變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，包括固定機架、雙端電磁變剛度變阻尼組件群、鐵板；雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群；上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群均包括多個電磁體；電磁體通過連接板安裝于固定機架；上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。本發明可以實現變剛度可調諧功能，對一定頻帶內的激勵振動都有抑制功能，可以根據激勵振動源的頻率調節動力吸振器的固有頻率；同時，當動力吸振器的剛度變化以后，可以對其最優阻尼比進行調節，對于在一定頻率范圍內頻率變化的振動具有優異的抑制效果。
【專利說明】
變剛度變阻尼可調諧動力吸振器
技術領域
[0001]本發明涉及一種動力吸振器，特別涉及一種變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，尤其是一種動力吸振器時振動控制領域的重要制振裝置。
【背景技術】
[0002]動力吸振器最早出現于1909年，與隔振器相比，動力吸振器的優點在于其可以實現小型輕量化設計、對被控對象原結構破壞小、而同時又具有杰出的制振性能，其在機械振動抑制、建筑制振等領域具有廣闊的應用范圍。動力吸振器是廣泛應用于工程實踐中的一種減振技術。其通過在被控主振系的特定部位附加一個具有質量和剛度的子系統即動力吸振器，通過合理地選擇動力吸振器的動力參數、結構形式及與主振系的耦合關系，從而改變主振系的振動狀態，使能量重新分配，即將主振系上的振動能量轉移到動力吸振器上，從而減少或消除主振系的振動。對于通常可以簡化為單自由度質量彈簧系統的動力吸振器而言，就是要將附加子系統的質量和剛度調諧至其固有頻率與主振系激勵頻率相同，從而引起動力吸振器發生反共振，使被控主振系的振動能量最大程度地輸入到動力吸振器上，達到對被控主振系減振的目的。由于動力吸振器結構簡單、減振效果明顯、易于實施，因此在工程實踐中得到了廣泛應用。
[0003]動力吸振器最早的工程應用見于1909年Frahm在德國郵船上安裝的防振水箱，但是當時并沒有明確它的基本構造和原理。1928年J.0rmondroyd和Den Hartog通過對單自由度振動系統的研究，提出了利用動力吸振器的阻尼作用降低主振動系統振幅的動力吸振器設計思想，確定了最優阻尼的存在，建立了動力調諧原理。在此基礎上，Hahnkamm利用振幅曲線上存在兩個不受阻尼大小影響的定點現象，推導出了動力吸振器的最優同調頻率。隨后，Brock于1946年推導出了最優阻尼的關系，形成了完整的關于傳統的動力吸振器的理論體系。從上世紀中后期開始，人們的研究重點主要是在傳統吸振器的基礎上，通過改變結構特點、利用特殊材料等來不斷尋求適合當今技術發展要求的動力吸振技術。比如，多重動力吸振器、利用記憶合金以及磁流變體等智能材料設計的新型吸振器。
[0004]從技術特點上來看，可以將動力吸振器分為被動吸振器、半主動吸振器和主動吸振器。傳統來講，我們用來抑制振動的方法主要是被動式吸振器，被動吸振器的各項參數設定后就不再改變，因此主要適用于對單一激勵頻率進行振動抑制，其結構簡單、性能穩定，但控制頻率范圍太窄。主動吸振器的最大特點是根據被控對象的實際振動情況，對被控對象產生一個反相作動力，抵消原振動，實現減振目標，其控制精度和減振效果最好，但結構復雜且能耗較高，而且對控制系統的要求非常高，因此主要被應用于光學設計或精密加工等對減振效果要求很高的領域。半主動吸振器也稱為自調諧吸振器，它的某些參數(頻率、阻尼和質量)可在線改變，因此其能夠針對變化的激勵頻率進行減振，寬頻減振效果較被動吸振器有很大提高。半主動吸振器介于前兩者之間，其減振效果接近主動吸振器，而且結構相對簡單、控制方便、耗能較少，因此更具有應用前景。普通被動吸振器結構設計簡單、制振效果優異，但是其有效頻帶很窄，為了擴展吸振器的有效應用頻帶寬度，逐漸發展成主動吸振器和主被動一體的半主動吸振器。
[0005]考慮到被動動力吸振器有效頻率范圍有限，尋求一種慣性力驅動可調諧動力吸振器，該動力吸振器采用慣性力驅動，結合動量守恒定理實現動力吸振器的移動機構在板上的移動，通過動力吸振器的移動機構在板上相對位置的變化實現變剛度對吸振器的固有頻率的調節;該動力吸振器具有體積小、質量輕、易于安裝、方便應用等優點；同時該動力吸振器可以實現一定頻率帶寬范圍內的高細分精密吸振，能夠有效地進行一定頻帶范圍內的有效吸振。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，該動力吸振器可以實現變剛度可調諧功能，對一定頻帶內的激勵振動都有抑制功能，可以根據激勵振動源的頻率調節動力吸振器的固有頻率；同時，當動力吸振器的剛度變化以后，可以對其最優阻尼比進行調節。
