一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构

1.本发明属于振动噪声控制技术领域，涉及一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构。


背景技术：

2.振动是旋转机械安全运行的典型危害，振动过度会造成旋转机械严重破坏。旋转机械在国家工业领域中常作为核心设备，常常由于不平衡等原因产生振动，特别是对于多跨转子，其工作转速通常在一阶临界转速以上，在开、停车阶段必须经过临界转速，此时会发生强烈的共振，严重影响机组的稳定运行。随着国家装备制造业对旋转机械的高效可靠和长周期的稳定运行提出了越来越高的要求，因此，对其转子系统振动的高效控制尤为重要，且是亟待解决的问题。
3.控制旋转机械的振动特别是关键零部件的振动对于机械系统的稳定性极为重要。对旋转机械的振动进行合理的分析并得出结果，有利于后续对旋转机械进行改善来减缓机械零件的振动。然而，在实验时，对旋转机械产生的振动进行模拟是十分困难的。如前所述，为了满足模拟实验中对旋转机械的振动要求，亟需开发新的扭转激励装置，以满足对真实旋转机械振动进行模拟的要求，进而更准确的研制出更有效消除旋转机械振动的装置。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构，利用轴带动偏心轮旋转而产生周期性变化的皮带拉紧力，从而对轴产生了一个周期性变化的压轴力，在此周期性变化的压轴力作用下，轴产生振动，即激励轴产生了一个扭转振动，以实现对真实旋转机械振动进行模拟。
5.本发明的一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构，该组合式偏心轮扭转激励机构用于与转子系统配合，实现转子系统的振动模拟，具体包括：大带轮、偏心盘、第一轴承、弹性带、小带轮、第二轴承以及支撑轴；
6.所述大带轮和偏心盘通过第一轴承配合转动连接，所述偏心盘固定安装在第一轴承的内圈中，第一轴承安装在大带轮中，第一轴承的外圈与大带轮内壁固定连接；所述偏心盘套设固定在转子轴上，且一端从第一轴承伸出后与转子固定连接；所述大带轮和小带轮通过弹性带连接，所述支撑轴设置在转子系统一侧且与转子轴平行设置，所述小带轮通过第二轴承与所述支撑轴转动连接。
7.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，所述偏心盘上设有多个螺栓孔和多个定位孔，在转子相应位置设有相同的螺栓孔和定位孔，通过定位销插入定位孔定位后，偏心盘和转子通过螺栓固定连接。
8.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，多个螺栓孔和多个定位孔的圆心位于同一圆周上；多个螺栓孔两两一组位于同一直径上，多个定位孔两两一组位于同一直径上。
9.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，多个螺栓孔的孔径都相同。
10.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，所述大带轮和小带轮的轮缘上设有v形带轮槽，大带轮和小带轮上的v形带轮槽是正对设置的。
11.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，所述大带轮和小带轮通过多根相同的弹性带连接。
12.在本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构中，所述支撑轴两端通过小轴承安装在支撑座上，支撑轴通过支撑座安装在转子系统一侧。
13.本发明的一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构，至少具有以下有益效果：
14.1.本发明中的偏心盘与转子系统中的转子采用螺栓连接，保证了偏心盘不可沿轴向窜动；大带轮通过第一轴承安装在偏心盘上，保证了大带轮不可沿轴向窜动；小带轮通过第二轴承安装在支撑轴上，保证了小带轮不可沿轴向窜动，进而大带轮和小带轮的固定位置保证了弹性带安装的准确性，规定了本装置的工作状态。
15.2.通过更换不同直径的偏心盘可调节偏心盘相对于转子系统的偏心距，并且不同直径的偏心盘的质量也不同，使偏心盘产生的激励力矩可调，进而调节系统拟合出的振动效果，能够模拟转子系统在不同的工况下的振动。
16.3.小带轮固定在支撑座上做旋转运动，使小带轮在空间上相对于转子系统的位置不发生变化，可以更换不同直径的小带轮，以改变大带轮与弹性带之间的包角，也可以起到改变机构整体对转子系统的压轴力的作用。
17.4.本发明利用偏心盘与转子系统和大带轮、小带轮的组合拟合出实验时需要的激励效果，利用了扭转偏心激励和压轴力，形成了动态周期性组合变化的振动效果。整套装置的设计合理，结构简单紧凑，应用性强，克服了现有旋转机械拟振技术的短板。拟合振动效果显著，弥补了目前扭转激励领域的不足。
