一种轴系振动抑制装置的制作方法

本发明属于减振降噪技术领域，具体涉及一种轴系振动抑制装置。

背景技术：

船舶推进轴系在运转时，受到螺旋桨水动力及船体变形等多种因素的共同作用影响，将不可避免的产生振动。轴系振动主要分为三种：扭转振动、纵向振动和回旋振动。当螺旋桨在水中旋转时，螺旋桨会产生不平衡离心力，螺旋桨上的流体激振力以及螺旋桨偏心质量的重力作用，这些力可导致整个轴系装置产生回旋振动。由于螺旋桨在不均匀流场中工作，不可避免的会产生脉动升力和脉动推力，可导致整个轴系装置的纵向振动。螺旋桨由于自身重力等因素的影响，也会导致整个轴系装置产生挠曲现象。发动机、螺旋桨等周期性扭矩激励则可使轴系产生扭转振动。

近些年来，螺旋桨在水中工作时轴系振动问题日益突显，人们对船舶推进轴系纵振、扭振和回旋振动的研究从未停歇。如现有的专利(公开号为cn104596714a)公开了一种船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，通过在配重圆盘上增加螺钉质量来模拟轴系的不平衡并改变了不同的轴系传动方式，以此模拟轴系的回旋振动和扭转振动。该装置能够模拟轴系齿轮、皮带、链轮传动并对不同传动方式下的轴系扭转振动进行研究,能够模拟万向轴的不同安装状态并对不同状态下的轴系扭转振动进行研究,能够模拟轴向不对中及质量不均匀状态并对不同状态下的轴系回旋振动进行研究，该装置结构简单,针对性强,为船舶推进轴系及其他低速重载轴系的回旋振动和扭转振动的实验研究提供了可靠而有效的综合实验装置。

专利(公开号为cn102072276a)提出了一种电磁式船舶轴系纵向振动主动控制装置，该装置直接作用在主传动轴上、采用控制器与传动轴并联的连接形式、采用惯性作动元件并将同轴系纵向振动相反的控制力加载到轴的内芯上，实现了轴系纵振的主动抑制，并且当采用了合适的主动控制算法时，该装置不仅对低频线谱激励十分有效，对宽带随机激励也有效果。但是上述专利均存在着轴系减振维度单一的问题，无法对对轴系纵向振动、横向振动和扭转振动等三维振动进行抑制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种对轴系纵向振动、横向振动和扭转振动进行有效抑制的轴系振动抑制装置。

本发明是这样实现的：包括横向电涡流传感器、垂向电涡流传感器、轴、支架、电工纯铁、螺旋线圈、内齿式圆盘、铁材质、转子；

内齿式圆盘的内侧表面沿轴向安装有多个电工纯铁，电工纯铁沿内齿式圆盘径向截面的圆周均匀分布；电工纯铁绕有螺旋线圈；内齿式圆盘上开有小孔；

轴的横截面上安装横向电涡流传感器，轴的轴向圆弧外表面安装垂向电涡流传感器，轴上安装转子；转子嵌套入内齿式圆盘中，转子为齿轮式，转子的外侧表面沿轴向安装有多个铁材质，铁材质沿转子径向截面的圆周均匀分布；内齿式圆盘通过支架固定于基座；

转子和内齿式圆盘的重心不重合且二者的重心都位于轴的中轴线上；

横向电涡流传感器和垂向电涡流传感器通过导线连接至数据采集仪，数据采集仪与控制器相连，控制器通过导线穿过内齿式圆盘的小孔与螺旋线圈相连；

本发明还可以包括：

所述的转子上的铁材质与内齿式圆盘上的电工纯铁的数量和外形尺寸相同，铁材质与电工纯铁在位置上一一对应。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过调节均匀螺旋线圈的电流来改变螺旋线圈与铁材质之间的作用力，振动抑制快速、精确。

2.由于转子和内齿式圆盘的重心不重合且二者的重心都位于轴的中轴线上，当对螺旋线圈通电以后，内齿式圆盘对转子在轴向、切线方向、横向方向均有作用力，利用该作用力对转子进行振动控制，最终实现对轴系纵向振动、横向振动和扭转振动进行有效抑制的轴系装置。该装置结构简单，操作方便，解决了轴系减振维度单一的问题，在实际工程中具有巨大的应用价值。

