一種小型復合材料轉子振動控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械控制技術領域，尤其是涉及一種小型復合材料轉子振動控制方 法。
【背景技術】
[0002] 轉子是旋轉機械工作時轉動的部件，由于實際轉子均有不平衡量，所以轉子旋轉 時由于不平衡量激勵會產生振動。這種振動會使轉子工作在臨界轉速下時發生共振，或者 過大振動會影響轉子的正常運行。因此，如何減小轉子振動的幅度是旋轉機械中至關重要 的課題。
[0003] 轉子的具體形式由旋轉機械功能確定，比如飛機發動機是渦輪葉片，汽車輪胎也 屬于轉子。本發明中的轉子由復合材料制成，能夠達到較金屬材料更高的旋轉角速度，同時 直徑較小，質量較輕。
[0004] 減小轉子振動的方法包括質量平衡法（減小轉子不平衡量）、阻尼調節法、主動控 制法等。質量平衡法就是采用實驗的方法檢測得到轉子不平衡質量的大小和位置，利用加 重或者減重的措施減小轉子總的失衡量，進而減小轉子旋轉時的振動量，這種方法被廣泛 應用于轉子制造過程；阻尼調節法是針對轉子振動的具體特性，通過增加阻尼使轉子振動 減小，這種方法經常被用于轉子系統設計和裝配中的調節；主動控制法是實時檢測轉子的 振動頻率和相位，采用如施加電磁力的方法減小轉子的振動，這種方法較適合不可預測下 轉子的振動。具體實施方法視轉子具體結構和應用而定。
[0005] 本發明提出一種小型復合材料轉子振動控制方法，所述方法屬于主動控制法。復 合材料轉子用于高速旋轉機械時，采用質量平衡法往往不能達到要求，阻尼調節法在復合 材料轉子跨越臨界轉速時調節能力有限，然而，采用主動控制法能夠在振動超過限制值時 短時間內調節復合材料轉子過大的振動量。本發明提出的振動控制方法能夠使復合材料轉 子振動減小，有利于復合材料轉子通過臨界轉速。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提出一種小型復合材料轉子振動控制方法，其特征在于，包括 如下步驟：
[0007] 1)根據轉子的幾何尺寸，在轉子制造時采用玻璃纖維或碳纖維加上環氧樹脂纏繞 形成圓柱形筒，同時在環氧樹脂中加入磁化材料后得到復合材料轉子；
[0008] 2)在復合材料轉子外圍加上與其非接觸的激勵線圈、測量復合材料轉子振動的位 移傳感器、以及控制器；
[0009] 3)控制器通過位移傳感器測得復合材料轉子的振動特性后發出電流指令，電流施 加于激勵線圈，實現對復合材料轉子振動的控制。
[0010] 所述激勵線圈為一對安裝于復合材料轉子外圍，與復合材料轉子非接觸且成90 度角放置的激勵線圈，激勵線圈的個數至少為2個。
[0011] 所述測量復合材料轉子振動的位移傳感器的個數至少為2個，90度角安裝。
[0012] 所述復合材料轉子的振動特性為復合材料轉子振動的幅值和相位，采用位移傳感 器測量得到復合材料轉子振動的幅值和相位，同時通過激勵線圈實時地對復合材料轉子施 加電磁力，從而實現對復合材料轉子振動的控制。
[0013] 本發明的有益效果是提出一種小型復合材料轉子振動控制方法，能夠使復合材料 轉子振動減小，有利于復合材料轉子通過臨界轉速。
【附圖說明】
[0014] 圖1為小型復合材料轉子振動控制裝置示意圖。
[0015]圖2為位移傳感器與激勵線圈安裝位置示意圖。
[0016] 圖中標號：1-復合材料轉子、2-位移傳感器、3-控制器、4-激勵線圈、5-軸承、 6_環氧樹脂加磁化材料區域、7-第一位移傳感器、8-第二位移傳感器、9-第一激勵線圈、 10-第二激勵線圈。
【具體實施方式】
[0017] 本發明提出一種小型復合材料轉子振動控制方法，下面結合附圖和具體實施例對 本發明作詳細說明。
