一种用于转子的振动抑制装置的制作方法

本发明属于旋转设备技术领域，具体地说，是涉及一种用于转子的振动抑制装置。

背景技术：

在旋转设备当中，高速旋转设备的转轴大部分是由油膜滑动轴承支撑的，当油膜涡动或者油膜振荡发生时，转子系统的振动就会出现异常，导致滑动轴承的损坏和故障。

现有的振动抑制装置通过振动传感器在线拾取转子的振动信号，控制器对振动信号进行相应处理并生成控制信号，控制振动抑制装置的电磁线圈中的电流大小，从而控制电磁铁对转轴的轴颈的磁力的大小，使转子稳定在平衡位置附近振动。但是由于安装过程要考虑转子初始振幅，所以要预留一定量的间隙，且该间隙不可调节，使转子在转动过程中达到动态平衡时距离电磁铁较远或者在有外界干扰振动较大时与电磁铁的内壁产生碰撞，增加转轴及振动抑制装置损坏的几率。另外，现有的振动抑制装置由于安装方法的限制使转子转轴的中心线不能和振动抑制装置的中心完全重合，使控制始终存在偏差，影响控制效果。

技术实现要素：

本发明提供一种用于转子的振动抑制装置，在可变线圈电流下磁场分布更均匀，转子振动抑制效果更好，同时解决转子与振动抑制装置内壁的碰撞造成的部件损坏的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于转子的振动抑制装置，所述转子包括转轴，所述振动抑制装置包括电磁铁、调节装置、振动传感器、控制器；所述电磁铁包括多个，均匀设置在所述转轴的外侧；各所述电磁铁均包括铁芯、线圈；所述调节装置包括多个，分别与各所述电磁铁一一对应连接，用于调节各所述电磁铁与所述转轴之间的间隙；所述振动传感器用于测量所述转轴的振动信号；

所述控制器分别与所述振动传感器、各所述线圈、各所述调节装置连接；当所述转轴转动时，所述控制器接收所述振动信号并对其进行处理生成位移信号；所述控制器根据所述位移信号输出第一控制信号、第二控制信号；所述第一控制信号控制各所述线圈内的电流的大小；所述第二控制信号控制各所述调节装置动作调节各所述电磁铁与所述转轴之间的间隙。

作为所述振动抑制装置的一种具体的设计，所述控制器设置有初始值、上阈值、下阈值；当所述位移信号与所述初始值有偏差时，所述控制器输出第一控制信号；当所述位移信号大于所述上阈值时，所述控制器输出所述第二控制信号控制所述调节装置动作使各所述电磁铁远离初始位置的所述转轴的中心移动；当所述位移信号小于所述下阈值时，所述控制器输出所述第二控制信号控制所述调节装置动作使所述电磁铁向靠近初始位置的所述转轴的中心移动。

作为所述振动抑制装置的一种具体的结构设计，其还包括底座、多个夹套、多个第一滑道；各所述第一滑道与所述底座固定连接，且所述第一滑道的中线穿过初始位置的所述转轴的中心线，并与所述中心线垂直；各所述夹套分别位于各所述第一滑道内，且可沿对应的所述第一滑道滑动；各所述夹套一一对应套装在各所述电磁铁的外部，其上均设置有第二滑道；所述调节装置包括多个夹套、多个第一连杆、多个第二连杆、多个第三连杆、多个滑块；各所述夹套分别位于各所述第一滑道内，且可沿对应的所述第一滑道滑动；各所述夹套一一对应固定套装在各所述电磁铁的外部，其上均设置有第二滑道；所述滑块与所述第二滑道安装适配，且安装在所述第二滑道内，可在所述第二滑道内移动；所述滑块铰接在所述第一连杆的一端；所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端固定连接，且连接点铰接在其对应的所述第一滑道上；所述第三连杆的一端与所述第二连杆的另一端铰接，所述第三连杆的另一端可沿圆周移动；所述圆周以初始位置的所述转轴的中心为圆心。

优选的，所述第二滑道与所述第一滑道垂直；所述第一连杆与所述第二连杆垂直；所述第二连杆与平行于所述第二滑道的直线之间的夹角不小于90度。

进一步的，所述调节装置还包括滑道环、调节环；所述滑道环为环状结构，且与所述底座固定连接；在所述滑道环的内侧设置有内圆槽；所述调节环为环状结构，其与所述内圆槽安装适配且位于所述内圆槽内，可在所述内圆槽内转动；所述第三连杆的另一端铰接在所述调节环上。

