变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，包括固定机架、双端电磁变刚度变阻尼组件群、铁板；双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群；上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群均包括多个电磁体；电磁体通过连接板安装于固定机架；上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。本发明可以实现变刚度可调谐功能，对一定频带内的激励振动都有抑制功能，可以根据激励振动源的频率调节动力吸振器的固有频率；同时，当动力吸振器的刚度变化以后，可以对其最优阻尼比进行调节，对于在一定频率范围内频率变化的振动具有优异的抑制效果。
【专利说明】
变刚度变阻尼可调谐动力吸振器
技术领域
[0001]本发明涉及一种动力吸振器，特别涉及一种变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，尤其是一种动力吸振器时振动控制领域的重要制振装置。
【背景技术】
[0002]动力吸振器最早出现于1909年，与隔振器相比，动力吸振器的优点在于其可以实现小型轻量化设计、对被控对象原结构破坏小、而同时又具有杰出的制振性能，其在机械振动抑制、建筑制振等领域具有广阔的应用范围。动力吸振器是广泛应用于工程实践中的一种减振技术。其通过在被控主振系的特定部位附加一个具有质量和刚度的子系统即动力吸振器，通过合理地选择动力吸振器的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，从而改变主振系的振动状态，使能量重新分配，即将主振系上的振动能量转移到动力吸振器上，从而减少或消除主振系的振动。对于通常可以简化为单自由度质量弹簧系统的动力吸振器而言，就是要将附加子系统的质量和刚度调谐至其固有频率与主振系激励频率相同，从而引起动力吸振器发生反共振，使被控主振系的振动能量最大程度地输入到动力吸振器上，达到对被控主振系减振的目的。由于动力吸振器结构简单、减振效果明显、易于实施，因此在工程实践中得到了广泛应用。
[0003]动力吸振器最早的工程应用见于1909年Frahm在德国邮船上安装的防振水箱，但是当时并没有明确它的基本构造和原理。1928年J.0rmondroyd和Den Hartog通过对单自由度振动系统的研究，提出了利用动力吸振器的阻尼作用降低主振动系统振幅的动力吸振器设计思想，确定了最优阻尼的存在，建立了动力调谐原理。在此基础上，Hahnkamm利用振幅曲线上存在两个不受阻尼大小影响的定点现象，推导出了动力吸振器的最优同调频率。随后，Brock于1946年推导出了最优阻尼的关系，形成了完整的关于传统的动力吸振器的理论体系。从上世纪中后期开始，人们的研究重点主要是在传统吸振器的基础上，通过改变结构特点、利用特殊材料等来不断寻求适合当今技术发展要求的动力吸振技术。比如，多重动力吸振器、利用记忆合金以及磁流变体等智能材料设计的新型吸振器。
[0004]从技术特点上来看，可以将动力吸振器分为被动吸振器、半主动吸振器和主动吸振器。传统来讲，我们用来抑制振动的方法主要是被动式吸振器，被动吸振器的各项参数设定后就不再改变，因此主要适用于对单一激励频率进行振动抑制，其结构简单、性能稳定，但控制频率范围太窄。主动吸振器的最大特点是根据被控对象的实际振动情况，对被控对象产生一个反相作动力，抵消原振动，实现减振目标，其控制精度和减振效果最好，但结构复杂且能耗较高，而且对控制系统的要求非常高，因此主要被应用于光学设计或精密加工等对减振效果要求很高的领域。半主动吸振器也称为自调谐吸振器，它的某些参数(频率、阻尼和质量)可在线改变，因此其能够针对变化的激励频率进行减振，宽频减振效果较被动吸振器有很大提高。半主动吸振器介于前两者之间，其减振效果接近主动吸振器，而且结构相对简单、控制方便、耗能较少，因此更具有应用前景。普通被动吸振器结构设计简单、制振效果优异，但是其有效频带很窄，为了扩展吸振器的有效应用频带宽度，逐渐发展成主动吸振器和主被动一体的半主动吸振器。
[0005]考虑到被动动力吸振器有效频率范围有限，寻求一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，该动力吸振器采用惯性力驱动，结合动量守恒定理实现动力吸振器的移动机构在板上的移动，通过动力吸振器的移动机构在板上相对位置的变化实现变刚度对吸振器的固有频率的调节;该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时该动力吸振器可以实现一定频率带宽范围内的高细分精密吸振，能够有效地进行一定频带范围内的有效吸振。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，该动力吸振器可以实现变刚度可调谐功能，对一定频带内的激励振动都有抑制功能，可以根据激励振动源的频率调节动力吸振器的固有频率；同时，当动力吸振器的刚度变化以后，可以对其最优阻尼比进行调节。
[0007]根据本发明提供的一种变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，包括固定机架、双端电磁变刚度变阻尼组件群、铁板；
[0008]双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群；
[0009]上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群均包括多个电磁体;电磁体通过连接板安装于固定机架；
[0010]上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。
[0011 ]优选地，连接板为刚性板或者柔性板。
[0012]优选地，电磁体吸附在铁板表面，或者电磁体与铁板之间存在间隙。
[0013]优选地，电磁体能够与连接板相对运动或者紧固连接在连接板上。
[0014]优选地，固定机架上设置有固定永磁体。
[0015]优选地，连接板的一端与铁板相邻、连接板的一端与铁板接触或者连接板的一端与铁板紧固连接;连接板的另一端连接在固定机架上。
[0016]优选地，固定永磁体与连接板的另一端相邻。
