本發(fā)明涉及船舶動力技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器及使用方法。

背景技術(shù)：

螺旋槳是船舶最主要的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生靜推力，推動艦船在水域中航行。與此同時，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)運動會在艦船的艉部引起不規(guī)則的伴流場，這也使得螺旋槳還會產(chǎn)生額外的脈動推力。其中，靜推力是有用功，驅(qū)動艦船航行。但是脈動推力是無用并且有害的，它使得推進(jìn)軸系發(fā)生縱向拉壓變形，引起縱向振動。對于水面艦船而言，脈動推力產(chǎn)生的振動會影響其乘坐的舒適性，同時對艇體中的設(shè)備造成危害；對水下艦艇而言，螺旋槳脈動推力造成艇體振動而產(chǎn)生的輻射噪聲，大大降低了水下艦艇的聲隱身性能。

相關(guān)研究表明，激發(fā)艦船殼體振動并引起輻射噪聲作用力源頭中，大部分是由螺旋槳端激勵力通過推進(jìn)軸系傳遞的。振動噪聲控制最有效的方式是從振動傳遞途徑即推進(jìn)軸系上入手，控制軸系的縱向振動以降低其振動的傳遞效率，其中安裝動力吸振器就是一種實用有效的方法。

目前常用的動力吸振器主要有被動式、主動式和半主動式。被動式動力吸振器結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性和可靠性好，但只能針對特定的頻率進(jìn)行減振，工作頻帶窄；主動式動力吸振器可以適應(yīng)外擾激勵頻率的變化，控制頻帶寬，但主動控制技術(shù)需要提供較大的外接能量，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；半主動式動力吸振器可以根據(jù)外激勵的變化，實時調(diào)節(jié)剛度、慣性以及阻尼參數(shù)，既不需要外接能量，又能獲得較寬的減振頻帶，應(yīng)用前景更為理想。

磁流變彈性體(mre)以橡膠為基體，將微米級的尺寸鐵、鈷、鎳等金屬軟磁材料分散于基體中，形成具有流變特性的智能橡膠材料。在外加磁場的作用下，它的剪切彈性模量能發(fā)生瞬時、連續(xù)、可逆的變化，并且能夠方便的進(jìn)行調(diào)整和控制。因此，磁流變彈性體被廣泛應(yīng)用到半主動式動力吸振器的設(shè)計之中。

