CN104482091B - 一种具有主动吸振能力的隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有主动吸振能力的隔振器，其特征是设置一呈筒状的上壳体，橡胶主簧封堵于上壳体的顶端开口中，主簧骨架贯穿橡胶主簧，在主簧骨架的顶部设置有联接螺柱，联接螺柱的上端用于和基体相联接；设置与上壳体相联接的下壳体的底板上固定有剪切套筒，绕制有励磁线圈的柱状铁芯通过设置在柱状铁芯外圆周上的磁流变弹性体支撑在剪切套筒中，磁流变弹性体的工作模式为剪切模式；导磁质量块与铁芯固定联接；在下壳体的底部设置有联接螺栓用于和主振动物体联接。本发明可以有效降低旋转机械传递到基体的振动能量，减小旋转机械相关零部件的振动，提高其使用寿命。

Description

一种具有主动吸振能力的隔振器

技术领域

本发明涉及振动系统中隔振/吸振机构，更具体地说是一种适用于汽车发动机悬置系统、新能源汽车动力总成悬置系统、舰艇动力系统、医疗器械系统、特种装备运载器、机床加工设备等带有旋转机械动力系统的具有主动吸振能力的隔振器。

背景技术

旋转机械是工程应用中使用非常广泛的动力输出元件，在旋转机械的使用过程中，一般都存在随它们转速变化而变化的扰动激励。以内燃机为例，在内燃机工作时，气缸压力和往复惯性力产生的俯仰力矩是内燃机的主要扰动激励，扰动转矩频率是内燃机转速角频率的两倍。为减小振动，旋转机械的扰动激励都会经过隔振元件传递到基体上，若隔振元件设计不合理，容易导致机体的剧烈振动，加剧相关机械电子部件的损坏，缩短它们的使用寿命，因此对旋转机械隔振元件的设计十分重要。传统的旋转机械隔振元件通常使用橡胶悬置，橡胶悬置的刚度一般在工程设计之初就已确定，由于设计悬置元件刚度时既要考虑悬置元件的隔振性能，又要兼顾对旋转机械限位和支撑的要求，因此在设计时悬置元件的刚度难免会有所偏大，这就使得悬置系统的固有频率偏大，因此在旋转机械低转速工况下，旋转机械振动的激励频率接近悬置系统的固有频率，导致旋转机械的振动严重，加剧了基体的振动，影响了相关部件的使用。

在工程应用中，为了减小旋转机械系统引起的振动，一般有两种方案可选：一是增加悬置系统在旋转机械激励频率附近的阻尼，二是使悬置系统共振频率远离旋转机械激励频率。针对第一种方案，以发动机悬置设计为例，国内外学者提出的磁流变液压悬置能起到很好的改善悬置阻尼的作用，重庆大学郑玲等人申请了基于挤压模式的发动机磁流变液压悬置的发明专利，专利申请号为CN201310083796.7，该发明专利申请的发动机磁流变液压悬置采用磁流变液的挤压工作模式，通过改变磁流变液的粘滞阻尼来改变悬置系统的隔振能力，能起到良好的减振效果。针对第二种方案，可以通过设计主动吸振器来改变悬置系统的共振频率，从而使悬置系统的共振频率远离旋转机械的激励频率，这样就减小了旋转机械系统引起的振动，但在主动吸振技术领域，传统的主动吸振器一般只能作为一个吸振装置单独使用，这就需要占用额外的空间来单独安装主动吸振器，然而一般旋转机械的各种部件布置十分紧凑，空间非常有限，因此将传统的主动吸振器单独安装在旋转机械上会浪费很大的空间，而且传统的吸振器一般只能作为一个吸振器件使用，并不能用来承受旋转机械的载荷，这在一定程度上也限制了主动吸振器在旋转机械悬置系统减振上的应用，目前对于如何将主动吸振器应用到旋转机械悬置系统减振技术上，设计一种既能承受旋转机械载荷，又能吸收旋转机械振动能量的悬置元件尚未见报道。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术存在的不足之处，提供一种具有主动吸振能力的隔振器。根据主动吸振器的工作原理，将主动吸振器技术应用到旋转机械悬置隔振系统中，以降低旋转机械传递到基体的振动能量，减小旋转机械相关零部件的振动，提高它们的使用寿命。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明具有主动吸振能力的隔振器，其结构特点是：