附图说明

图1为装置总体结构立体图。

图2本装置总体结构主视图。

图3本装置总体结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1-3所示，本装置包括横向电涡流传感器1、垂向电涡流传感器2、轴3、支架5、电工纯铁6、螺旋线圈7、内齿式圆盘8、铁材质9、转子10。螺旋桨4作为负载装置。

内齿式圆盘8焊接在支架5上，支架5固定在基座上；

内齿式圆盘8的内侧表面沿轴向安装有多个电工纯铁6，电工纯铁6沿内齿式圆盘径向截面的圆周均匀分布；电工纯铁6绕有螺旋线圈7；内齿式圆盘8上开有小孔；

轴3的横截面上安装横向电涡流传感器1，轴3的轴向圆弧外表面安装垂向电涡流传感器2，轴3上安装转子10；转子10嵌套入内齿式圆盘8中，转子10为齿轮式，转子的外侧表面沿轴向安装有多个铁材质9，铁材质9沿转子径向截面的圆周均匀分布；内齿式圆盘8通过支架5固定于基座；

转子10和内齿式圆盘8的重心不重合且二者的重心都位于轴3的中轴线上；

横向电涡流传感器1和垂向电涡流传感器2通过导线连接至数据采集仪，数据采集仪与控制器相连，控制器通过导线穿过内齿式圆盘8的小孔与螺旋线圈7相连。数据采集仪优选为lms数据采集仪。

转子10上的铁材质9与内齿式圆盘8上的电工纯铁6的数量相同且每个铁材质9与每个电工纯铁6在位置上也一一正对，转子10和轴3之间的连接方式为键连接。

转子10和内齿式圆盘8的重心不重合且二者的重心都位于轴3的中轴线上。螺旋线圈7上的导线从固定不动的内齿式圆盘8的圆孔中引出。电工纯铁6和内齿式圆盘8之间、铁材质9和转子10之间的连接方式为螺纹连接或者焊接。

针对不平衡激励导致的轴偏心不对中问题，当整个轴系装置旋转运行时，利用横向电涡流传感器1和垂向电涡流传感器2采集轴系偏心量，通过lms数据采集仪即可找到轴3的偏心位置，并通过控制器将电流信号输出给螺旋线圈7。假如当整个轴系装置轴心偏向铁材质9中的h2、g2、f2位置时，打开螺旋线圈7中n1、a1、b1的电流，将螺旋线圈7通电后的电工纯铁6看成一个永磁铁，电工纯铁6把铁材质9中的n2、a2、b2吸过来，从而使轴3的偏心位置上移，使轴心轨迹回到正轨。轴3在一个圆周内任意位置偏心时，其原理与上述描述类似。

针对轴3的挠曲问题。由于螺旋桨4自身重力的因素，导致整个轴3装置向下倾斜，发生挠曲现象；此时打开螺线线圈7中的m1、n1、a1、b1、c1的电流，由于电磁力的作用，整个轴3装置将会被向上拽起，从而实现轴3的弯曲振动的控制。

当整个装置突然停机时，转子10由于自身的惯性原因导致转子10仍然会继续转动一段时间，此时给内齿式圆盘8中的所有螺旋线圈7中通电，旋转转子10上的上铁材质9受到一个切向磁拉力的作用，从而实现整个轴系装置的快速停机。

针对轴系纵振问题，螺旋桨4在流场中工作时会受到脉动推力作用，通过在轴向布置非接触式横向电涡流传感器1和垂向电涡流传感器2测得轴3的纵振位移，将得到的振动信号传输给lms数据采集仪和控制器，将振动信号转化为电流并输入给螺旋线圈7；通电后的螺旋线圈7在轴向方向对转子10会产生一个与轴3纵振方向相反的磁拉力，从而可抵消纵振激励力的作用。实验时可采用的控制策略有直接反馈控制、模糊控制、pid控制、lqr控制等。

应该说明的是以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。