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专利号: 2019110388001
申请人: 安徽工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 工程元件或部件;为产生和保持机器或设备的有效运行的一般措施;一般绝热
更新日期:2023-07-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置,其特征在于:它包括外圈(1)、内圈(2)、压电柔性梁单元(3)、刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)、刚性连接臂Ⅲ(6)、电荷适调器组(7)、信号采集卡(8)、信号处理模块(9)、PID控制模块组(10)、D/A转换模块(11)、电压放大器(12);

其中外圈(1)设置在内圈(2)上,内圈(2)圆心处为凸起的柱状轴,外圈(1)和内圈(2)嵌套设置,柱状轴通过多个均匀分布的压电柔性梁单元(3)与外圈(1)内表面固定连接,压电柔性梁单元(3)为弧形结构,在压电柔性梁单元(3)之间的间隙中,在柱状轴与外圈(1)内表面之间等距离分布设有刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)和刚性连接臂Ⅲ(6),刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)和刚性连接臂Ⅲ(6)一端与柱状轴刚性连接,另一端与外圈(1)内部面活动连接;

压电柔性梁单元(3)包括弧形结构的柔性梁(3-1),柔性梁(3-1)的弧形结构外弧形面上分别粘贴有加速度传感器(3-2)和压电作动器(3-3),其中加速度传感器(3-2)靠近柔性梁(3-1)与内圈连接处,压电作动器(3-3)靠近柔性梁(3-1)与外圈连接处,加速度传感器(3-2)通过导线与电荷适调器组(7)的输入端相连接,压电作动器(3-3)通过导线与电压放大器(12)的输出端连接,电荷适调器组(7)的输出端顺序连接信号采集卡(8)、信号处理模块(9)、PID控制模块组(10)和D/A转换模块(11),其中信号采集卡(8)采集电荷适调器组(7)的输出信号并传输给信号处理模块(9),PID控制模块组(10)根据信号处理模块(9)的输出信号进行运算处理确定压电作动器(3-3)的驱动电压信号,经D/A转换模块(11)与电压放大器(12)驱动所有压电作动器(3-3)动作。

2.根据权利要求1所述的一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置,其特征在于:所述的刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)、刚性连接臂Ⅲ(6)与外圈(1)内表面接触端设有滚轮,滚轮与外圈(1)内表面接触处设有限位槽,用于限制与刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)、刚性连接臂Ⅲ(6)固定连接的内圈(2)的周向位移,位移上限为压电作动器(3-3)驱动柔性梁(3-1)后弹性变形的最大值。

3.根据权利要求1所述的一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置,其特征在于:所述的压电柔性梁单元(3)有6组,压电柔性梁单元(3)中的柔性梁(3-1)结构尺寸关系满足:长度/宽度>10,长度/高度>10。

4.根据权利要求1所述的一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置,其特征在于:所述的外圈(1)周向均匀设有多个法兰孔,内圈(2)直径大的一端周向均匀设有多个法兰孔,并且外圈(1)的法兰孔与内圈(2)直径大的一端的法兰孔轴线不重合。

5.一种使用权利要求1所述永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置的工作方

法,其特征在于使用大功率永磁电机(13),大功率永磁电机(13)的电机输出轴(14)通过销式联轴器Ⅰ(15)连接有系统连接轴(16),系统连接轴(16)与永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置(18)的一端连接,永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置(18)的另一端设有截割头传动轴(19),截割头传动轴(19)上设有截割头,其中永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置(18)与系统连接轴(16)和截割头传动轴(19)之间均设有销式联轴器Ⅱ(17);

具体步骤如下:

步骤1、将永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置(18)通过法兰连接安装在大功率永磁电机直接驱动的销式联轴器Ⅱ(17)上,安装位置靠近截割头,并且外圈(1)靠近系统连接轴(16),内圈(2)靠近截割头传动轴(19);

步骤2、工作时,内圈(2)与外圈(1)之间产生转角差,柔性梁(3-1)弹性变形从而实现冲击负载的主动顺应,刚性连接臂Ⅰ(4)、刚性连接臂Ⅱ(5)和刚性连接臂Ⅲ(6)随着内圈(2)的旋转一起旋转,并被限位槽控制转动范围,以防止旋转角度超过柔性梁(3-1)的弹性变形区间从而造成柔性梁(3-1)的损坏,当停止工作后通过柔性梁(3-1)的回弹回复初始状态;

利用信号采集卡(8)与电荷适调器组(7)实时工作后采集柔性梁(3-1)上加速度传感器(3-2)的输出加速度信号并实时传输给信号处理模块(9),由信号处理模块(9)处理获得内圈(2)所受的瞬时转矩值为 ,式中:m为柔性梁(3-1)单位长度上的质量,a1、a2……ai为i组加速度传感器(3-2)所测位置的加速度值,L为i组加速度传感器(3-2)中心到内圈(2)圆心径向距离,各个加速度传感器(3-2)到内圈圆心的距离应该相等;

步骤3、利用截割负载计算内圈(2)期望转矩值,利用信号处理模块(9)处理得到的内圈(2)所受瞬时转矩值,计算期望转矩值与瞬时转矩值的差值,PID控制模块组(10)通过差值运算得到压电作动器(3-3)的驱动电压信号,经D/A转换模块(11)与电压放大器(12)传输,控制6组压电作动器(3-3)驱动柔性梁(3-1)发生主动形变,实现截割头输出转矩的主动顺应,抑制截割头所受冲击负载扭振。

6.根据权利要求5所述的一种使用权利要求1所述永磁直驱式截割部冲击负载扭振主

动顺应工作方法,其特征在于,大功率永磁电机(13)通过法兰连接或其他公知的方法固定在截割部外壳上,同样系统连接轴(16)、截割头传动轴(19)通过轴承连接等其他公知的方法固定在截割部外壳上,确保大功率永磁电机(13)的输出转速及转矩可有效传递给截割头。