设置一呈筒状的上壳体，橡胶主簧封堵于上壳体的顶端开口中，主簧骨架贯穿所述橡胶主簧，在所述主簧骨架的顶部设置有联接螺柱，所述联接螺柱的上端用于和基体相联接；

设置与所述上壳体相联接的下壳体，以所述下壳体作为主动吸振器壳腔，在所述下壳体中、位于下壳体的底板上固定设置有剪切套筒，绕制有励磁线圈的柱状铁芯通过设置在柱状铁芯外圆周上的磁流变弹性体支撑在所述剪切套筒中，所述磁流变弹性体的工作模式为剪切模式；导磁质量块与铁芯固定联接；在所述下壳体的底部设置有联接螺栓，所述联接螺栓用于和主振动物体相联接。

本发明具有主动吸振能力的隔振器，其结构特点也在于：

以水平顶板和竖向撑杆构成“T”形主簧骨架，橡胶主簧固定设置在水平顶板的上表面，以所述橡胶主簧与基体相联接；

由下壳体和呈盖板状的上壳体构成主动吸振器壳腔，所述主簧骨架中的竖向撑杆贯穿所述主动吸振器壳腔，并以贯穿所述主动吸振器壳腔的竖向撑杆的另一端通过联接螺栓与主振动物体相联接；

在所述下壳体中，绕制有励磁线圈的柱状铁芯通过设置在柱状铁芯内表面上的磁流变弹性体支撑在所述主簧骨架的竖向撑杆上，所述磁流变弹性体的工作模式为剪切模式；柱状铁芯和位于柱状铁芯上部的导磁质量块固定设置在下壳体上。

本发明具有主动吸振能力的隔振器，其结构特点也在于：所述上壳体和下壳体是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质。

本发明具有主动吸振能力的隔振器，其结构特点也在于：所述导磁质量块和铁芯是由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

本发明具有主动吸振能力的隔振器，其结构特点也在于：所述上壳体和下壳体为螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1.本发明将主动吸振器和被动橡胶悬置结合在一起，不需要额外的安装吸振器的空间，不但能起到传统橡胶悬置的限位和支撑的作用，还能够根据旋转机械输出激励的频率，改变通过励磁线圈的电流从而改变磁流变弹性体的刚度，主动跟踪旋转机械振动的激励频率，吸收旋转机械的振动能量，减小旋转机械振动能量向基体的传递。合理利用了空间，同时起到了支撑旋转机械和吸收旋转机械振动的作用。

2.本发明将铁芯和励磁线圈都作为有效的振子振动质量，这和传统的主动吸振器中，把铁芯和励磁线圈作为静质量，还要专门增加振子动质量的设计相比，更有效地利用了线圈和铁芯的质量，不但节省了空间，还提高了产品的轻量化水平。

3.本发明采用了基于剪切工作模式的磁流变弹性体，工作在剪切模式下的磁流变弹性体的刚度可调范围比工作在挤压模式的磁流变弹性体刚度的可调范围更大，因此本发明能更大范围的跟踪旋转机械激励的振动频率，在更宽的旋转机械转速范围内起到吸收旋转机械振动能量的作用。

4.本发明中导磁质量块、铁芯、剪切套筒采用工业纯铁或其它高导磁材料制成，其工作时磁阻小，能较好的引导磁力线分布，增加通过磁流变弹性体的磁场强度，从而增大磁流变弹性体的刚度可调范围，在更宽的旋转机械转速范围内吸收旋转机械的振动能量。

附图说明

图1是本发明实施例1结构示意图；

图2a和图2b分别为实施例1中磁流变弹性体的主视和俯视结构示意图；

图3a和图3b分别为实施例1中导磁质量块的主视和俯视结构示意图；

图4a和图4b分别为实施例1中下壳体的主视和俯视结构示意图；

图5为本发明实施例2结构示意图。

图中标号：1橡胶主簧，21上壳体，22下壳体，3主簧骨架，31联接螺柱，32联接螺栓，41导磁质量块，42铁芯，43励磁线圈，44磁流变弹性体，45剪切套筒，46固定螺栓，47导磁质量块引线孔，48上壳体引线孔。

