一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器

本发明涉及车载精密测量仪器的吸振装置，尤其是涉及一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器。

背景技术：

1、目前精密测量设备大多需要满足多种工况下使用，精密测量设备在车载工况下工作时，极易因路面的不平整导致其随车体振动，进而对精密测量设备的测量精度产生影响，更严重的是在车辆的振动过程中会对精密测量设备中的精密零件造成损伤。因此，对车载精密测量设备进行减振具有重要的意义。

2、目前市面上的被动吸振器通常由弹簧、阻尼、振子组成，系统受到外部激励时，振子会发生振动以产生反作用力，从而抵消主系统的振动。当吸振器的固有频率与外界激励频率相等时，主系统的振动将会被完全消除，具有良好的吸振效果。但是传统吸振器通常是线性结构，刚度和阻尼都是定值，一旦系统固定，其固有频率将不在改变。只有当外界激励频率等于吸振器的固有频率，主系统的振动才会被吸振器消除，因此对于复杂工况下传统吸振器不能取得良好的吸振效果。

3、因此，为满足车载精密测量设备的减振需求，有必要设计一种吸振频率更广吸振效果更好的吸振装置。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，包括底座、上端盖、壳体、下端盖、磁流变弹性体上圆环、磁流变弹性体下圆环、振子和弹簧；

4、所述壳体为空心柱体，所述上端盖安装在壳体的上端，所述下端盖安装在壳体的下端，所述磁流变弹性体上圆环安装在上端盖中心的环形凹槽内，所述磁流变弹性体下圆环安装在下端盖中心的环形凹槽内，所述壳体或下端盖与底座相连，且所述下端盖与底座之间留有空腔；

5、所述振子设置在上端盖、壳体与下端盖组成的容纳腔内，所述振子包括质量块、导磁轴、电磁线圈，所述质量块安装在导磁轴上，所述电磁线圈设置在导磁轴上，所述导磁轴的上端从磁流变弹性体上圆环穿出，所述导磁轴的下端从磁流变弹性体下圆环穿出，所述弹簧的两端分别连接质量块和上端盖；

6、所述底座和弹簧采用非导磁材料制成，所述上端盖、壳体、下端盖和导磁轴采用导磁材料制成，所述电磁线圈通电时产生外加磁场，所述磁流变弹性体上圆环、磁流变弹性体下圆环的刚度和阻尼随外加磁场的强度变化而变化。

7、进一步地，所述电磁线圈包括上电磁线圈和下电磁线圈，所述上电磁线圈和下电磁线圈分别设置在导磁轴的上段和下段。

8、进一步地，所述上端盖中心的环形凹槽的外径大于磁流变弹性体上圆环的外径，所述上端盖中心的环形凹槽的内径小于磁流变弹性体上圆环的外径且大于磁流变弹性体上圆环的内径，所述下端盖中心的环形凹槽的外径大于磁流变弹性体下圆环的外径，所述下端盖中心的环形凹槽的内径小于磁流变弹性体下圆环的外径且大于磁流变弹性体下圆环的内径。

9、进一步地，所述质量块设置在导磁轴的中心位置，所述上电磁线圈和下电磁线圈分别设置在质量块的上下两侧。

10、进一步地，各个部件的连接通过不导磁的连接件连接。

11、进一步地，所述上端盖安装在壳体的上表面，所述下端盖安装在壳体的下表面，所述底座上设有空心柱体结构，所述下端盖与壳体一体成型，所述壳体连接所述空心柱体结构。

12、进一步地，所述弹簧的数量为多个。

13、进一步地，所述底座上设有用于连接精密测量设备主系统的连接结构，所述精密测量设备主系统上还安装有加速度传感器、位移传感器，根据所述加速度传感器、位移传感器的测量值控制电磁线圈的电流大小。