进一步的，所述调节装置还包括齿轮、步进电机；在所述调节环的内圈设置有与所述齿轮啮合适配的齿圈；所述齿轮与所述齿圈连接，且所述齿轮与所述步进电机的输出轴连接；所述步进电机与所述控制器连接，接收所述第二控制信号。

优选的，所述电磁铁包括四个，正交设置在所述转轴的外侧；各所述电磁铁面向所述转轴的部分为与所述转轴连接适配的圆柱面，当各所述电磁铁与所述转轴接触时，所述圆柱面与所述转轴贴合；所述第一滑道包括四个，正交设置在所述转轴的外侧。

进一步优选的，还包括支撑环,其为环状结构；各所述第一滑道与所述支撑环固定连接；所述支撑环包括上半支撑环、下半支撑环，所述上半支撑环的一端与所述下半支撑环的一端铰接，其另一端可拆卸固定连接；所述下半支撑环与所述底座一体设置；所述滑道环包括上半滑道环、下半滑道环；所述下半滑道环与所述底座一体设置，与所述下半支撑环相邻；所述上半滑道环与所述底座可拆卸固定连接；所述调节环包括上半调节环、下半调节环；所述上半调节环的一端与所述下半调节环的一端铰接；所述上半调节环的另一端与所述下半调节环的另一端可拆卸固定连接。

进一步的，还包括第一侧盖、第二侧盖，分别位于所述支撑环的外侧、所述滑道环的外侧，分别与所述底座可拆卸固定连接。

优选的，所述第一侧盖包括上半第一侧盖、下半第一侧盖；所述下半第一侧盖与所述底座一体设置；所述第二侧盖包括上半第二侧盖、下半第二侧盖；所述上半第一侧盖与所述上半第二侧盖、所述上半滑道环一体设置。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：使用本发明的一种用于转子的振动抑制装置，可以根据振动传感器测得的振动信号控制调节装置调节转轴与电磁铁之间的间隙的大小，满足不同工况下转轴振动的需要。在转子处于振动平衡状态时，缩小转轴与电磁铁之间的间隙，减小电磁铁中的电流仍能满足磁场强度的需要，提高控制精度。当转轴受到外界干扰产生较大振动幅度时，调节装置增大转轴与电磁铁之间的间隙，防止转轴在振动过程中碰撞电磁铁，造成电磁铁损坏或者转轴磨损。

附图说明

图1是本发明所提出的一种用于转子的转轴的振动抑制装置的一种实施例的整体安装示意图；

图2是图1中的振动抑制装置的实施例的结构爆炸图；

图3是图1中的振动抑制装置的实施例的纵向剖视图；

图4是图3中的底座及第一滑道结构示意图；

图5是电磁铁与转轴之间的间隙区域示意图；

图6是电磁铁结构示意图；

图7是连杆机构模型示意图；

图8是连杆机构模型第一位置状态示意图；

图9是连杆机构模型由某一位置移动到第二位置状态示意图。

图中，

1、电磁铁；101、线圈；102、铁芯；103、内侧壁；2、夹套；201、第二滑道；3、滑块；4、第一连杆；5、第二连杆；6、第三连杆；7、连接点；8、第一滑道；901、上半调节环；902、下半调节环；903、齿圈；1001、上半滑道环；1002、下半滑道环；1003、内圆槽；11、底座；1101、凹槽；1102、第一通孔；1201、上半第二侧盖；1202、下半第二侧盖；1203、第二通孔；1301、上半第一侧盖；1302、下半第一侧盖；14、步进电机；1401、输出轴；15、齿轮；1501、齿轮轴；1601、上半支撑环；1602、下半支撑环；17、挡片；18、转轴；19、滑动轴承；20、润滑油管；21、第一区域；22、第二区域；23、第三区域；24、水平位移传感器；25、竖直位移传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中至始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1及图2，本发明的一种用于转子的振动抑制装置包括电磁铁1、调节装置、振动传感器、控制器。转子包括转轴18。电磁铁1包括多个，其均包括线圈101、铁芯102。各电磁铁1均匀分布在转轴18的外侧，当某一个或者两个电磁铁1的线圈101中通以电流时，在转轴18的一侧形成磁场，吸引导磁体材质的转轴18，对其位置进行调整，使转轴18的振动快速达到平衡，或抑制转子的非正常振动，防止用于支撑转轴的滑动轴承19的损坏。另外，调节装置与电磁铁1连接，用于调节电磁铁1与转轴18之间的间隙的大小，以适应不同工况下转轴18的振动幅度。当转轴18达到振动平衡时，调节装置使电磁铁1向接近初始位置的转轴18的中心移动，缩小电磁铁1与转轴18之间的间隙，实现即使减小线圈101中的电流仍能有效调整转轴18的位置，且能提高控制精度，节省能源。当受到外界干扰而产生振动异常时，调节装置使电磁铁1向远离初始位置的转轴18的中心移动，增加电磁铁1与转轴18之间的间隙，防止振动异常的转轴18碰撞电磁铁1，造成电磁铁1的损坏或者转轴18的磨损。控制器分别与振动传感器、线圈101、调节装置连接。当转子运转时，控制器接收振动传感器测得的转轴18振动幅度的振动信号并对其进行分析处理生成位移信号，并根据上述的位移信号输出第一控制信号、第二控制信号。第一控制信号控制通过各线圈101的电流的大小，从而调整电磁铁1施加到转轴18上的电磁力的方向及大小，最终调整转轴18的振动幅度。调节装置接收第二控制信号，并由第二控制信号控制调节装置动作，调整电磁铁1与转轴18之间的间隙的大小，以满足不同工况下的振动情况，避免振动平衡时间隙过大造成的能源浪费以及间隙过小造成的铁芯102与转轴18之间的碰撞及摩擦，且在调整铁芯102与转轴18之间的间隙减小时可降低控制转轴18振动平衡的难度，提高控制精度。

