一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振器及方法与流程

本发明涉及减振技术领域，特别涉及一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振器。

背景技术：

机械装置在工作过程中会产生振动，当振动过大时，振动力一方面会作用于机械装置本身，影响机械装置自身的平稳运转；另一方面会作用于地面基础，影响地基的使用寿命和周围的工作环境。传统的弹簧阻尼吸振器阻尼效果差，减振效果低；橡胶阻尼吸振器固有频率较高，减振效果不明显；而弹簧-液压阻尼吸振器虽能起到较好的减振效果，但制造复杂，液压阻尼器需经常保养维护；现代化阻尼器如：电磁阻尼器、气压阻尼器和滑轨阻尼器与双层隔振系统的结合都存在造价过高、制造复杂和精度要求高等缺点。

技术实现要素：

本发明提供一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振器，解决了或部分解决了现有技术中阻尼吸振器阻尼效果差，减振效果低、造价过高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振器包括：第一支撑装置；若干第一弹性装置，第一端与所述第一支撑装置连接；隔振装置，第一端与所述若干第一弹性装置的第二端连接，所述隔振装置上开设有若干通孔，所述通孔内放置有若干颗粒阻尼材料；若干第二弹性装置，第一端与所述隔振装置的第二端连接；第二支撑装置，与所述若干第二弹性装置的第二端连接，所述第二支撑装置与所述第一支撑装置以所述隔振装置的中心线为对称轴相对称；电磁装置，设置在所述隔振装置上；封闭装置，与所述通孔两端活动连接。

进一步地，所述第一支撑装置包括：基板，与所述若干第一弹性装置的第一端连接。

进一步地，所述第一弹性装置包括：弹簧，第一端与所述第一支撑装置连接，第二端与所述隔振装置的第一端连接。

进一步地，所述隔振装置包括：电磁颗粒隔振体，第一端与所述第一弹性装置的第二端连接，第二端与所述第二弹性装置的第一端连接。

进一步地，所述电磁装置包括：电磁线圈，设置在所述隔振装置上。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振方法包括以下步骤：将隔振装置的第一端通过若干第一弹性装置与第一支撑装置连接，第二端通过若干第二弹性装置与第二支撑装置连接；在所述隔振装置上开设有若干通孔，所述通孔内放置有若干颗粒阻尼材料；将封闭装置设置在所述通孔的两端；将电磁装置缠绕在所述隔振装置上；当所述第一支撑装置或所述第二支撑装置受到外界振动力输入时，振动力会通过所述第一弹性装置或所述第二弹性装置传递到所述隔振装置，使所述隔振装置振动损耗机械振动的能量，同时还会带动颗粒阻尼材料产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应；当所述电磁装置有直流电通过的时候会产生电磁场，所述颗粒阻尼材料内产生感应电流，此电流在所述颗粒阻尼材料内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应。

进一步地，所述第一支撑装置包括：基板，与所述若干第一弹性装置的第一端连接。

进一步地，所述第一弹性装置包括：弹簧，第一端与所述第一支撑装置连接，第二端与所述隔振装置的第一端连接。

进一步地，所述隔振装置包括：电磁颗粒隔振体，第一端与所述第一弹性装置的第二端连接，第二端与所述第二弹性装置的第一端连接。

进一步地，所述电磁装置包括：电磁线圈，设置在所述隔振装置上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

将隔振装置的第一端通过若干第一弹性装置与第一支撑装置连接，第二端通过若干第二弹性装置与第二支撑装置连接，在隔振装置上开设有若干通孔，通孔内放置有若干颗粒阻尼材料，将封闭装置设置在通孔的两端，将电磁装置缠绕在所述隔振装置上，当第一支撑装置或第二支撑装置受到外界振动力输入时，振动力会通过第一弹性装置或第二弹性装置传递到隔振装置，使隔振装置振动损耗机械振动的能量，同时还会带动颗粒阻尼材料产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应，当所述电磁装置有直流电通过的时候会产生电磁场，所述颗粒阻尼材料内产生感应电流，此电流在所述颗粒阻尼材料内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应，结构简单、制造方便、重量小、成本低，通过电磁颗粒阻尼效应起到抑制振动的作用使最终传递到第一弹性装置或第二弹性装置的振动力大大减小，减振效果好，通孔中的颗粒阻尼材料的粒径及填充率可调、电磁装置的导线直径及层数和通电电流可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半主动式电磁颗粒阻尼吸振器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半主动式电磁颗粒阻尼吸振器的左视图；