[0007]根據本發明提供的一種變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，包括固定機架、雙端電磁變剛度變阻尼組件群、鐵板；
[0008]雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群；
[0009]上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群均包括多個電磁體;電磁體通過連接板安裝于固定機架；
[0010]上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。
[0011 ]優選地，連接板為剛性板或者柔性板。
[0012]優選地，電磁體吸附在鐵板表面，或者電磁體與鐵板之間存在間隙。
[0013]優選地，電磁體能夠與連接板相對運動或者緊固連接在連接板上。
[0014]優選地，固定機架上設置有固定永磁體。
[0015]優選地，連接板的一端與鐵板相鄰、連接板的一端與鐵板接觸或者連接板的一端與鐵板緊固連接;連接板的另一端連接在固定機架上。
[0016]優選地，固定永磁體與連接板的另一端相鄰。
[0017]優選地，上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群中的電磁體之間成對對應，在成對對應的兩個電磁體之間，一個電磁體屬于上端電磁變剛度變阻尼組件群，另一個電磁體屬于下端電磁變剛度變阻尼組件群，這兩個電磁體之間在鐵板的上下方向上對齊。
[0018]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0019]本發明可以實現變剛度可調諧功能，對一定頻帶內的激勵振動都有抑制功能，可以根據激勵振動源的頻率調節動力吸振器的固有頻率；同時，當動力吸振器的剛度變化以后，可以對其最優阻尼比進行調節，對于在一定頻率范圍內頻率變化的振動具有優異的抑制效果。
【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0021]圖1為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器整體原理示意圖。
[0022]圖2為本發明第二實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器整體原理示意圖。
[0023]圖3為本發明第三實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器整體原理示意圖。
[0024]圖4為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器平衡位置示意圖。
[0025]圖5為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器正位置示意圖。
[0026]圖6為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器負位置示意圖。
[0027]圖7為本發明中電磁體極化示意圖。
[0028]圖中:I——鐵板，2——質量體，3——電磁體，4--上端電磁變剛度變阻尼組件群電磁體，5—一下端電磁變剛度變阻尼組件群，6—一連接板，7—一柔性板，8—一固定永磁體。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0030]第一實施例
[0031]如圖1所示，本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，包括雙端電磁變剛度變阻尼組件群、質量體2以及鐵板I，其中，雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5，上端電磁變剛度變阻尼組件群4、下端電磁變剛度變阻尼組件群5均包括多個電磁體3。電磁體通過連接板安裝于固定機架。上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。
[0032]具體地，連接板為剛性板；電磁體3與鐵板I之間存在間隙，互不接觸。上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5中的電磁體之間成對對應，在成對對應的兩個電磁體之間，一個電磁體屬于上端電磁變剛度變阻尼組件群4，另一個電磁體屬于下端電磁變剛度變阻尼組件群5，這兩個電磁體之間在上下方向上對齊。
