一种变阻尼式混合型动力吸振器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供一种变阻尼式混合型动力吸振器，基座上开有凹槽，两个平移板设置在凹槽中，通过底板两侧的滚珠与凹槽两侧接触，位于两个平移板中间的安装板固定在凹槽中，安装板和平移板上部分别安装有永久磁石，且安装板的两侧各有一个磁石，与平移板上的磁石构成两个磁场，此外基座上焊接有两个立柱，其上分别安装有一个平行板簧，两个平行板簧之间固定有一个质量块，质量块两侧固定有两个导体质量块，分别位于两个磁场之中，两个导体上缠绕的电磁线圈构成电磁驱动器。本实用新型根据外界激振频率的变化，适时地改变磁场的间隙调整阻尼系数，或通过磁场中电磁激励力的作用主动控制吸振器的振动，实现对主系统的减振作用。
【专利说明】—种变阻尼式混合型动力吸振器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种吸振器。
【背景技术】
[0002]机械振动不仅会降低机器本身的性能和可靠性，还会引发噪音和环境污染，对人体造成损害，因而在设备工作时有效的减弱和消除振动带来的危害是十分必要的。为此，人们研究出了各种方法来抑制振动的危害，其中动力吸振器就是一种有效的手段，它由辅助质量和弹簧以及阻尼所组成，是利用共振系统吸收物体振动能量以减小物体振动的设备。
[0003]传统的动力吸振器属于被动型吸振器，虽具有结构简单、减振效果好等优点，但其刚度、质量等参数不可变，固有频率不可调节，工作频带很窄。后来又出现了半主动型和主动型振动器，但半主动型振动器根本上属于被动方式，不可避免的具有一些被动型的缺点，而对于主动型振动器，如果控制系统设计中存在失误或者控制回路中的一部分有缺陷，则吸振装置可能变成发振装置，成为不稳定因素。
[0004]申请号201310653051.X的专利中提到了一种被动/半主动可选择的悬臂梁式动力吸振器，它主要通过步进电机带动主动齿轮转动，齿轮轴旋转时，质量块在水平方向上移动，从而改变吸振器的刚度，调节吸振器的工作频率。该专利虽然能够实现半主动控制，但由于激振频率很可能偏离减振对象的固有频率较远，因此其吸振效果有限。
[0005]申请号200710022495.8的专利中提到了一种变刚度全主动动力吸振器，它利用电磁场产生主动力直接作用于制振对象即主系统的质量块上，该主动力的方向与制振对象的振动方向时刻相反，从而起到抑制振动的效果。但该专利所需材料成本较高，不宜控制，对环境要求较高，适用性较差，应用领域较为狭窄。
[0006]申请号201310303892.8的专利中提到了一种变质量动力吸振器的控制方法，该方法通过对采集到的信号进行傅里叶变换得到外界激振频率，利用得到的激振频率对吸振器进行控制。但该方法得到的结果不一定是最优解，且面对外界随机干扰激励时，其抗干扰能力不足。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供被动式、半主动式和主动式三种工作形式相结合的一种变阻尼式混合型动力吸振器。
[0008]本实用新型的目的是这样实现的:
[0009]本实用新型一种变阻尼式混合型动力吸振器，其特征是:包括基座、控制塔基座，基座上开有凹槽，凹槽的一对对向面里设置盲孔，盲孔里安装滚珠，凹槽里依次设置第一平移板、安装板、第二平移板，第一平移板和第二平移板的两个侧面均与滚珠相接触，安装板固定在凹槽里，第一平移板和第二平移板的内侧以及安装板的两侧均安装磁石架，磁石架里均安装磁石，安装板侧面通过第一转轴安装曲柄连杆，第一平移板和第二平移板侧面分别通过第二转轴和第三转轴安装第一连杆和第二连杆，第一连杆与曲柄连杆底部相连，第二连杆与曲柄连杆顶部相连，第一连杆和第二连杆与曲柄连杆的连接处分别安装第一小滑轮和第二小滑轮，控制塔基座上固定有固定柱和电机座，电机座上安装电机，电机的输出端安装大滑轮，绳索依次缠绕第一小滑轮、大滑轮和第二小滑轮，绳索的一端直接连接固定柱，绳索的另一端通过放松弹簧连接固定柱，基座的凹槽里固定有第一轴承座和第二轴承座，第一轴承座和第二轴承座分别位于第一平移板和第二平移板的外侧，第一平移板、第二平移板、安装板上均设置通孔，主轴的两端分别固定在第一轴承座和第二轴承座上，主轴的中部依次穿过第一平移板、安装板和第二平移板的通孔，基座上固定有第一立柱和第二立柱，第一立柱和第二立柱分别位于安装板的两个侧面，第一立柱和第二立柱上均安装平行板簧，两个平行板簧之间安装质量块，质量块的两侧分别固定一个导体质量块，两个导体质量块上缠绕电磁线圈。