图3为本发明半主动式电磁颗粒阻尼吸振器的实验示意图；

图4为本发明半主动式电磁颗粒阻尼吸振器的实验的一阶共振峰拟合阻尼比示意图；

图5为本发明半主动式电磁颗粒阻尼吸振器的实验的二阶共振峰拟合阻尼比示意图。

具体实施方式

参见图1-2，本发明实施例提供的一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振器包括：第一支撑装置1、若干第一弹性装置2、隔振装置3、若干第二弹性装置4、第二支撑装置5、电磁装置6及封闭装置7。

所述若干第一弹性装置2第一端与所述第一支撑装置1连接。

所述隔振装置3第一端与所述若干第一弹性装置2的第二端连接，所述隔振装置3上开设有若干通孔3-2，所述通孔内放置有若干颗粒阻尼材料8。

所述若干第二弹性装置4第一端与所述隔振装置3的第二端连接。

所述第二支撑装置5，与所述若干第二弹性装置4的第二端连接，所述第二支撑装置5与所述第一支撑装置1以所述隔振装置3的中心线为对称轴相对称。

所述电磁装置6设置在所述隔振装置3上。

所述封闭装置7与所述通孔8两端活动连接。

本申请具体实施方式将隔振装置的第一端通过若干第一弹性装置与第一支撑装置连接，第二端通过若干第二弹性装置与第二支撑装置连接，在隔振装置上开设有若干通孔，通孔内放置有若干颗粒阻尼材料，将封闭装置设置在通孔的两端，将电磁装置缠绕在所述隔振装置上，当第一支撑装置或第二支撑装置受到外界振动力输入时，振动力会通过第一弹性装置或第二弹性装置传递到隔振装置，使隔振装置振动损耗机械振动的能量，同时还会带动颗粒阻尼材料产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应，当所述电磁装置有直流电通过的时候会产生电磁场，所述颗粒阻尼材料内产生感应电流，此电流在所述颗粒阻尼材料内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应，结构简单、制造方便、重量小、成本低，通过电磁颗粒阻尼效应起到抑制振动的作用使最终传递到第一弹性装置或第二弹性装置的振动力大大减小，减振效果好，通孔中的颗粒阻尼材料的粒径及填充率可调、电磁装置的导线直径及层数和通电电流可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。

详细介绍第一支撑装置的结构。

所述第一支撑装置包括：基板1-1。

所述基板1-1与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述基板1-1通过螺栓与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述基板1-1可通过其它方式如轴销等与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接。

详细介绍第一弹性装置的结构。

所述第一弹性装置包括：弹簧2-1。

所述弹簧2-1第一端与所述第一支撑装置1固定连接。具体地，在本实施方式中，所述弹簧2-1第一端通过螺栓与所述第一支撑装置1固定连接，在其它实施方式中，所述弹簧2-1第一端可通过其它方式如轴销等与所述第一支撑装置1固定连接。所述弹簧2-1第二端与所述隔振装置3的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述弹簧2-1第二端通过螺栓与所述隔振装置3的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述弹簧2-1第二端可通过其它方式如轴销等与所述隔振装置3的第一端固定连接。

所述弹簧2-1的数目为4-16根，所述弹簧2-1长度为所述隔振装置3高度的60ˉ80％，由于弹簧2-1廉价易得和易安装拆卸，故本申请具有结构简单、制造方便和成本低的特点。

详细介绍隔振装置的结构。

所述隔振装置包括：电磁颗粒隔振体3-1。

所述电磁颗粒隔振体3-1第一端与所述第一弹性装置2的第二端连接。具体地，在本实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第一端通过螺栓与所述第一弹性装置2的第二端连接，在其它实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第一端可通过其它方式如轴销等与所述第一弹性装置2的第二端连接。所述电磁颗粒隔振体3-1第二端与所述第二弹性装置4的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第二端通过螺栓与所述第二弹性装置4的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第二端可通过其它方式如轴销等与所述第二弹性装置4的第一端固定连接。