中國發(fā)明專利cn102878237a公開了一種組合式磁流變彈性體船舶軸系縱振智能吸振器，并提出了將動力吸振器安裝在軸上的設(shè)想。該吸振器包括固定套在船加軸系上的上、下基座，以及多個沿船舶軸系外周均勻分布的單體吸振器，根據(jù)船舶軸系系統(tǒng)的振動情況，通過調(diào)整分布于船舶軸系外周的單體吸振器的數(shù)量來調(diào)整其質(zhì)量，從而調(diào)節(jié)該智能吸振器的質(zhì)量比。但是該吸振器存在磁場分布不均勻、磁場強(qiáng)度不足、溫升嚴(yán)重、吸振器工作不穩(wěn)定等問題。并且實際艦艇軸系較重，為了保證吸振器效果，吸振器的整體質(zhì)量也會較重，對軸系產(chǎn)生附加彎矩；吸振器隨軸轉(zhuǎn)動容易引入新的不平衡干擾力；且軸系上安裝空間有限，引入集中載荷對軸系的強(qiáng)度也會產(chǎn)生不利影響。因此有必要對吸振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高吸振性能和工作的穩(wěn)定性，并且提出更為合理可行的安裝方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于推進(jìn)軸系上安裝空間有限以及動力吸振器質(zhì)量影響軸系振動特性和強(qiáng)度等不利因素，提出了將動力吸振器安裝在推力軸承基座上的設(shè)想，并由此設(shè)計了一種磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器及使用方法，從而通過減小推力軸承基座的縱向振動來降低脈動力經(jīng)軸承基座向艇體的傳遞率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器，動力吸振器設(shè)置于推力軸承基座上，所述的動力吸振器包括磁軛組、隔磁支撐軸、導(dǎo)磁軸套、磁流變彈性體、電磁組件，所述的隔磁支撐軸的外層套設(shè)有導(dǎo)磁軸套，導(dǎo)磁軸套的兩端分別裝設(shè)有平行設(shè)置的磁軛組，在所述導(dǎo)磁軸套與磁軛組的相接處配置有磁流變彈性體，兩磁軛組之間圍繞導(dǎo)磁軸套設(shè)有至少一個電磁組件，所述的電磁組件、磁軛組、磁流變彈性體、導(dǎo)磁軸套、隔磁支撐軸構(gòu)成閉合的內(nèi)部磁場回路。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的隔磁支撐軸和導(dǎo)磁軸套上設(shè)有防止導(dǎo)磁軸套周向轉(zhuǎn)動的配合平面，隔磁支撐軸的兩端分別固定有螺母，以限制導(dǎo)磁軸套的軸向移動。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的磁軛組包括左右對稱固定的半圓形磁軛，由兩磁軛相對組成的磁軛組的中心處開設(shè)有用于固定導(dǎo)磁軸套的方形軸孔，在所述方形軸孔的內(nèi)表面和導(dǎo)磁軸套的外表面分別具有放置磁流變彈性體的定位凹槽。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的磁軛組的徑向表面設(shè)有通孔，通過所述通孔分別將電磁組件的兩端固定在磁軛組上。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的磁軛組的周向表面設(shè)有配重螺紋孔，所述的配重螺紋孔沿磁軛組的圓周等間隔布置。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的電磁組件包括隔熱體、鐵芯、勵磁線圈，所述的隔熱體的中空內(nèi)腔中設(shè)有鐵芯，在隔熱體的表面軸向纏繞有勵磁線圈，各電磁組件上的勵磁線圈相互連接，構(gòu)成閉合電路。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的鐵芯和勵磁線圈之間布置有隔熱材料。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的磁流變彈性體為方形彈性環(huán)。

在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述的磁軛與磁流變彈性體之間留有的氣隙，所述的氣隙在磁路上與磁流變彈性體為并聯(lián)關(guān)系，磁路與磁流變彈性體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率成反比。

本發(fā)明另外還提供一種磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器的使用方法，其采用上述的磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器，包括以下步驟：

a.將所述動力吸振器固定在水平振動臺上，所述的動力吸振器的電磁組件相接并接至電源，形成閉合電路；

b.信號發(fā)生器產(chǎn)生振動信號激勵水平振動臺振動，不斷改變輸入電流的大小，檢測所述動力吸振器在不同電流下的固有頻率，繪制出所述動力吸振器的移頻特性曲線；

c.將所述動力吸振器固定在推力軸承基座上，保持電源與所述動力吸振器的連接，根據(jù)外激勵頻率和所述動力吸振器的移頻特性曲線，調(diào)整輸入電流，使所述動力吸振器的固有頻率等于外激勵頻率，實現(xiàn)吸振。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：

1、本發(fā)明創(chuàng)造性地將動力吸振器安裝在推力軸承基座上，避免了傳統(tǒng)的動力吸振器安裝在軸系時，給軸系施加附加彎矩和集中載荷等不利影響，可對推力軸承基座的縱向振動進(jìn)行有效控制，進(jìn)而降低螺旋槳脈動力經(jīng)軸承基座向艇體的傳遞率，實現(xiàn)減小輻射噪聲的目的；

2、本發(fā)明充分利用磁流變彈性體的磁致變剛度特性，通過實時改變自身的固有頻率來追蹤外激勵頻率，在多諧頻、寬頻激勵下都可以達(dá)到極佳的吸振效果，相比于傳統(tǒng)被動式動力吸振器，具有較寬的吸振頻帶，而相比于主動式吸振器，不需要外界提供較大的能量輸入，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