[0033]為實現所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的變剛度可調諧功能，對一定頻帶內的激勵振動都有抑制功能，需要根據激勵振動源的頻率調節所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的固有頻率;同時，當所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的剛度變化以后，其最優阻尼比也會同時改變，若此時不對所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的阻尼進行調節，振動在接近其固有頻率的一定小范圍內可能會發生強烈的振動，不利于振動的抑制。
[0034]請參考圖4，圖4為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器平衡位置示意圖。請參考圖5，圖5為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器正位置示意圖。請參考圖6，圖6為本發明第一實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器負位置示意圖。請參考圖7，圖7為本發明電磁體極化示意圖。
[0035]結合圖4、圖5、圖6以及圖7闡述所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的原理。如圖7所示，圓點表示垂直紙面向外的方向，叉表示垂直紙面向內的方向，虛線表示磁感線，當電磁體通入圖中方向電流后，線圈激勵鐵芯產生磁場并使其極化，鐵芯上端為N極、下端為S極。如圖4所示，當電磁體3的線圈中通入電流后，電磁體3的鐵芯將對鐵板I產生y向電磁吸引力F，鐵板I在受到y向吸引力以后，其固有頻率將發生改變;單個電磁體3作用于鐵板產生y向吸引力只能在某一頻帶內改變所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的固有頻率，為將其固有頻率變化范圍擴展至一段較大頻帶，需要使用雙端電磁變剛度變阻尼組件群，通過對其中的各個電磁體通入的電流幅值和大小進行調節，就可以實現所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的變剛度功能。
[0036]如圖5、圖6所示，所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的最優阻尼比將決定其在激勵頻率在其固有頻率一定范圍內的振動幅值增大比，若最優阻尼比設置不當，被控主振系此時的振動將被放大，影響所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的振動抑制效果。所述變剛度變阻尼可調諧動力吸振器的變阻尼原理實現如下，當鐵板I帶動質量體2在平衡位置附近振動時，其偏離平衡位置后，在電磁體3產生的電磁力作用下，其z向分量可以作為阻尼力對此動力吸振器的阻尼進行調節，進而使阻尼比調諧至動力吸振器的最優阻尼比。
[0037]第二實施例
[0038]如圖2所示，本發明第二實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，包括雙端電磁變剛度變阻尼組件群、質量體2以及鐵板I，其中，雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5，上端電磁變剛度變阻尼組件群4、下端電磁變剛度變阻尼組件群5均包括多個電磁體3。電磁體通過連接板安裝于固定機架。上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。
[0039]上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5中的電磁體之間成對對應，在成對對應的兩個電磁體之間，一個電磁體屬于上端電磁變剛度變阻尼組件群4，另一個電磁體屬于下端電磁變剛度變阻尼組件群5，這兩個電磁體之間在上下方向上對齊。
[0040]具體地，連接板為柔性板；電磁體吸附在鐵板表面。柔性板能夠在垂直于x-y平面發生形變。所述變剛度可調諧動力吸振器的變剛度原理實現如下，當電磁體3的線圈中通入電流后，電磁體3的鐵芯將對鐵板I產生向電磁吸引力F，此電磁吸引力F將鐵板I與柔性板12連接，使柔性板與鐵板兩者組成一并聯彈簧，故此時動力吸振器的剛度由于產生并聯彈簧而發生改變，其固有頻率將發生變化;單個電磁體3作用于鐵板產生由電磁吸引力產生的并聯彈簧只能在某一頻帶內改變動力吸振器的固有頻率，為將其固有頻率變化范圍擴展至一段較大頻帶，需要使用雙端電磁變剛度變阻尼組件群和柔性板，通過對其中的各個電磁體通入的電流幅值和大小進行調節，就可以實現動力吸振器的變剛度功能。
[0041 ] 第三實施例