[0010]本实用新型还可以包括:
[0011]1、滚珠与盲孔之间安装有弹簧。
[0012]2、第一轴承座与第一平移板之间的主轴上安装第一定位弹簧，第二轴承座和第二平移板之间的主轴上安装第二定位弹簧。
[0013]本实用新型的优势在于:本实用新型提出一种基于变阻尼调谐的被动式、半主动式和主动式三种工作形式相结合的混合型动力吸振器。在传统吸振器中引入磁性阻尼器，根据外界激振频率的变化，适时地改变磁场的间隙调整阻尼系数，或通过磁场中电磁激励力的作用主动控制吸振器的振动，以实现对主系统的减振作用。
[0014]与传统吸振器相比，本实用新型有以下优点:
[0015]1、减振频率带宽，通过调节吸振器的磁阻尼系数和提供电磁激励力，在较宽的范围内跟踪减振对象的振动频率，始终达到显著的减振效果；
[0016]2、由于吸振器能够提供了主动力，使得作用在减振对象上的激励频率即使偏离了减振对象的固有频率，吸振器也能在提供较小的主动力的情况下，达到较好的吸振效果，保证了在较宽的频率范围内有较好的减振效果；
[0017]3、三种工作方式在不同的工作环境下互换，消耗的能量小；
[0018]4、能够多级并联，实现模块化设计，形成鲁棒性较好的多重动力吸振器；
[0019]5、利用最优调整理论进行控制系统设计，引入状态控制的控制策略，能够有效地抑制随机干扰激励下的响应，提高系统稳定性；
[0020]6、结构简单，性能稳定，吸振效率高，系统可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的主视图；
[0022]图2是本实用新型去掉防护罩壳和其上的螺钉连接后的俯视图；
[0023]图3是本实用新型的左视图；
[0024]图4是本实用新型的控制流程图；
[0025]图5是本实用新型的控制系统总体框图；
[0026]图6是本实用新型的半主动控制框图；
[0027]图7是本实用新型的主动控制框图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述:
[0029]结合图1?7，利用基座17上的沉孔25将吸振器与制振对象固定，并利用基座17上的定位销孔28实现定位，防护罩壳4通过螺钉连接33固定在基座17上，且两者之间设有垫圈19，基座17上开有凹槽，双向曲柄滑块机构中的两个平移板23(相当于滑块)设置在凹槽中，通过底板两侧的滚珠26与凹槽两侧接触，滚珠26装在底板两侧的盲孔中，滚珠26与盲孔底部之间装有弹簧，以利于平移板23在凹槽中的安装和定位。位于两个平移板23中间位置的安装板5通过螺钉连接15固定在凹槽中，安装板5上安装有一个传感器12，且安装板5上部的两侧和平移板23上部的一侧通过螺钉连接分别安装有磁石架24，磁石架24中嵌有永久磁石1，这样安装板5两侧的永久磁石1，与平移板23上的永久磁石I就构成了两个磁场。此外，两个平移板23上分别通过转轴32固定有两个连杆16，两个连杆16的另一端分别与曲柄连杆13相连，同时曲柄连杆13通过转轴31安装在安装板5上，转轴31的安装位置在曲柄连杆13的中间部位，这样就将曲柄连杆13分成了两部分，每一部分可以看做一个曲柄，这样就与两个连杆16、两个平移板23组成了双向曲柄滑块机构，转动曲柄，也就是转动曲柄连杆13便可以实现两个平移板23向相反方向移动。两个连杆16与曲柄连杆13连接处各安装有一个小滑轮14，其上绕有绳索7，绳索7分别缠绕在大滑轮8和两个小滑轮14上，其末端一端固定在控制塔基座10的立柱上，另一端与防松弹簧9相连，防松弹簧9固定在控制塔基座10的立柱上，大滑轮安装在电机27末端，电机27通过螺钉连接固定在电机座11上，电机座11通过螺钉连接固定在控制塔基座10上，以上就构成了绳索牵引，用于驱动双向曲柄滑块机构运动。