3、本發(fā)明將磁路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，使得電磁組件、磁軛組、磁流變彈性體、導(dǎo)磁軸套、隔磁支撐軸構(gòu)成閉合的內(nèi)部磁場，回路內(nèi)部磁場分布均勻，有效的減小了漏磁，使得磁場強(qiáng)度達(dá)到理想范圍；

4、本發(fā)明中的電磁組件在形成磁場的同時可作為隔熱元件，通過隔熱體的設(shè)計使得線圈遠(yuǎn)離磁流變彈性體，加長了散熱路徑，增大了散熱面積，將勵磁線圈外置，減小了纏繞難度的同時使勵磁線圈產(chǎn)生的熱量能充分的散發(fā)，有效地降低了結(jié)構(gòu)的溫度，使磁流變彈性體能工作在適宜的溫度下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中a-a向的剖視圖；

圖3為本發(fā)明中磁軛的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明中導(dǎo)磁軸套的主視圖；

圖4b為本發(fā)明中導(dǎo)磁軸套的左視圖；

圖5a為本發(fā)明中隔磁支撐軸的主視圖；

圖5b為本發(fā)明中隔磁支撐軸的左視圖；

圖6為本發(fā)明中磁流變彈性體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中電磁組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8a為本發(fā)明中內(nèi)部磁場回路的主視圖；

圖8b為內(nèi)部磁場回路的左視圖；

符號說明：

1.磁軛組2.導(dǎo)磁軸套3.隔磁支撐軸4.磁流變彈性體5.電磁組件6.螺母7.螺母墊片8.定位凹槽1-1.磁軛1-2.方形軸孔1-3.通孔1-4.配重螺紋孔1-5.鎖緊螺栓1-6.定位螺栓5-1.隔熱體5-2.鐵芯5-3.勵磁線圈。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明是研究了動力吸振器對軸系的振動特性，提出了將動力吸振器安裝在推力軸承基座上的設(shè)想，從而通過減小推力軸承基座的縱向振動來降低脈動力經(jīng)軸承基座向艇體的傳遞率，實現(xiàn)減小輻射噪聲的目的，并能實時改變自身的固有頻率來追蹤外激勵頻率，在多諧頻、寬頻激勵下都可以達(dá)到極佳的吸振效果。以下以實施例結(jié)合附圖的形式對本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思進(jìn)行進(jìn)一步陳述。

實施例1

本發(fā)明中的動力吸振器不同于現(xiàn)有的動力吸振器固定在軸系的方式，是將動力吸振器直接設(shè)置于推力軸承基座上，當(dāng)然，動力吸振器與推力軸承基座的連接方式并不受限定，可根據(jù)不同的軸承基座的樣式而對應(yīng)設(shè)計，因此，在動力吸振器與推力軸承基座固定連接在此不進(jìn)行贅述。以下對動力吸振器及其中的各部件進(jìn)一步詳述。

參見圖1及圖2，動力吸振器包括磁軛組1、隔磁支撐軸3、導(dǎo)磁軸套2、磁流變彈性體4、電磁組件5，隔磁支撐軸3的外層套設(shè)有導(dǎo)磁軸套2，導(dǎo)磁軸套2的兩端分別裝設(shè)有平行設(shè)置的磁軛組1，在導(dǎo)磁軸套2與磁軛組1的相接處配置有磁流變彈性體4，兩磁軛組1之間圍繞導(dǎo)磁軸套2設(shè)有至少一個電磁組件5，當(dāng)電磁組件5通電時，電磁組件5、磁軛組1、磁流變彈性體4、導(dǎo)磁軸套2、隔磁支撐軸3能構(gòu)成閉合的內(nèi)部磁場回路，有效的減小了漏磁，使磁場均勻分布。

