一种传动系统扭振减振方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械减振技术领域，特别是涉及一种传动系统扭振减振方法及其应 用。
【背景技术】
[0002] 对于带有齿轮箱传动的风力发电机组和潮流能发电机组，其传动系统扭转振动以 一阶模态频率为主。大幅减小扭转振动中一阶模态分量，将使得传动系统运行更平稳，各零 部件的扭转疲劳载荷更小，有利于提高结构的可靠性与寿命。
[0003] 目前在风力发电机组和潮流能发电机组上，多采用齿轮箱减振支撑的形式减振。 汽车行业上常见的减小传动系统扭转振动的技术方案有从动盘式和双质量飞轮式扭振减 振器。从动盘式和双质量飞轮式扭振减振器相当于机械低通滤波器，可以有效减小高频振 动。这两种方式都是在载荷传递路径上以串联形式加入弹簧-阻尼减振单元，但从动盘式 和双质量飞轮式扭振减振器需要"断开"传动系统并以串联形式加入减振器，这就改变了原 先传动系统的结构形式，因此，这两种技术方案在已经运行的传动系统上无法实施。
[0004] 因此，如何创设一种灵活性强，能够在不破坏传动系统原有结构的基础上有效减 振的新的传动系统扭振减振方法，实属当前业界极需改进的目标。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种传动系统扭振减振方法，使其灵活性强、减振效果好，能 够在不破坏传动系统原有结构的基础上显著减振，从而克服现有的减振结构不便后期修复 的不足。
[0006] 本发明的又一个目的是提供应用上述系统在风力/潮流能发电机组的传动系统 上的应用。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种传动系统扭振减振方法，是在传动轴上以并联形式安装扭振减振器，所述扭 振减振器为调谐转动惯量阻尼器，并通过绕传动轴的扭转运动减小传动系统中某一阶扭转 模态频率的振动水平。
[0009] 进一步地，所述扭振减振器安装在所述传动系统的某一阶扭转模态振型的最大相 对转角处。
[0010] 进一步地，所述扭振减振器的设置参数按照以下方法获得：A.计算原传动系统的 模态频率，确定需要减振的某一阶扭转模态频率设y为扭振减振器的转动惯量与 所述某一阶扭转模态频率的模态质量之比，选定y值，并根据
算扭振减振 器的自振频率与某一阶扭转模态频率的最佳频率比f_;根据
计算扭振减 振器的最佳阻尼率e d()pt;c.根据I d= y I m(Kte计算扭振减振器的转动惯量I d，其中Im(Kte为待 减振的目标模态的模态质量；根据《d= f 计算扭振减振器的自振频率《 rt;根据KdampOT =Id?d2计算扭振减振器的扭转刚度K dampOT;根据
I计算 扭振减振器的扭转阻尼CdampOT。
[0011] 进一步地，所述步骤B中y取值为0.01~0.05。
[0012] 进一步地，所述扭振减振器为安装在所述传动轴上可转动的环形结构，包括外环 部分的飞轮及内环部分的弹簧-阻尼结构，所述飞轮与弹簧-阻尼结构连接；当所述飞轮与 传动轴发生相对转动时，所述弹簧-阻尼结构产生圆周方向的力。
[0013] 进一步地，所述弹簧-阻尼结构包括内圈以及弹簧-阻尼单元，所述内圈上沿径向 向外设有多个外凸，所述飞轮的内缘沿径向向内设有多个内凸，所述外凸与内凸相互交叉 布置且均匀分布，所述弹簧-阻尼单元连接在相邻的外凸与内凸之间。
[0014] 进一步地，所述弹簧-阻尼单元按单列或多列设置，且每列沿以环心为圆心的圆 周均勾分布。
[0015] 进一步地，所述扭振减振器包括用于固定在所述传动轴上的安装套筒，所述内圈 与安装套筒固定连接。
[0016] 进一步地，所述安装套筒的两端分别安装有轴承，所述轴承的轴承座与所述外环 部分的飞轮固定连接。
[0017] 所述的传动系统扭振减振方法的应用，是在风力/潮流能发电机组的高速轴联轴 器与发电机连接的轴上安装所述扭振减振器，以减小传动系统一阶扭转模态频率的振动水 平。
[0018] 由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
[0019] (1)从动盘式和双质量飞轮式扭振减振器相当于机械低通滤波器，可以有效减小 高频振动；本发明在传动轴上以并联形式增加一个扭振减振器，相当于机械陷波器，可以有 效减小传动系统上扭转方向某一特定模态频率的振动水平。
[0020] (2)从动盘式和双质量飞轮式扭振减振器需要"断开"传动系统并以串联形式加入 减振器，这就改变了原先传动系统的结构形式，在已经运行的传动系统上无法实施。本发明 以并联形式加入扭振减振器，不破坏原先传动系统的形式，可用于已经运行的传动系统上， 降低振动或修复异常振动。