具体实施方式

实施例1：

参见图1、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a和图4b，本实施例中具有主动吸振能力的隔振器的结构形式是：

设置呈筒状的上壳体21，橡胶主簧1封堵于上壳体21的顶端开口中，主簧骨架3贯穿橡胶主簧1，在主簧骨架3的顶部设置有联接螺柱31，联接螺柱31的上端用于和基体相联接，起到联接旋转机械与基体的作用，联接螺柱31也可以与主簧骨架3加工为一整体。

设置与上壳体21相联接的下壳体22，以下壳体22作为主动吸振器壳腔，在下壳体22中、位于下壳体22的底板上固定设置有剪切套筒45，绕制有励磁线圈43的呈柱状的铁芯42通过设置在柱状铁芯外圆周上的磁流变弹性体44支撑在剪切套筒45中，磁流变弹性体44的工作模式为剪切模式；导磁质量块41通过固定螺栓46与铁芯42固定联接，本实施例中，也可以将导磁质量块41与铁芯42设置为一体式构件；在下壳体22的底部设置有联接螺栓32，联接螺栓32用于和主振动物体相联接，也就是将联接螺栓32与旋转机械端相连，用于传递旋转机械的振动能量。

图1中所示的导磁质量块引线孔47和上壳体引线孔48用于引出励磁线圈43的联接导线；本实施例中，剪切套筒45和导磁质量块41之间为间隙配合，剪切套筒45的外表面和导磁质量块41的内表面都经过抛光处理，这样的形式既可以减少漏磁的影响，又可以减少剪切套筒45与导磁质量块41之间的摩擦，剪切套筒45可以通过螺纹联接在下壳体22的底板上。

具体实施中，上壳体21和下壳体22是由隔磁性能较好且强度较高的不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质制成，既能达到上壳体21和下壳体22作为支撑旋转机械载荷的刚度设计条件，又能满足主动吸振器工作时对磁场封闭的要求；上壳体21和下壳体22采用螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。

本实施例中，导磁质量块41、铁芯42和剪切套筒45能引导磁力线分布，是磁场流过的主要路径，它们的磁阻大小决定了通过磁流变弹性体44的磁场强度，为了使通过磁流变弹性体44的磁场强度更大，导磁质量块41、铁芯42和剪切套筒45由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

实施例2：

参见图5，本实施例中具有主动吸振能力的隔振器的结构形式是：

以水平顶板和竖向撑杆构成“T”形主簧骨架3，橡胶主簧1固定设置在水平顶板的上表面，以橡胶主簧1与基体相联接。

由下壳体22和呈盖板状的上壳体21构成主动吸振器壳腔，主簧骨架3中的竖向撑杆贯穿主动吸振器壳腔，并以贯穿主动吸振器壳腔的竖向撑杆的另一端通过联接螺栓32与主振动物体相联接；

在下壳体22中，绕制有励磁线圈43的呈柱状的铁芯42通过设置在柱状铁芯内表面上的磁流变弹性体44支撑在主簧骨架3的竖向撑杆上，磁流变弹性体44的工作模式为剪切模式；柱状铁芯42和位于柱状铁芯42上部的导磁质量块41固定设置在下壳体22上。

与实施例1相同的是，实施例2中上壳体21和下壳体22是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质；导磁质量块41和铁芯42是由工业纯铁或其它高导磁材料制成；上壳体21和下壳体22采用螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。实施例2与实施例1的主要区别是主簧骨架3的布置形式不同，实施例2中的主簧骨架3不但能起到引导主动吸振器运动的作用，还能起到作为磁流变弹性体44的剪切板的作用，实施例2中导磁质量块41与主簧骨架3相接触的表面都做抛光处理，导磁质量块41、铁芯42、上壳体21、下壳体22都作为有效的振子质量，有效地利用了铁芯和壳体的质量。

本发明中将铁芯42和励磁线圈43都设置为有效的振子动质量，不但减小了铁芯42和励磁线圈43作为附加质量增加的悬置的额外质量，而且减小了所用导磁质量块41的振子动质量，既节省了空间，又提高了产品的轻量化水平。