磁軛組1包括左右對稱固定的半圓形磁軛1-1，參見圖2及圖3，兩半圓形磁軛1-1之間通過鎖緊螺栓1-5固定在一起，以保持縱向運動的一致性，由兩磁軛1-1相對組成的磁軛組1的中心處開設(shè)有用于固定導(dǎo)磁軸套的方形軸孔1-2，在方形軸孔1-2的內(nèi)表面和導(dǎo)磁軸套2的外表面分別具有放置磁流變彈性體4的定位凹槽8，以方便與磁流變彈性體4進(jìn)行裝配，使得磁流變彈性體4上下表面可通過高強(qiáng)度的快干膠水分別與導(dǎo)磁軸套2和磁軛1-1粘接在一起。為了減小邊緣效應(yīng)對磁流變彈性體4磁場均勻性的影響，可將磁軛1-1的寬度設(shè)計為40mm，比磁流變彈性體4稍寬為佳。磁軛1-1與磁流變彈性體4之間留有的氣隙，優(yōu)選為5mm，氣隙在磁路上與磁流變彈性體為并聯(lián)關(guān)系，磁路與磁流變彈性體4的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率成反比。

磁軛組1的周向表面加工有配重螺紋孔1-4，配重螺紋孔1-4沿磁軛組1的圓周等間隔布置，可用于附加質(zhì)量的固定。當(dāng)動力吸振器的固有頻率高于設(shè)計要求時，可通過附加質(zhì)量增加總質(zhì)量，降低動力吸振器的固有頻率，提高結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

磁軛組1的徑向表面設(shè)有通孔1-3，通過通孔1-3可分別將電磁組件5的兩端固定在磁軛組1上，具體的說，是將磁軛1-1上的通孔1-3與電磁組件5中的鐵芯5-2的兩端的通孔用定位螺栓1-6裝配起來，磁軛1-1上的通孔1-3優(yōu)選為呈60°的周向陣列布置，即6個電磁組件5周向并聯(lián)布置，可以提供較強(qiáng)的磁場。

隔磁支撐軸3和導(dǎo)磁軸套2上設(shè)有防止導(dǎo)磁軸套2周向轉(zhuǎn)動的配合平面，起到定位作用，防止導(dǎo)磁軸套2周向轉(zhuǎn)動，兩者之間優(yōu)選為過盈配合，參見圖4a、圖4b、圖5a、圖5b中的i處即為導(dǎo)磁軸套2與隔磁支撐軸3裝配的配合平面，當(dāng)然，本實施例中的連接方式僅為舉例說明，其他類似可實現(xiàn)該功能的連接結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，在隔磁支撐軸3的兩端還可用螺母6加以螺母墊片7限制導(dǎo)磁軸套的軸向移動。材質(zhì)方面，本實施例中的導(dǎo)磁軸套2的材料優(yōu)選為dt4工業(yè)純鐵，含碳量低于0.02％，具有良好的導(dǎo)磁性能，而為了方便粘接磁流變彈性體4，將導(dǎo)磁軸套2的外部輪廓加工成正方形。隔磁支撐軸3則優(yōu)選為具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和隔磁性能的7705硬質(zhì)鋁合金材料，也可采用其他不導(dǎo)磁材料進(jìn)行隔磁，在此不做限定。

磁流變彈性體4為方形彈性環(huán)，參見圖6，采用方形設(shè)計的彈性環(huán)結(jié)構(gòu)，不僅方便裁剪和裝配，還增大了與導(dǎo)磁軸套2和磁軛組1之間的粘接硫化的表面積，增加了硬硫化強(qiáng)度和可靠性，防止在縱向振動過程中，磁軛組1和導(dǎo)磁軸套2與磁流變彈性體4連接松動而脫落。