所述电磁颗粒隔振体3-1内开设有若干通孔3-2，所述电磁颗粒隔振体3-2沿水平方向均匀地开有n排通孔，沿竖直方向均匀地开有m个通孔，其中，n≤m，n为1-10的自然数，m为1-10的自然数，所述通孔3-2总容积为所述电磁颗粒隔振体3-1体积的50-75％；每个通孔3-2的孔径相同，每个通孔3-2内填充有颗粒阻尼材料8，每个通孔3-2内填充的所述颗粒阻尼材料8的体积为所述通孔3-2容积的30-85％，所述颗粒阻尼材料8的体积相同，通过所述通孔3-2中的颗粒阻尼材料的粒径及填充率可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。由于所述电磁颗粒隔振体3-1上开有通孔3-2，减轻了电磁颗粒隔振体3-1的质量。故本申请的质量小。

所述颗粒阻尼材料8的形状为球体，所述球体的直径为0.2～5mm；颗粒阻尼材料8的材质为钢、铅、铜和铝中的一种。

详细介绍电磁装置的结构。

所述电磁装置包括：电磁线圈6-1。

所述电磁线圈6-1设置在所述隔振装置3上。所述电磁线圈6-1导线的直径为所述隔振装置3高度的0.1％-0.3％,电磁线圈6-1导线的层数为1-12圈，电磁线圈6-1导线每匝之间的间距是导线直径的1-3倍。所述电磁线圈6-1导线通电电流为0.5a-2a，电磁线圈6-1的导线直径及层数和通电电流可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。

详细介绍封闭装置的结构。

所述封闭机构包括：螺塞7-1。

所述螺塞7-1与所述通孔3-2两端活动连接。具体地，在本实施方式中，所述螺塞7-1通过螺纹与所述通孔3-2两端活动连接。所述螺塞7-1的螺纹段长度为所述通孔3-2长度的5％、10％、15％和20％中的一种螺纹段长度，所述螺塞7-1的长度可调，且所述螺塞7-1可选择性的与若干通孔3-2中的一部分活动连接，因此，可以通过螺塞7-1来调节所述隔振装置3的质量，进而可以调节所述第一支撑装置1和所述隔振装置3的质量比，以改变装置的固有频率，达到提高减振效果的目的。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种半主动式电磁颗粒阻尼吸振方法包括以下步骤：

步骤1，将隔振装置3的第一端通过若干第一弹性装置2与第一支撑装置1连接，第二端通过若干第二弹性装置4与第二支撑装置5连接。

步骤2，在所述隔振装置3上开设有若干通孔3-2，所述通孔3-2内放置有若干颗粒阻尼材料8。

步骤3，将封闭装置7设置在所述通孔3-2的两端。

步骤4，将电磁装置6缠绕在所述隔振装置3上。

步骤5，当所述第一支撑装置1或所述第二支撑装置5受到外界振动力输入时，振动力会通过所述第一弹性装置2或所述第二弹性装置4传递到所述隔振装置3，使所述隔振装置3振动损耗机械振动的能量，同时还会带动颗粒阻尼材料8产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应。

步骤6，当所述电磁装置6有直流电通过的时候会产生电磁场，所述颗粒阻尼材料8内产生感应电流，此电流在所述颗粒阻尼材料8内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应。

详细介绍第一支撑装置的结构。

所述第一支撑装置包括：基板1-1。

所述基板1-1与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述基板1-1通过螺栓与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述基板1-1可通过其它方式如轴销等与所述若干第一弹性装置2的第一端固定连接。

详细介绍第一弹性装置的结构。

所述第一弹性装置包括：弹簧2-1。

所述弹簧2-1第一端与所述第一支撑装置1固定连接。具体地，在本实施方式中，所述弹簧2-1第一端通过螺栓与所述第一支撑装置1固定连接，在其它实施方式中，所述弹簧2-1第一端可通过其它方式如轴销等与所述第一支撑装置1固定连接。所述弹簧2-1第二端与所述隔振装置3的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述弹簧2-1第二端通过螺栓与所述隔振装置3的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述弹簧2-1第二端可通过其它方式如轴销等与所述隔振装置3的第一端固定连接。

所述弹簧2-1的数目为4-16根，所述弹簧2-1长度为所述隔振装置3高度的60ˉ80％，由于弹簧2-1廉价易得和易安装拆卸，故本申请具有结构简单、制造方便和成本低的特点。