主轴22通过两个平移板23和安装板5上的通孔，两端固定在轴承座20上，这样可以保证两个平移板23在移动过程中沿轴线移动，平移板23与轴承座20之间的主轴部分装有处于压缩状态的定位弹簧21，对平移板23其预紧定位作用。基座17上焊接有两个立柱，其上通过螺钉连接分别安装有一个平行板簧29，两个平行板簧29之间通过螺钉连接固定有一个质量块3，质量块3上安装有一个传感器30，且质量块3两侧通过螺钉连接固定有两个导体质量块2，分别位于两个磁场之中，两个导体质量块2上缠绕的电磁线圈6构成了电磁驱动器。
[0030]结合图4可知控制系统的流程如下所述:当确定控制系统初始化正常之后，对被控对象(动力吸振器)进行数据采集，采集到的数据经过处理分析，判定被控对象的工作方式，即被动、半主动、主动三则选其一，若工作方式为半主动或主动方式，则由控制器结合米集到的数据，计算出最优解，发送给被控对象的执行机构产生相应的动作。
[0031]结合图5，图6，图7可知控制系统功能如下所述:安装在质量块和安装板上的传感器分别对吸振器和制振对象的振动情况进行信号采集，此外，数据采集模块还需要对线圈中的电流进行信号采集，采样得到的信号经过放大滤波等处理后进行AD转换，得到的数字信号被送入控制模块进行分析计算，向驱动模块发出控制命令信号，控制模块分为两路，一路是光耦隔离电路加功放驱动电路，用于控制线圈中电流，一路是电机驱动电路，用于控制电机的转动。控制模块中采用状态反馈控制，更好的改善了系统的性能，在进行主动控制时，由状态反馈控制器计算得到系统合适的电流值，转化成控制信号发送给控制线圈中电流的驱动模块，在进行半主动控制时，电机的控制采用状态反馈控制和PID控制相结合，先由状态反馈控制器计算得到系统合适的磁场间隙值，然后将此值作为期望的位置量传递到PID控制中，在PID控制中得到合适的电机转动量，转化成控制信号发送给控制电机转动的驱动模块。
[0032]结合图1-7可知变阻尼式混合型动力吸振器的功能实现如下所述:当电磁线圈6中不通电流时，导体质量块2上下运动，永久磁石I与电磁线圈6之间会产生磁性阻尼从而发挥被动型动力吸振器的机能，当电磁线圈6中通入适当的电流后，上下方向会产生阻碍导体质量块2运动的电磁激励力，从而发挥了主动型动力吸振器的机能,此外，电机27通过绳索7驱动双向曲柄滑块机构，从而带动两个平移板23移动，改变磁场的间隙，调节磁性阻尼系数，从而发挥了半主动型动力吸振器的机能；
[0033]动力吸振器由主体部分和控制塔部分组成，主体部分包括基座、防护罩壳、主轴、轴承座、支撑座、安装板、双向曲柄滑块机构、平行板簧、质量块、永久磁石、电磁线圈，控制塔部分包括基座、电机座、电机、滑轮，防护罩壳通过螺钉连接固定在基座上，基座上开有凹槽，双向曲柄滑块机构中的两个平移板(相当于滑块)设置在凹槽中，通过底板两侧的滚珠与凹槽两侧接触，位于两个平移板中间的安装板通过螺钉连接固定在凹槽中，安装板和平移板上部分别安装有永久磁石，且安装板的两侧各有一个磁石，与平移板上的磁石构成两个磁场，此外基座上焊接有两个立柱，其上通过螺钉连接分别安装有一个平行板簧，两个平行板簧之间通过螺钉连接固定有一个质量块，质量块两侧通过螺钉连接固定有两个导体质量块，分别位于两个磁场之中，两个导体上缠绕的电磁线圈构成了电磁驱动器，当线圈中不通电流时，导体上下运动，磁石与线圈之间会产生磁性阻尼从而发挥被动型动力吸振器的机能，当线圈中通入适当的电流后，上下方向会产生阻碍导体运动的电磁激励力，从而发挥了主动型动力吸振器的机能，此外，安装在双向曲柄滑块机构曲柄和连杆连接处的滑轮通过绳索与安装在电机末端上的滑轮相连接，通过电机便可以带动两个平移板移动，改变磁场的间隙，调节磁性阻尼系数，从而发挥了半主动型动力吸振器的机能；