附图说明
18.图1是本发明的一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构的示意图；
19.图2是本发明的一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构安装到转子系统的示意图；
20.图3为偏心盘的结构示意图；
21.图4为转子系统不安装组合式偏心轮扭转激励机构时的频幅特性曲线；
22.图5为本发明的组合式偏心轮扭转激励机构安装到转子系统上，弹性带单边拉力f＝5n时的频幅特性曲线；
23.图6为本发明的组合式偏心轮扭转激励机构安装到转子系统上，弹性带单边拉力f＝10n时的频幅特性曲线；
24.图7为本发明的组合式偏心轮扭转激励机构安装到转子系统上，弹性带单边拉力f＝15n时的频幅特性曲线；
25.其中，1-弹性带，2-支撑座，3-小带轮，4-第二轴承，5-支撑轴，6-转子轴，7-转子，8-大带轮，9-第一轴承，10-偏心盘，11-螺栓，12定位孔，13-电动机，14-联轴器，15-第一轴
段，16-第二轴段，17-第三轴段，18-第四轴段。
具体实施方式
26.如图1所示，本发明的一种产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构，用于与转子系统配合，实现转子系统的振动模拟，具体包括：大带轮8、偏心盘10、第一轴承9、弹性带1、小带轮3、第二轴承4以及支撑轴5。
27.所述大带轮8和偏心盘10通过第一轴承9配合转动连接，所述偏心盘10固定安装在第一轴承9的内圈中，第一轴承9安装在大带轮8中，第一轴承9的外圈与大带轮8内壁固定连接。所述偏心盘10套设固定在转子轴6上，且一端从第一轴承9伸出后与转子7固定连接。所述大带轮8和小带轮3通过弹性带1连接，所述支撑轴5设置在转子系统一侧且与转子轴6平行设置，所述小带轮3通过第二轴承4与所述支撑轴5转动连接。所述支撑轴5两端通过小轴承安装在支撑座2上，通过支撑座2安装在转子系统一侧。所述大带轮8和小带轮3的轮缘上设有v形带轮槽，大带轮和小带轮上的v形带轮槽是正对设置的。
28.转子系统工作时，偏心盘10带动大带轮8做偏心扭转。小带轮3相对于转子系统在空间上的位置是不变的，而大带轮8通过第一轴承9安装在偏心盘10上，其位置相对于转子系统是成周期性变化的，故形成了动静结合的组合式。大带轮8的偏心转动给转子系统产生了一个周期性变化的激励力矩，大带轮8和小带轮3在旋转时，由于相对位置的变化，对转子系统又产生了一个压轴力，激励力矩和压轴力的共同作用使转子系统产生了所需形式的振动。由于大带轮8做偏心旋转，大带轮8和小带轮3在工作时的相对位置可有不同种的变化，进而能够模拟出满足转子系统在不同的工作情况下的振动。
29.如图3所示，所述偏心盘10上设有多个螺栓孔13和多个定位孔12，在转子7相应位置设有相同的螺栓孔和定位孔，通过定位销插入定位孔定位后，偏心盘10和转子7通过螺栓固定连接。多个螺栓孔13和多个定位孔12的圆心位于同一圆周上；多个螺栓孔13两两一组位于同一直径上，多个定位孔12两两一组位于同一直径上。多个螺栓孔13的孔径都相同。
30.所述大带轮8和小带轮3通过多根相同的弹性带1连接。通过更换不同弹性的弹性带1或使用多根相同的弹性带1可调节弹性带1对转子系统中转子轴6的压轴力，可以获得想要的激励效果。通过更换不同偏心距和质量的偏心盘10与转子7相配合连接，可拟合出不同的振动效果。
31.如图2所示，将本发明的产生转子振动的组合式偏心轮扭转激励机构应用到简单转子系统中时，从电动机13开始设置了4个共线轴段第一轴段15、第二轴段16、第三轴段17和第四轴段18，长度由编号从小到大分别为：100mm、330mm、200mm、100mm；4个轴段用三个联轴器14相连接，定义不同的弹性带1不同的单边拉力f0分别为5n、10n、15n。
32.弹性带1产生的压轴力f
p
与其单边拉力f0之间的关系为：
[0033][0034]
弹性带1单边拉力f0产生的扭矩t0为：
[0035]
t0＝f
p
ecos(ωt θ)
[0036]
其中，α为大带轮8与弹性带1接触的包角，是200
°
。e为偏心盘10的偏心距，ω为转子系统旋转时的角速度，θ为转子7的扭转角。
[0037]
在上述条件下进行了扫频仿真计算。图5-7给出了频率在5-15hz时的扭转激励模拟曲线，相比与图4只存在转子系统的频幅特性曲线来说，图5频率为5hz时，扭转激励产生的振幅最大为0.65deg，图6频率为10hz时，扭转激励产生的振幅最大为1.29deg，图7频率为15hz时，扭转激励产生的振幅最大为1.91deg。随着频率的提高，扭转激励的拟合效果也得到提高，可以实现动态拟合，拟合效果良好。
[0038]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。