下面通过具体的实施例对本发明的一种用于转子的振动抑制装置进行详细的描述。

在一实施例中，本发明中的控制器设置有初始值。振动传感器为位移传感器，且包括两个，分别为水平位移传感器及竖直位移传感器，其测得的水平位移信号及竖直位移信号输出到控制器。控制器对水平位移信号及竖直位移信号进行分析得出转轴18在某一方向上的最大的位移值。控制器将上述位移值与初始值进行比较。当位移值与初始值存在偏差时，控制器输出第一控制信号启动对线圈101电流的大小的控制，控制电磁铁1对转轴18的吸力的大小及方向。另外，控制器还设置有上阈值、下阈值，并将上述位移值分别与上阈值和下阈值进行比较。当位移值大于上阈值时，则控制器输出第二控制信号，控制调节装置动作使电磁铁1向远离初始位置的转轴18的中心移动，增加电磁铁1与转轴18之间的间隙，避免振动异常的转轴18与电磁铁1碰撞或摩擦而损坏电磁铁1或者转轴18。当位移值小于下阈值时，转轴18的振动达到了动态的平衡，此时控制器输出第二控制信号，控制调节装置动作使电磁铁1向着靠近初始位置的转轴18的中心移动，使控制器控制线圈101中的电流的大小以调整电磁铁1对转轴的磁力的大小及方向更容易，提高控制精度；且由于间隙减小，即使电流变小，仍能满足对转轴18位置的有效调整，节省能源。

具体的，参照图5，当转轴18在第一区域21内振动时，控制器控制调节装置动作减小电磁铁1与初始位置的转轴18之间的间隙；当转轴18在第二区域22内振动时，控制器不调整电磁铁1与初始位置的转轴18之间的间隙；当转轴18在第三区域23内振动时，控制器控制调节装置动作增大电磁铁1与初始位置的转轴18之间的间隙。第一区域21为转子振幅较为稳定的工况，此时控制器同时控制线圈101电流及调整电磁铁1与转轴18之间的间隙，控制器控制输入线圈101电流的大小及输入哪个线圈101电流，使转子振幅范围稳定在区域1；控制器控制步进电机14缩小转子与电磁铁1之间的间隙，上述间隙存在最小值。第二区域22为转子振幅正常工作状况，此时控制器仅控制线圈101电流的变化，改变作用到转轴18上的力的大小及方向，迫使转子振幅的范围由第二区域22向第一区域21过渡。当有外界干扰作用时，转子振幅达到第三区域23或以上，此时控制器既控制线圈101电流，使转子振幅的范围由第三区域23向第二区域22过渡，又控制调节装置动作扩大电磁铁1与转轴18之间的间隙，上述间隙存在最大值。避免了高速转动的转子的转轴18与电磁铁1的直接接触。优选的，控制器控制线圈101中的电流调整转轴18的位置采用pid的控制方法。具有响应快、精度高等特点。另外，需要说明的是，转轴振动的区域及位移值都属于通过位移传感器测量值的统计量，且转轴振动位于第一区域21、第三区域23时，控制器控制转轴与电磁铁之间的间隙可分步进行。