[0018] 圖1為小型復合材料轉子振動控制裝置示意圖，復合材料轉子1在旋轉時，由于 質量不平衡產生了振動，這一振動由位移傳感器2得到測量，位移傳感器2測量得到復合 材料轉子1振動的幅值和相位，位移傳感器2包括第一位移傳感器7和第二位移傳感器8， 第一位移傳感器7和第二位移傳感器8的相位相差90度（如圖2所示），振動的幅值與復 合材料轉子1本身的特性和轉速都有關，也與外界干擾大小有關。激勵線圈4包括第一激 勵線圈9和第二激勵線圈10 (如圖2所示），控制器3得到了位移傳感器2的振動信號，對 振動信號進行了判斷，得到了需要激勵線圈4給復合材料轉子1施加的力和相位，并計算出 第一激勵線圈9和第二激勵線圈10的電流，控制器3發出指令，使第一激勵線圈9和第二 激勵線圈10加上計算出的電流，計算出的第一激勵線圈9和第二激勵線圈10的電流各不 相同。第一激勵線圈9和第二激勵線圈10在電流的作用下產生兩個磁場，兩個磁場產生了 一個給定大小和相位的磁場力，這一磁場力作用于復合材料轉子1，磁場力與復合材料轉子 1不平衡力產生抵消作用，抵消的效果使得復合材料轉子1的振動變小。抵消以后變小的 振動進一步由位移傳感器2測量，位移傳感器2進一步把信號送給控制器3,由控制器3再 計算出電流，提供給激勵線圈4產生磁場力作用于復合材料轉子1。這樣，由復合材料轉子 1，位移傳感器2,控制器3和激勵線圈4形成了一個負反饋回路，用來控制復合材料轉子1 的振動達到盡可能小，滿足運行要求。復合材料轉子1上有環氧樹脂加磁化材料區域6,軸 承5用于支撐復合材料轉子1，降低復合材料轉子1運動過程中的摩擦系數，并保證復合材 料轉子1的回轉精度。
[0019] 激勵線圈為一對安裝于復合材料轉子外圍，與復合材料轉子非接觸且成90度角 放置的激勵線圈，激勵線圈的個數至少為2個；測量復合材料轉子振動的位移傳感器的個 數至少為2個，90度角安裝；復合材料轉子振動特性為復合材料轉子振動的幅值和相位，采 用位移傳感器測量得到復合材料轉子振動的幅值和相位，同時通過激勵線圈實時地對復合 材料轉子施加電磁力，從而實現對復合材料轉子振動的控制。
[0020] 復合材料轉子只要旋轉總有振動，其振動幅值的大小除了與復合材料轉子本身的 失衡量有關之外，還與復合材料轉子運行速度是否處于臨界轉速附近有關。在不同轉速下， 一個簡單復合材料轉子的振幅可以用以下公式表示：
【主權項】
1. 一種小型復合材料轉子振動控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 根據轉子的幾何尺寸，在轉子制造時采用玻璃纖維或碳纖維加上環氧樹脂纏繞形成 圓柱形筒，同時在環氧樹脂中加入磁化材料后得到復合材料轉子； 2) 在復合材料轉子外圍加上與其非接觸的激勵線圈、測量復合材料轉子振動的位移傳 感器、以及控制器； 3)控制器通過位移傳感器測得復合材料轉子的振動特性后發出電流指令，電流施加于 激勵線圈，實現對復合材料轉子振動的控制。
2. 根據權利要求1所述一種小型復合材料轉子振動控制方法，其特征在于，所述激勵 線圈為一對安裝于復合材料轉子外圍，與復合材料轉子非接觸且成90度角放置的激勵線 圈，激勵線圈的個數至少為2個。
3.根據權利要求1所述一種小型復合材料轉子振動控制方法，其特征在于，所述測量 復合材料轉子振動的位移傳感器的個數至少為2個，90度角安裝。
4.根據權利要求1所述一種小型復合材料轉子振動控制方法，其特征在于，所述復合 材料轉子的振動特性為復合材料轉子振動的幅值和相位，采用位移傳感器測量得到復合材 料轉子振動的幅值和相位，同時通過激勵線圈實時地對復合材料轉子施加電磁力，從而實 現對復合材料轉子振動的控制。
【專利摘要】本發明公開了屬于機械控制技術領域的一種小型復合材料轉子振動控制方法。根據轉子的幾何尺寸，在轉子制造時采用玻璃纖維或碳纖維加上環氧樹脂纏繞形成圓柱形筒，同時在環氧樹脂中加入磁化材料后得到復合材料轉子；在復合材料轉子外圍加上與其非接觸的激勵線圈、測量復合材料轉子振動的位移傳感器、以及控制器；控制器通過位移傳感器測得復合材料轉子的振動特性后發出電流指令，電流施加于激勵線圈，實現對復合材料轉子振動的控制。由復合材料轉子，位移傳感器，控制器和激勵線圈形成了一個負反饋回路，能夠使復合材料轉子的振動達到盡可能小，有利于復合材料轉子通過臨界轉速。
【IPC分類】F16F15-00
【公開號】CN104864030
【申請號】CN201510166893
【發明人】張小章, 張剴, 戴興建
【申請人】清華大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月9日