶動(dòng)兩套偏心轉(zhuǎn)子總成I、II(11，12)反向旋轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)(04)借助軸頭上的聯(lián)軸器(41)帶動(dòng)絲杠(42)在撥叉(43)上的螺母中旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而拖動(dòng)螺旋齒輪(44，45)在芯軸(46)上平行移動(dòng)；異步電機(jī)(03)和步進(jìn)電機(jī)(04)的控制線路分別與控制裝置(05)的輸出接口相連；控制裝置(05)的輸入接口與振動(dòng)傳感器(01)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種主動(dòng)式動(dòng)力消振器，用于抵消艦船柴油機(jī)或螺旋槳的不平衡力和力矩引起的振動(dòng)。它包括傳感器、控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分。在使用過(guò)程中只需借助振動(dòng)傳感器采集有害振動(dòng)信息，控制裝置則分別向可變頻調(diào)速的異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)輸出控制信號(hào)用于改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)中不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的減(消)振力的頻率、相位和幅值，最終達(dá)到自主地與有害激勵(lì)力相抵的目的。
文檔編號(hào)F16F15/26GK2787922SQ200520020600
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者張文平, 張歡, 楊鐵軍, 張?zhí)煸?申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)