详细介绍隔振装置的结构。

所述隔振装置包括：电磁颗粒隔振体3-1。

所述电磁颗粒隔振体3-1第一端与所述第一弹性装置2的第二端连接。具体地，在本实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第一端通过螺栓与所述第一弹性装置2的第二端连接，在其它实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第一端可通过其它方式如轴销等与所述第一弹性装置2的第二端连接。所述电磁颗粒隔振体3-1第二端与所述第二弹性装置4的第一端固定连接。具体地，在本实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第二端通过螺栓与所述第二弹性装置4的第一端固定连接，在其它实施方式中，所述电磁颗粒隔振体3-1第二端可通过其它方式如轴销等与所述第二弹性装置4的第一端固定连接。

所述电磁颗粒隔振体3-1内开设有若干通孔3-2，所述电磁颗粒隔振体3-2沿水平方向均匀地开有n排通孔，沿竖直方向均匀地开有m个通孔，其中，n≤m，n为1-10的自然数，m为1-10的自然数，所述通孔3-2总容积为所述电磁颗粒隔振体3-1体积的50-75％；每个通孔3-2的孔径相同，每个通孔3-2内填充有颗粒阻尼材料8，每个通孔3-2内填充的所述颗粒阻尼材料8的体积为所述通孔3-2容积的30-85％，所述颗粒阻尼材料8的体积相同，通过所述通孔3-2中的颗粒阻尼材料的粒径及填充率可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。由于所述电磁颗粒隔振体3-1上开有通孔3-2，减轻了电磁颗粒隔振体3-1的质量。故本申请的质量小。

所述颗粒阻尼材料8的形状为球体，所述球体的直径为0.2～5mm；颗粒阻尼材料8的材质为钢、铅、铜和铝中的一种。

详细介绍电磁装置的结构。

所述电磁装置包括：电磁线圈6-1。

所述电磁线圈6-1设置在所述隔振装置3上。所述电磁线圈6-1导线的直径为所述隔振装置3高度的0.1％-0.3％,电磁线圈6-1导线的层数为1-12圈，电磁线圈6-1导线每匝之间的间距是导线直径的1-3倍。所述电磁线圈6-1导线通电电流为0.5a-2a，电磁线圈6-1的导线直径及层数和通电电流可调，因此减振效果易调控，可半主动式控制。

详细介绍封闭装置的结构。

所述封闭机构包括：螺塞7-1。

所述螺塞7-1与所述通孔3-2两端活动连接。具体地，在本实施方式中，所述螺塞7-1通过螺纹与所述通孔3-2两端活动连接。所述螺塞7-1的螺纹段长度为所述通孔3-2长度的5％、10％、15％和20％中的一种螺纹段长度，所述螺塞7-1的长度可调，且所述螺塞7-1可选择性的与若干通孔3-2中的一部分活动连接，因此，可以通过螺塞7-1来调节所述隔振装置3的质量，进而可以调节所述第一支撑装置1和所述隔振装置3的质量比，以改变装置的固有频率，达到提高减振效果的目的。

为了更清楚本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。

将电磁颗粒隔振体3-1的第一端通过若干第一弹性装置2的弹簧2-1与第一支撑装置1的基板1-1连接，第二端通过若干第二弹性装置4的弹簧与第二支撑装置5的基板连接。在电磁颗粒隔振体3-1上开设有若干通孔3-2，通孔3-2内放置有若干颗粒阻尼材料8。将封闭装置7设置在通孔3-2的两端。将电磁线圈6-1缠绕在电磁颗粒隔振体3-1上。

当第一支撑装置1的基板1-1或第二支撑装置5的基板受到外界振动力输入时，振动力会通过第一弹性装置2的弹簧2-1或第二弹性装置4传递到电磁颗粒隔振体3-1，使电磁颗粒隔振体3-1振动损耗机械振动的能量，同时还会带动颗粒阻尼材料8产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应。

当所述电磁线圈6-1有直流电通过的时候会产生电磁场，颗粒阻尼材料8内产生感应电流，此电流在所述颗粒阻尼材料8内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应。