[0017]优选地，上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群中的电磁体之间成对对应，在成对对应的两个电磁体之间，一个电磁体属于上端电磁变刚度变阻尼组件群，另一个电磁体属于下端电磁变刚度变阻尼组件群，这两个电磁体之间在铁板的上下方向上对齐。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0019]本发明可以实现变刚度可调谐功能，对一定频带内的激励振动都有抑制功能，可以根据激励振动源的频率调节动力吸振器的固有频率；同时，当动力吸振器的刚度变化以后，可以对其最优阻尼比进行调节，对于在一定频率范围内频率变化的振动具有优异的抑制效果。
【附图说明】
[0020]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0021]图1为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器整体原理示意图。
[0022]图2为本发明第二实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器整体原理示意图。
[0023]图3为本发明第三实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器整体原理示意图。
[0024]图4为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器平衡位置示意图。
[0025]图5为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器正位置示意图。
[0026]图6为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器负位置示意图。
[0027]图7为本发明中电磁体极化示意图。
[0028]图中:I——铁板，2——质量体，3——电磁体，4--上端电磁变刚度变阻尼组件群电磁体，5—一下端电磁变刚度变阻尼组件群，6—一连接板，7—一柔性板，8—一固定永磁体。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0030]第一实施例
[0031]如图1所示，本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，包括双端电磁变刚度变阻尼组件群、质量体2以及铁板I，其中，双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5，上端电磁变刚度变阻尼组件群4、下端电磁变刚度变阻尼组件群5均包括多个电磁体3。电磁体通过连接板安装于固定机架。上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。
[0032]具体地，连接板为刚性板；电磁体3与铁板I之间存在间隙，互不接触。上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5中的电磁体之间成对对应，在成对对应的两个电磁体之间，一个电磁体属于上端电磁变刚度变阻尼组件群4，另一个电磁体属于下端电磁变刚度变阻尼组件群5，这两个电磁体之间在上下方向上对齐。
[0033]为实现所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的变刚度可调谐功能，对一定频带内的激励振动都有抑制功能，需要根据激励振动源的频率调节所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的固有频率;同时，当所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的刚度变化以后，其最优阻尼比也会同时改变，若此时不对所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的阻尼进行调节，振动在接近其固有频率的一定小范围内可能会发生强烈的振动，不利于振动的抑制。
[0034]请参考图4，图4为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器平衡位置示意图。请参考图5，图5为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器正位置示意图。请参考图6，图6为本发明第一实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器负位置示意图。请参考图7，图7为本发明电磁体极化示意图。
[0035]结合图4、图5、图6以及图7阐述所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的原理。如图7所示，圆点表示垂直纸面向外的方向，叉表示垂直纸面向内的方向，虚线表示磁感线，当电磁体通入图中方向电流后，线圈激励铁芯产生磁场并使其极化，铁芯上端为N极、下端为S极。如图4所示，当电磁体3的线圈中通入电流后，电磁体3的铁芯将对铁板I产生y向电磁吸引力F，铁板I在受到y向吸引力以后，其固有频率将发生改变;单个电磁体3作用于铁板产生y向吸引力只能在某一频带内改变所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的固有频率，为将其固有频率变化范围扩展至一段较大频带，需要使用双端电磁变刚度变阻尼组件群，通过对其中的各个电磁体通入的电流幅值和大小进行调节，就可以实现所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的变刚度功能。
[0036]如图5、图6所示，所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的最优阻尼比将决定其在激励频率在其固有频率一定范围内的振动幅值增大比，若最优阻尼比设置不当，被控主振系此时的振动将被放大，影响所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的振动抑制效果。所述变刚度变阻尼可调谐动力吸振器的变阻尼原理实现如下，当铁板I带动质量体2在平衡位置附近振动时，其偏离平衡位置后，在电磁体3产生的电磁力作用下，其z向分量可以作为阻尼力对此动力吸振器的阻尼进行调节，进而使阻尼比调谐至动力吸振器的最优阻尼比。
[0037]第二实施例