在一实施例中，参照图1、图2、图3及图4，电磁铁1优选设置有四个，其正交分布在转轴18的外侧，且其内侧壁103为部分圆柱面。当各电磁铁1的内侧壁103与转轴18接触时，其与转轴18的圆柱面贴合。可以通过此种方法在转轴18初始位置时对振动抑制装置的安装位置进行定位，使振动抑制装置的中心与转轴18的初始位置的中心比较接近，甚至完全重合，增加振动抑制装置的安装精度，从而提高振动抑制装置对转轴18振动的抑制作用的控制精度。当然电磁铁1的数量也可选择其他数量，只要满足其内侧壁103与转轴18的圆柱面贴合即可。

参照图1、图2、图3及图4，振动抑制装置还包括多个第一滑道8、底座11。为了与电磁铁1配合使用，第一滑道8的个数优选设置有四个，正交分布在转轴18的外侧，且各第一滑道8的中线垂直且穿过初始位置的转轴18的中心线，与底座11连接。优选的，还包括支撑环，其为环状结构，与底座11连接。各第一滑道8固定设置在支撑环内，与各电磁铁1位置一一对应进行设置；各电磁铁1可沿各自对应的第一滑道8移动，使其远离初始位置的转轴18的中心线或者靠近初始位置的转轴18的中心线移动。优选的，第一滑道8通过两个相对的平行板状结构组成，电磁铁1位于两个平行板状结构之间，为了限制电磁铁1脱离第一滑道8，在两个平行板状结构的外侧设置有多个挡片17，将电磁铁1阻挡在第一滑道8内。

在一实施例中，参照图2、图3、图7、图8及图9，各电磁铁1在各第一滑道8中的移动通过四连杆机构的调节装置进行。具体为，调节装置包括多个夹套2、多个第一连杆4、多个第二连杆5、多个第三连杆6、多个滑块3。为了配合各电磁铁1使用，夹套2和第一连杆4、第二连杆5、第三连杆6均包括四个；各夹套2均设置有开口的腔体，且由开口处分别固定套装在各电磁铁1的后部；在各夹套2的底部均设置有第二滑道201，各第二滑道201与各第一滑道8分别对应垂直。滑块3与第二滑道201安装适配，且位于第二滑道201中，可沿第二滑道201移动；第一连杆4的一端与滑块3铰接，另一端与第二连杆5的一端固定连接，且第一连杆4与第二连杆5的连接点7铰接在对应的第一滑道8上；第二连杆5的另一端与第三连杆6的一端铰接；第三连杆6的另一端可沿支撑环的圆周移动。为了使四连杆机构能按照设定的趋势移动，第一连杆4与第二连杆5优选固定垂直；第二连杆5与平行于第二滑道201的直线之间的夹角不小于90°。优选的，第一连杆4和第二连杆5可为一体制造的弯连杆。

进一步的，参照图1、图2、图3、图4、图7、图8及图9，为了增加电磁铁1在第一滑道8中移动的精度，调节装置还包括滑道环、调节环、齿轮15、步进电机14。滑道环为环状结构，在其内侧设置有内圆槽1003；调节环为环状结构，其与内圆槽1003安装适配，且安装在内圆槽1003内，可在内圆槽1003内转动；第三连杆6的另一端铰接在调节环上；通过调节环的转动带动四连杆结构动作，从而调整电磁铁1在第一滑道8中的位置。在调节环的内侧设置有与齿轮15啮合适配的齿圈903，齿圈903的长度可以根据调节的范围进行设置；步进电机14相对底座11固定设置，也可以固定安装在底座11上；齿轮轴1501与步进电机14的输出轴1401连接，齿轮15与齿圈903连接。步进电机14与控制器连接，通过第二控制信号控制步进电机14旋转的角度，从而控制第三连杆6的另一端跟随调节环转过的角度，从而调整电磁铁1沿第一滑道8移动的距离。具体的，参照图7、图8及图9，建立四连杆模型及坐标系，计算夹套2沿第一滑道8移动的距离。