[0034]控制系统是由数据采集模块、控制模块、驱动模块组成，安装在质量块和安装板上的传感器分别对吸振器和制振对象的振动情况进行数据采集，此外，数据采集模块还需要对线圈中的电流进行信号采集，采集到的数据经过控制模块的分析计算，向驱动模块发出控制命令信号，控制模块分为两部分，一部分用于控制线圈中电流，一部分用于控制电机的转动。
[0035]双向曲柄滑块机构包括两个平移板和三个连杆，其中的两个连杆各有一端通过转轴安装在平移板上，另一端分别安装在第三个连杆的两端，同时通过转轴将第三个连杆安装在两个平移板之间的安装板上，转轴安装位置在第三个连杆的中间部位，这样就将这个连杆分成了两部分，每一部分可以看做一个曲柄，与另外两个连杆、两个平移板组成了两个曲柄滑块机构，转动曲柄，也就是转动第三个连杆便可以实现两个平移板向相反方向移动。
[0036]主轴分别通过两个平移板和安装板上的通孔，两端固定在轴承座上，这样可以保证两个平移板在移动过程中沿轴线移动，平移板与轴承座之间的主轴部分装有处于压缩状态的定位弹簧，对平移板其预紧定位作用，平移板的底板两侧通过滚珠与基座凹槽接触，滚珠装在底板两侧的盲孔中，滚珠与盲孔底部之间装有弹簧，这样有利于平移板的安装和定位。
[0037]绳索牵引绕过三个滑轮后，绳索一端固定在控制塔基座的立柱上，另一端与防松弹簧相连，弹簧固定在控制塔基座的立柱上。
[0038]控制模块中采用状态反馈控制，更好的改善了系统的性能，在进行主动控制时，由状态反馈控制器计算得到系统合适的电流值，转化成控制信号发送给控制线圈中电流的驱动模块，在进行半主动控制时，电机的控制采用状态反馈控制和PID控制相结合，先由状态反馈控制器计算得到系统合适的磁场间隙值，然后将此值作为期望的位置量传递到PID控制中，由PID控制得到合适的电机转动量，转化成控制信号发送给控制电机转动的驱动模块。
[0039]动力吸振器具有被动、半主动和主动三种工作方式，这就形成了不同工作方式之间的互补，提高吸振器的工作能力和适用范围。
【权利要求】
1.一种变阻尼式混合型动力吸振器，其特征是:包括基座、控制塔基座，基座上开有凹槽，凹槽的一对对向面里设置盲孔，盲孔里安装滚珠，凹槽里依次设置第一平移板、安装板、第二平移板，第一平移板和第二平移板的两个侧面均与滚珠相接触，安装板固定在凹槽里，第一平移板和第二平移板的内侧以及安装板的两侧均安装磁石架，磁石架里均安装磁石，安装板侧面通过第一转轴安装曲柄连杆，第一平移板和第二平移板侧面分别通过第二转轴和第三转轴安装第一连杆和第二连杆，第一连杆与曲柄连杆底部相连，第二连杆与曲柄连杆顶部相连，第一连杆和第二连杆与曲柄连杆的连接处分别安装第一小滑轮和第二小滑轮，控制塔基座上固定有固定柱和电机座，电机座上安装电机，电机的输出端安装大滑轮，绳索依次缠绕第一小滑轮、大滑轮和第二小滑轮，绳索的一端直接连接固定柱，绳索的另一端通过放松弹簧连接固定柱，基座的凹槽里固定有第一轴承座和第二轴承座，第一轴承座和第二轴承座分别位于第一平移板和第二平移板的外侧，第一平移板、第二平移板、安装板上均设置通孔，主轴的两端分别固定在第一轴承座和第二轴承座上，主轴的中部依次穿过第一平移板、安装板和第二平移板的通孔，基座上固定有第一立柱和第二立柱，第一立柱和第二立柱分别位于安装板的两个侧面，第一立柱和第二立柱上均安装平行板簧，两个平行板簧之间安装质量块，质量块的两侧分别固定一个导体质量块，两个导体质量块上缠绕电磁线圈。
2.根据权利要求1所述的一种变阻尼式混合型动力吸振器，其特征是:滚珠与盲孔之间安装有弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的一种变阻尼式混合型动力吸振器，其特征是:第一轴承座与第一平移板之间的主轴上安装第一定位弹簧，第二轴承座和第二平移板之间的主轴上安装第二定位弹簧。
【文档编号】F16F6/00GK204175848SQ201420606100
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】胡胜海, 张满慧, 孙军超, 芦晨军, 赵勇, 郭春阳, 祁松, 邵东, 谢婷婷, 李渊明 申请人:哈尔滨工程大学