[0038]如图2所示，本发明第二实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，包括双端电磁变刚度变阻尼组件群、质量体2以及铁板I，其中，双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5，上端电磁变刚度变阻尼组件群4、下端电磁变刚度变阻尼组件群5均包括多个电磁体3。电磁体通过连接板安装于固定机架。上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。
[0039]上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5中的电磁体之间成对对应，在成对对应的两个电磁体之间，一个电磁体属于上端电磁变刚度变阻尼组件群4，另一个电磁体属于下端电磁变刚度变阻尼组件群5，这两个电磁体之间在上下方向上对齐。
[0040]具体地，连接板为柔性板；电磁体吸附在铁板表面。柔性板能够在垂直于x-y平面发生形变。所述变刚度可调谐动力吸振器的变刚度原理实现如下，当电磁体3的线圈中通入电流后，电磁体3的铁芯将对铁板I产生向电磁吸引力F，此电磁吸引力F将铁板I与柔性板12连接，使柔性板与铁板两者组成一并联弹簧，故此时动力吸振器的刚度由于产生并联弹簧而发生改变，其固有频率将发生变化;单个电磁体3作用于铁板产生由电磁吸引力产生的并联弹簧只能在某一频带内改变动力吸振器的固有频率，为将其固有频率变化范围扩展至一段较大频带，需要使用双端电磁变刚度变阻尼组件群和柔性板，通过对其中的各个电磁体通入的电流幅值和大小进行调节，就可以实现动力吸振器的变刚度功能。
[0041 ] 第三实施例
[0042]如图3所示，本发明第三实施例提供的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，包括双端电磁变刚度变阻尼组件群、质量体2以及铁板I，其中，双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5，上端电磁变刚度变阻尼组件群4、下端电磁变刚度变阻尼组件群5均包括多个电磁体3。电磁体通过连接板安装于固定机架。上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。
[0043]上端电磁变刚度变阻尼组件群4和下端电磁变刚度变阻尼组件群5中的电磁体之间成对对应，在成对对应的两个电磁体之间，一个电磁体属于上端电磁变刚度变阻尼组件群4，另一个电磁体属于下端电磁变刚度变阻尼组件群5，这两个电磁体之间在上下方向上对齐。
[0044]具体地，电磁体能够与连接板相对运动；固定机架上设置有固定永磁体。连接板的一端与铁板相邻，或者连接板的一端与铁板接触;连接板的另一端连接在固定机架上。固定永磁体与连接板的另一端相邻。
[0045]所述变刚度可调谐动力吸振器的变刚度原理实现如下，柔性板与铁板I固连，当电磁体3的线圈中通入电流后，电磁体3的铁芯将对永磁体15产生向电磁力，此电磁力可以驱动电磁体3在柔性板15上运动，电磁体可以采用直线轴承减小摩擦力，此时柔性板15与电磁体3组成一质量-弹簧系统，与铁板I及质量体2合并为一并联弹簧多重吸振器。通过改变固定永磁体与电磁体之间的磁作用力，可以控制双端电磁变刚度变阻尼组件群在柔性板上的可调位置，可以实现多重变刚度可调谐动力吸振器，对宽频带内的振动进行有效控制。
[0046]上述实施方式中给出的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器原理及结构方案能够实现变刚度可调谐功能，对一定频带内的激励振动都有抑制功能，可以根据激励振动源的频率调节动力吸振器的固有频率；同时，当动力吸振器的刚度变化以后，可以对其最优阻尼比进行调节，对于在一定频率范围内频率变化的振动具有优异的抑制效果。
[0047]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，包括固定机架、双端电磁变刚度变阻尼组件群、铁板； 双端电磁变刚度变阻尼组件群包括上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群； 上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群均包括多个电磁体；电磁体通过连接板安装于固定机架； 上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群分别位于铁板的上侧、下侧。2.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，连接板为刚性板或者柔性板。3.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，电磁体吸附在铁板表面，或者电磁体与铁板之间存在间隙。4.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，电磁体能够与连接板相对运动或者紧固连接在连接板上。5.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，固定机架上设置有固定永磁体。6.根据权利要求5所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，连接板的一端与铁板相邻、连接板的一端与铁板接触或者连接板的一端与铁板紧固连接;连接板的另一端连接在固定机架上。7.根据权利要求6所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，固定永磁体与连接板的另一端相邻。8.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼可调谐动力吸振器，其特征在于，上端电磁变刚度变阻尼组件群、下端电磁变刚度变阻尼组件群中的电磁体之间成对对应，在成对对应的两个电磁体之间，一个电磁体属于上端电磁变刚度变阻尼组件群，另一个电磁体属于下端电磁变刚度变阻尼组件群，这两个电磁体之间在铁板的上下方向上对齐。
【文档编号】F16F7/10GK106090098SQ201610396736
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610396736.4, CN 106090098 A, CN 106090098A, CN 201610396736, CN-A-106090098, CN106090098 A, CN106090098A, CN201610396736, CN201610396736.4
【发明人】杨斌堂, 王熙
【申请人】上海交通大学