四连杆机构的封闭矢量方程式的复数矢量形式为：

通过欧拉公式将实部与虚部进行分离，得

e^iθ＝cosθ+isinθ

联立方程，消去得

l1为ab连杆长度，即调节环的半径；l2为bc连杆长度，即第三连杆6的长度；l3为cd连杆长度，即第二连杆的长度；l4为ad长度，即连接点7到初始位置的转轴18的中心的距离；l5为de连杆长度，即第一连杆4的长度；为初始位置的ab与水平线的夹角；为bc与水平线的夹角；为初始位置的cd与水平线的最小的夹角，且不小于90度；为cd由初始位置移动的角度；s为阻尼器沿径向轨道移动的距离。由连杆机构的解析式得出，为了达到控制精度，需要缩小ab杆长度，即缩小调节环的半径，增大cd杆的长度，减小de连杆的长度。由于调节的范围较小，调节规律成线性变化，通过电脑软件仿真调节，最终优选传动数值为s＝0.8θ，θ为调节环转过的角度，即调节环每转过1度，则铁芯102沿第一滑道8移动0.8毫米。可调节齿圈903与齿轮15的传动比，或将齿轮15转换为齿轮系统调整传动比。优选传动数值为s＝0.02θ′，θ′为步进电机14转动的角度。即步进电机14每转动1度，铁芯102沿第一滑道8移动0.02毫米。

优选的，参照图6，线圈101由漆包线绕制而成，铁芯102由较薄的硅钢片叠制而成，较薄的硅钢片能够有效减少涡流的产生，减少铁损，减少线圈101散热量。各夹套2分别套装在各电磁铁1上，对其进行防护及减小其在第一滑道8中移动的摩擦力。夹套2优选由不锈钢制作，其与铁芯102之间紧密配合，能够将线圈101中产生的热量迅速导出。

在一实施例中，参照图1、图2、图3、图4，支撑环包括上半支撑环1601、下半支撑环1602。下半支撑环1602与位于下半支撑环1602内的第一滑道8与底座11一体设置；上半支撑环1601与位于上半支撑环1601内的第一滑道8一体设置。上半支撑环1601的一端与下半支撑环1602的一端铰接，另一端与下半支撑环1602的另一端可拆卸固定连接。滑道环包括上半滑道环1001、下半滑道环1002；下半滑道环1002与底座11一体设置，即下半滑道环1002设置在底座11上，与支撑环相邻；上半滑道环1001与下半滑道环1002可拆卸固定连接。调节环包括上半调节环901、下半调节环902；上半调节环901的一端与下半调节环902的一端铰接；上半调节环901的另一端与下半调节环902的另一端可拆卸固定连接。在安装振动抑制装置时，只需将以上半支撑环1602与下半支撑环1602、上半滑道环1001与下半滑道环1002、上半调节环901与下半调节环902之间的开拆卸固定连接拆开，通过其中的铰链开口，将转轴18从开口装入各电磁铁1的内侧面103内侧即可，不需要拆卸转轴18的支撑用滑动轴承19，避免轴承反复拆装造成的安装误差，提高安装精度。只需要在初次安装时转轴18停机，在维修及保养振动抑制装置时，可不进行停机直接将电磁铁1与转轴18之间的间隙调节为最大进行拆装及维修、保养，提高生产效率。

在一实施例中，参照图1及图2，振动抑制装置还包括第一侧盖、第二侧盖，分别位于各支撑环的外侧、滑道环的外侧，分别与底座11固定连接。优选的，第一侧盖包括上半第一侧盖1301、下半第一侧盖1302；下半第一侧盖1302与底座11一体设置；第二侧盖包括上半第二侧盖1201、下半第二侧盖1202；上半第一侧盖1301与上半第二侧盖1201、上半滑道环1001一体设置形成上半罩盖，其可将上半支撑环1601及上半调节环901一同罩住。为了方便将下半第二侧盖1202与底座11固定连接，在底座11上设置有与下半第二侧盖1202连接适配的凹槽1101，其与滑道环相邻；下半第二侧盖1202安装在凹槽1101内，且与底座11可拆卸固定连接。在下半第二侧盖1202上设置有第二通孔1203，齿轮轴1501通过第二通孔1203伸出第二侧盖与步进电机14输出轴1401连接。

在一实施例中，参照图1，水平位移传感器24、竖直位移传感器25安装在第二侧盖上，水平位移传感器24对应转轴18水平直径安装，竖直位移传感器25对应转轴18竖直直径安装。当然，水平位移传感器24及竖直位移传感器25也可以安装在第一侧盖上。

在一实施例中，参照图1、图2、及图4，在底座11的侧部设置有第一通孔1102，其一端与内圆槽1003连通，另一端与外部润滑油管20连通，用于向内圆槽1003内注入润滑油。为调节环在内圆槽1003内转动进行润滑。为了防止润滑油泄露，在内圆槽1003与调节环的侧向间隙中装有填料。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。