下面是对使用方法的实验验证。

表1结构参数表

参见图3及表1，实验中的测试系统为比利时lms公司的振动分析测试系统测试系统，本次实验主要使用了mimofrftesting和mimosweep&steppedsinetesting两个模块，一个加速度传感器，一个带力传感器的阻抗头，放大器为南京佛能科技实业有限公司的hea-200c功率放大器，激振器为南京航空航天大学振动工程研究所研制的hev-200激振器,激励信号通过功率放大器放大后输入到激振器中，通过激振杆和激振头施加于系统的下层质量块。加速度传感器测量系统上层质量块的加速度响应。实验过程中主要使用了两个通道，分别输入上层基板的加速度信号和下层基板的力信号。

无电磁颗粒阻尼(普通)吸振器阻尼比变化

电磁颗粒阻尼吸振器阻尼比变化

当激励电压较小时，普通吸振器的阻尼比与电磁颗粒阻尼吸振器相差不大，但随着激励电压的提高，前者的阻尼比增加较快，当激励电压达到2.9v时，两个装置的阻尼比均达到最大值，且阻尼比的差值也达到了最大值，说明此时电磁颗粒阻尼在装置中已发挥出最大的效果。即2.9v时，装置中的电磁颗粒阻尼已经充分发生作用。当电压增加到3.3v时，两个装置的阻尼比均出现了下降的趋势。观察实验装置，发现装置出现了一定的横向摆动，由此可知电压达到一定值时，装置的横向运动导致弹簧不能完全发挥隔振效能，进而导致阻尼比的下降。

观察二阶共振峰阻尼比，普通吸振器在激励电压从0.1v到1.3v增加的过程中，装置的阻尼比变化不大，说明普通吸振器对微小激励作用不明显，起不到明显的隔振效果。而电磁颗粒阻尼吸振器在0.5v电压激励下，阻尼比达到0.327％，已经具有明显的隔振效果，故加入颗粒阻尼和电磁阻尼可显著的增加隔振装置的隔振频带，尤其对微小振动，具有良好的隔振效果。

结论：加入电磁颗粒阻尼后的吸振器的一阶和二阶共振峰阻尼比均较大幅度的增加，1.两种装置阻尼比的最大差值出现在激励电压2.9v时，一阶共振峰阻尼比由1.9％增加到2.602％，差值达到了0.702％。2.两种装置阻尼比的最大增大率出现在激励电压0.1v时，一阶共振峰阻尼比由0.154％增加到0.587％，增大率达到了381％。说明了加入电磁颗粒阻尼后的装置大大提高了其减振效果。

综上所述，本具体实施方式与现有技术方案相比具有如下积极效果：

本具体实施方式中的隔振块6开有通孔8，减轻了电磁颗粒隔振体3的质量。故本具体实施方式质量小。

本具体实施方式在电磁颗粒隔振体3-1的上表面和第一支撑装置1的基板1-1间装有4-16根第二弹性装置2的弹簧2-2，在电磁颗粒隔振体3-1的下表面和第二支撑装置5的基板间对称地装有第二弹性装置4的弹簧，弹簧廉价易得和易安装拆卸。故本具体实施方式具有结构简单、制造方便和成本低的特点。

本具体实施方式的电磁颗粒隔振体3-1中的通孔3-2的两端通过螺纹与螺塞7-1固定连接，以调节第一支撑装置1的基板1-1和电磁颗粒隔振体3-1的质量比，以改变装置的固有频率，达到提高减振效果的目的。通孔3-2中填充有颗粒阻尼材料8，当第一支撑装置1或第二支撑装置5受到外界振动力输入时，振动力会通过第一弹性装置2的弹簧2-1或第二弹性装置4的弹簧传递到电磁颗粒隔振体3-1，使电磁颗粒隔振体3-1振动损耗机械振动的能量的同时还会带动颗粒阻尼材料8产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应。同时当电磁线圈6-1有直流电通过的时候会产生电磁场，根据法拉第电磁感应定律，当在磁场中运动时，颗粒阻尼材料8内产生感应电流，此电流在颗粒内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应。电磁颗粒阻尼效应起到抑制振动的作用使最终传递到第一支撑装置1或第二支撑装置5的振动力大大减小；又通孔3-2中的颗粒阻尼材料8的粒径及填充率可调和电磁线圈6-1的导线直径、层数和通电电流可调，因此装置的减振效果易调控，可半主动式控制。故本发明具有提高减振效果、减振效果易调控和可半主动式控制的特点。

因此，本具体实施方式具有结构简单、制造方便、质量小、成本低、减振效果好和减振效果易调控的特点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。