[0021] (3)将本发明的方法可以应用于风机上但不局限于风机，也可以应用于潮流能发 电机组或者汽车传动系统等。以应用于发电机组为例，可以在高速轴联轴器与发电机连接 的轴上安装所述形式的扭振减振器，通过减小扭转振动中一阶模态分量，将使得传动系统 运行更平稳，各零部件的扭转疲劳载荷更小，有利于提高结构的可靠性与寿命。
【附图说明】
[0022] 上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下 结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0023] 图1A是扭振减振器结构示意图。
[0024] 图1B是图1A中AA向剖视图。
[0025] 图2是原传动系统示意图。
[0026] 图3是带扭振减振器的传动系统示意图。
[0027] 图4是传动系统频响曲线前后对比图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明提供一种传动系统扭振减振方法，主要为在传动系统上以并联形式加入扭 振减振器，针对扭转方向上某一特定模态频率进行减振，效果显著，并且并联形式不改变原 先的传动系统结构形式，可用于事后修复异常振动。
[0029] 该技术方案的力学原理为调谐转动惯量减振，即把调谐转动惯量阻尼器（包括转 动惯量块、弹簧和阻尼单元）连接到传动系统上，通过转动惯量块与传动系统的控制振型 谐振将传动系统上的扭转振动能量转移到调谐转动惯量阻尼器上，从而抑制传动系统的扭 转振动。
[0030] 基于上述原理，扭振减振器的结构可设计为如下形式：将一个具有较大转动惯量 的飞轮通过弹簧-阻尼结构连接在原传动轴上，当飞轮与传动轴发生相对转动时，弹簧-阻 尼结构产生圆周方向的力。
[0031] 下面以双馈式风力发电机组为例，介绍本发明的实施方式以及工作原理。
[0032] 如图1A、图1B所示，扭振减振器安装在风力发电机组高速轴联轴器与发电机连接 的轴上，扭振减振器的结构形式设置为安装在传动轴1上可转动的环形结构，包括外环部 分的飞轮7及内环部分的弹簧-阻尼结构，所述飞轮7与弹簧-阻尼结构连接；当所述扭振 减振器与传动轴1发生相对转动时，所述弹簧-阻尼结构产生圆周方向的力。
[0033] 安装套筒2与传动轴1通过过盈配合固定连接，扭振减振器内环部分的弹簧-阻 尼结构具有内圈6,内圈6固定在安装套筒2上。安装套筒2的两端安装有轴承，分别为右 轴承3、左轴承10,对应的，所述右轴承3安装在右轴承座5上，外部装有右轴承盖4 ;左轴 承10安装在左轴承座8上，外部装有左轴承盖9。锁紧螺母11通过螺纹连接于安装套筒 2上，用于固定左轴承10。左轴承盖9、右轴承盖4通过螺栓12分别固定在左、右轴承8、3 上；左轴承座8、右轴承座5通过螺栓及垫片13与所述飞轮7固定连接。
[0034] 如图1B所示，所述弹簧-阻尼结构包括多个弹簧-阻尼单元14,所述飞轮7的内 缘沿径向向内设有多个内凸，所述内圈6上沿径向向外设有多个外凸，所述外凸与内凸互 相交叉布置且均匀分布，相邻的外凸与内凸之间连接所述弹簧-阻尼单元14。
[0035] 所述多个弹簧-阻尼单元14按轴向单列或多列设置，且每列沿以环心为圆心的圆 周均匀分布。图1A、图1B中的弹簧-阻尼单元14为双列布置的形式，每列圆周均布8个， 仅为示例，可以采用圆周均布任意多个、任意列数布置的形式。弹簧-阻尼单元14中的弹 簧包括但不局限于拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧等，阻尼器包括但不限于气缸阻尼器、液 压阻尼器等。
[0036] 此外，基于上述设计基本思想，扭振减振器的结构可以有如下变通形式：
[0037] 传动轴1与安装套筒2之间、安装套筒2与扭振减振器内圈6之间为固定连接，可 以采用过盈配合、键连接、花键连接、销连接、胀套连接、型面连接、星盘连接等各种连接形 式。
[0038] 轴承3、10为滚动轴承，包括但不限于深沟球轴承、圆锥滚子轴承等各类滚动轴 承。右侧轴承3通过右侧轴承盖4、右侧轴承座5支撑飞轮7,左侧轴承10通过左侧轴承盖 9、左侧轴承座8支撑飞轮7。轴承3、10使得飞轮7可以绕传动轴1作圆周转动。
[0039] 基于上述实施形式，本发明所述减振方法的工作原理简介如下。
[0040] 未安装扭振减振器时，如图2所示，传动系统可简化为两质量弹簧振子，即风轮和 发电机转子以扭转弹簧-阻尼单元连接。
[0041]注：图2中风轮和发电机转子的转动惯量、