本发明中工作在剪切模式下的磁流变弹性体的刚度可调范围比工作在挤压模式的磁流变弹性体刚度可调范围更大，因此能更大范围地跟踪旋转机械激励的振动频率，在更宽的旋转机械转速范围内起到吸收旋转机械振动能量的作用。由于磁流变弹性体44的刚度随通过它的磁场强度的变化而变化，磁场越大，磁流变弹性体44的刚度越大。因此，当旋转机械输出激励频率变化时，通过改变励磁线圈43中的励磁电流大小会改变通过磁流变弹性体44的磁场强度，从而改变磁流变弹性体44的刚度，最终改变了主动吸振器的固有频率。

本发明在具体应用时，当旋转机械输出激励频率变化时，通过改变流过励磁线圈43的电流大小，进而改变通过磁流变弹性体44的磁场强度来改变磁流变弹性体44的刚度，从而改变主动吸振器的固有频率，当主动吸振器的固有频率和旋转机械的输出激励频率一致时，主动吸振器就能大幅度吸收旋转机械的振动能量，传递到基体的振动能量就大幅减小，因此只要能调节励磁线圈43电流大小使主动吸振器的固有频率跟踪旋转机械的输出激励频率，该结构就能在整个旋转机械转速范围内吸收旋转机械的振动能量，在整个旋转机械转速范围内减小旋转机械向基体传递的振动能量，减小旋转机械相关零部件的振动，提高它们的使用寿命。

Claims (5)

1.一种具有主动吸振能力的隔振器，其特征是：

设置一呈筒状的上壳体(21)，橡胶主簧(1)封堵于上壳体(21)的顶端开口中，主簧骨架(3)贯穿所述橡胶主簧(1)，在所述主簧骨架(3)的顶部设置有联接螺柱(31)，所述联接螺柱(31)的上端用于和基体相联接；

设置与所述上壳体(21)相联接的下壳体(22)，以所述下壳体(22)作为主动吸振器壳腔，在所述下壳体(22)中、位于下壳体(22)的底板上固定设置有剪切套筒(45)，绕制有励磁线圈(43)的柱状铁芯(42)通过设置在柱状铁芯外圆周上的磁流变弹性体(44)支撑在所述剪切套筒(45)中，所述磁流变弹性体(44)的工作模式为剪切模式；导磁质量块(41)与铁芯(42)固定联接；在所述下壳体(22)的底部设置有联接螺栓(32)，所述联接螺栓(32)用于和主振动物体相联接；

当旋转机械输出激励频率变化时，通过改变流过励磁线圈(43)的电流大小，进而改变通过磁流变弹性体(44)的磁场强度来改变磁流变弹性体(44)的刚度，改变主动吸振器的固有频率，当主动吸振器的固有频率和旋转机械的输出激励频率一致时，主动吸振器大幅度吸收旋转机械的振动能量，传递到基体的振动能量大幅减小。

2.一种具有主动吸振能力的隔振器，其特征是：

以水平顶板和竖向撑杆构成“T”形主簧骨架(3)，橡胶主簧(1)固定设置在水平顶板的上表面，以所述橡胶主簧(1)与基体相联接；

由下壳体(22)和呈盖板状的上壳体(21)构成主动吸振器壳腔，所述主簧骨架(3)中的竖向撑杆贯穿所述主动吸振器壳腔，并以贯穿所述主动吸振器壳腔的竖向撑杆的另一端通过联接螺栓(32)与主振动物体相联接；

在所述下壳体(22)中，绕制有励磁线圈(43)的柱状铁芯(42)通过设置在柱状铁芯内表面上的磁流变弹性体(44)支撑在所述主簧骨架(3)的竖向撑杆上，所述磁流变弹性体(44)的工作模式为剪切模式；柱状铁芯(42)和位于柱状铁芯(42)上部的导磁质量块(41)固定设置在下壳体(22)上。

3.根据权利要求1或2所述的具有主动吸振能力的隔振器，其特征是：所述上壳体(21)和下壳体(22)是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质。

4.根据权利要求1或2所述的具有主动吸振能力的隔振器，其特征是：所述导磁质量块(41)和铁芯(42)是由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的具有主动吸振能力的隔振器，其特征是：所述上壳体(21)和下壳体(22)为螺纹联接，或以卷边联接。