電磁組件5包括隔熱體5-1、鐵芯5-2、勵磁線圈5-3，參見圖7，隔熱體5-1的中空內(nèi)腔中設(shè)有鐵芯5-2，在隔熱體的表面軸向纏繞有勵磁線圈5-3，各電磁組件5上的勵磁線圈5-3相互連接，構(gòu)成閉合電路。此外，本發(fā)明中的電磁組件5在形成磁場的同時可作為隔熱元件，以減小通電工作時的溫升，解決了磁流變彈性體4因溫升過高而性能減弱的問題。具體來說，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)溫升主要由于熱傳導(dǎo)引起，因此可以在鐵芯5-2和勵磁線圈5-3之間布置一層隔熱材料，減小勵磁線圈5-3熱量通過鐵芯5-2向磁流變彈性體4的傳遞。本發(fā)明中的隔熱體5-1采用的是熱塑性聚氨酯彈性體(pu)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.25w/(m·k)，具有良好的隔熱性能。另外，還可適當(dāng)增加鐵芯5-2和磁軛1的長度。通過本發(fā)明中隔熱體5-1的設(shè)計使得勵磁線圈5-3遠(yuǎn)離磁流變彈性體4，加長了散熱路徑，增大了散熱面積，將勵磁線圈外置，減小了纏繞難度的同時使勵磁線圈產(chǎn)生的熱量能充分的散發(fā)，有效地降低了結(jié)構(gòu)的溫度，使磁流變彈性體4能工作在適宜的溫度下。

現(xiàn)配合圖8a、圖8b對本發(fā)明中的動力吸振器的工作原理進(jìn)行進(jìn)一步解釋：當(dāng)勵磁線圈5-3通電時，動力吸振器內(nèi)部會形成磁場，不同大小的電流產(chǎn)生不同強(qiáng)弱的磁場，磁流變彈性體4的剪切彈性模量會隨磁場強(qiáng)弱而改變，進(jìn)而改變動力吸振器的剛度，從而改變動力吸振器的固有頻率，當(dāng)外激勵頻率改變時，只需調(diào)整輸入電流大小，即可使動力吸振器的固有頻率實時跟蹤外激勵頻率，在多諧頻、寬頻激勵下可以取得滿意的吸振效果。

實施例2

本發(fā)明另外還提供一種磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器的使用方法，其采用實施例1中的磁流變彈性體推力軸承基座動力吸振器，使用方法包括以下步驟：

a.將動力吸振器固定在水平振動臺上，動力吸振器的電磁組件5相接并接至電源，形成閉合電路；

b.信號發(fā)生器產(chǎn)生振動信號激勵水平振動臺振動，不斷改變輸入電流的大小，檢測動力吸振器在不同電流下的固有頻率，繪制出動力吸振器的移頻特性曲線；

c.將動力吸振器固定在推力軸承基座上，保持電源與動力吸振器的連接，根據(jù)外激勵頻率和所述動力吸振器的移頻特性曲線，調(diào)整輸入電流，使動力吸振器的固有頻率等于外激勵頻率，實現(xiàn)吸振。

其中，電源可使用方便切換輸入電流大小的可編程電源，可編程電源通過導(dǎo)線和動力吸振器的勵磁線圈5-3連接，形成閉合電路，可編程電源不斷改變輸入電流的大小，并通過信號采集設(shè)備測得動力吸振器在不同電流下的固有頻率，即可繪制出動力吸振器的移頻特性曲線。在具體設(shè)置時，可將動力吸振器通過夾具安裝在推力軸承基座上，當(dāng)然，動力吸振器與推力軸承基座的連接形式并不作為限定。當(dāng)外激勵頻率改變時，只要改變輸入電流的大小，即可實現(xiàn)所述動力吸振器的固有頻率跟隨外激勵頻率變化。以此達(dá)到對推力軸承基座的縱向振動進(jìn)行有效控制，進(jìn)而降低螺旋槳脈動力經(jīng)軸承基座向艇體的傳遞率，實現(xiàn)減小輻射噪聲的目的。相較于常規(guī)的動力吸振器，本發(fā)明能產(chǎn)生均勻的磁場分布，并且能控制溫升在較小的范圍內(nèi)，進(jìn)而能對多諧頻、寬頻激勵實現(xiàn)有效吸振。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。