14、进一步地，所述吸振器与精密测量设备主系统相连后，主系统与振子之间的动力学方程如下：

15、

16、其中，m1为主系统质量，x1为主系统的位移，m2为振子质量，x2为振子的位移，c2为剪切模式磁流变弹性体的零场阻尼；△c2为剪切模式磁流变弹性体的磁致阻尼；k2为剪切模式磁流变弹性体的零磁场刚度；△k2为剪切模式磁流变弹性体的磁致刚度；k1为主系统的刚度，y1为激励位移。

17、进一步地，根据主系统与振子之间的动力学方程，得到主系统的振动幅值关系如下：

18、

19、其中，x1为主系统的振动幅值，为外界激振力引起的静位移，f为外界激振力的幅值，为主系统的固有频率，为吸振器的固有频率，为质量比，为固有频率比，为外界激振力的振动频率比，为吸振器的阻尼比，c为吸振器的阻尼。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、(1)构建磁流变弹性体吸振器，磁流变弹性体采用剪切工作模式，具有较大的磁流变效应，拥有更广的吸振频带。

22、(2)弹簧两端分别连接上端盖和质量体，弹簧既分担了质量体的载荷，又可以在不通磁场的情况下，使吸振器具有基本的刚度,并为振子回到初始位置提供恢复力。

23、(3)设计了上电磁线圈和下电磁线圈，两个线圈的电流相同，上下线圈一起通电,可以产生较大的磁场强度，能够完全保证磁流变弹性体剪切模量随磁场强度变化的变化范围。

技术特征：

1.一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，包括底座、上端盖、壳体、下端盖、磁流变弹性体上圆环、磁流变弹性体下圆环、振子和弹簧；

2.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述电磁线圈包括上电磁线圈和下电磁线圈，所述上电磁线圈和下电磁线圈分别设置在导磁轴的上段和下段。

3.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述上端盖中心的环形凹槽的外径大于磁流变弹性体上圆环的外径，所述上端盖中心的环形凹槽的内径小于磁流变弹性体上圆环的外径且大于磁流变弹性体上圆环的内径，所述下端盖中心的环形凹槽的外径大于磁流变弹性体下圆环的外径，所述下端盖中心的环形凹槽的内径小于磁流变弹性体下圆环的外径且大于磁流变弹性体下圆环的内径。

4.根据权利要求2所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述质量块设置在导磁轴的中心位置，所述上电磁线圈和下电磁线圈分别设置在质量块的上下两侧。

5.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，各个部件的连接通过不导磁的连接件连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述上端盖安装在壳体的上表面，所述下端盖安装在壳体的下表面，所述底座上设有空心柱体结构，所述下端盖与壳体一体成型，所述壳体连接所述空心柱体结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述弹簧的数量为多个。

8.根据权利要求1所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述底座上设有用于连接精密测量设备主系统的连接结构，所述精密测量设备主系统上还安装有加速度传感器、位移传感器，根据所述加速度传感器、位移传感器的测量值控制电磁线圈的电流大小。

9.根据权利要求8所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，所述吸振器与精密测量设备主系统相连后，主系统与振子之间的动力学方程如下：

10.根据权利要求9所述的一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，其特征在于，根据主系统与振子之间的动力学方程，得到主系统的振动幅值关系如下：

技术总结
本发明涉及一种基于剪切模式下的磁流变弹性体复合吸振器，包括底座、上端盖、壳体、下端盖、磁流变弹性体上圆环、磁流变弹性体下圆环、振子和弹簧；磁流变弹性体上圆环和下圆环安装在上端盖和下端盖；振子设置在上端盖、壳体与下端盖组成的容纳腔内，振子包括导磁轴和设置在导磁轴上的质量块和电磁线圈，导磁轴的两端从磁流变弹性体上圆环和磁流变弹性体下圆环穿出，弹簧的两端分别连接质量块和上端盖；电磁线圈通电时产生外加磁场，磁流变弹性体的刚度和阻尼随外加磁场的强度变化而变化。与现有技术相比，本发明构建磁流变弹性体吸振器，磁流变弹性体采用剪切工作模式，具有较大的磁流变效应，拥有更广的吸振频带，吸振效果更好。

技术研发人员：王驰,程威衡,张宏利,陈金波,陆宇凡,黄成,彭剑
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15