[0042]如圖3所示，本發明第三實施例提供的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，包括雙端電磁變剛度變阻尼組件群、質量體2以及鐵板I，其中，雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5，上端電磁變剛度變阻尼組件群4、下端電磁變剛度變阻尼組件群5均包括多個電磁體3。電磁體通過連接板安裝于固定機架。上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。
[0043]上端電磁變剛度變阻尼組件群4和下端電磁變剛度變阻尼組件群5中的電磁體之間成對對應，在成對對應的兩個電磁體之間，一個電磁體屬于上端電磁變剛度變阻尼組件群4，另一個電磁體屬于下端電磁變剛度變阻尼組件群5，這兩個電磁體之間在上下方向上對齊。
[0044]具體地，電磁體能夠與連接板相對運動；固定機架上設置有固定永磁體。連接板的一端與鐵板相鄰，或者連接板的一端與鐵板接觸;連接板的另一端連接在固定機架上。固定永磁體與連接板的另一端相鄰。
[0045]所述變剛度可調諧動力吸振器的變剛度原理實現如下，柔性板與鐵板I固連，當電磁體3的線圈中通入電流后，電磁體3的鐵芯將對永磁體15產生向電磁力，此電磁力可以驅動電磁體3在柔性板15上運動，電磁體可以采用直線軸承減小摩擦力，此時柔性板15與電磁體3組成一質量-彈簧系統，與鐵板I及質量體2合并為一并聯彈簧多重吸振器。通過改變固定永磁體與電磁體之間的磁作用力，可以控制雙端電磁變剛度變阻尼組件群在柔性板上的可調位置，可以實現多重變剛度可調諧動力吸振器，對寬頻帶內的振動進行有效控制。
[0046]上述實施方式中給出的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器原理及結構方案能夠實現變剛度可調諧功能，對一定頻帶內的激勵振動都有抑制功能，可以根據激勵振動源的頻率調節動力吸振器的固有頻率；同時，當動力吸振器的剛度變化以后，可以對其最優阻尼比進行調節，對于在一定頻率范圍內頻率變化的振動具有優異的抑制效果。
[0047]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。
【主權項】
1.一種變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，包括固定機架、雙端電磁變剛度變阻尼組件群、鐵板； 雙端電磁變剛度變阻尼組件群包括上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群； 上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群均包括多個電磁體；電磁體通過連接板安裝于固定機架； 上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群分別位于鐵板的上側、下側。2.根據權利要求1所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，連接板為剛性板或者柔性板。3.根據權利要求1所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，電磁體吸附在鐵板表面，或者電磁體與鐵板之間存在間隙。4.根據權利要求1所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，電磁體能夠與連接板相對運動或者緊固連接在連接板上。5.根據權利要求1所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，固定機架上設置有固定永磁體。6.根據權利要求5所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，連接板的一端與鐵板相鄰、連接板的一端與鐵板接觸或者連接板的一端與鐵板緊固連接;連接板的另一端連接在固定機架上。7.根據權利要求6所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，固定永磁體與連接板的另一端相鄰。8.根據權利要求1所述的變剛度變阻尼可調諧動力吸振器，其特征在于，上端電磁變剛度變阻尼組件群、下端電磁變剛度變阻尼組件群中的電磁體之間成對對應，在成對對應的兩個電磁體之間，一個電磁體屬于上端電磁變剛度變阻尼組件群，另一個電磁體屬于下端電磁變剛度變阻尼組件群，這兩個電磁體之間在鐵板的上下方向上對齊。
【文檔編號】F16F7/10GK106090098SQ201610396736
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610396736.4, CN 106090098 A, CN 106090098A, CN 201610396736, CN-A-106090098, CN106090098 A, CN106090098A, CN201610396736, CN201610396736.4
【發明人】楊斌堂, 王熙
【申請人】上海交通大學