CN105020324B - 一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器 - Google Patents

一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其包括变刚度装置和变摩擦装置，采用分别控制的方法，刚度的改变通过改变励磁线圈的电流大小来实现，摩擦力的改变通过改变压电驱动器的电压大小来实现；所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体、内部圆柱形导磁体，内部圆柱形导磁体上设置有励磁线圈；所述的变摩擦装置包括压电驱动器和摩擦片，摩擦片与变刚度装置接触，产生随电压改变的摩擦力。本发明将磁流变弹性体变刚度装置和压电材料变摩擦阻尼器设计到一个阻尼器中，通过调整励磁线圈的外加电流，可使阻尼器的刚度特性发生改变，通过调整压电驱动器的外加电压大小，可以使摩擦部分的法向正压力变化。

Description

一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器
技术领域
本发明涉及智能减振领域，尤其是涉及一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器的智能减振装置。
背景技术
振动是一种常见的自然现象，有害的振动会带来各种各样的问题。因此在各行各业人们已使用各种各样的减振器来消能减振。常见的减振器主要有被动减振器、主动减振器、半主动减振器。被动减振器由于参数固定等缺点，减振效果不好。而主动减振器的效果最好，但它需要大量的外部能源输入，并且控制算法复杂，因此应用困难。而半主动减振器综合了主动减振器减振效果好，被动减振器构造简单的优点，具有广泛的应用价值。
半主动减振器通常由阻尼可变的阻尼器实现。目前广泛使用的阻尼可变的阻尼器为磁流变阻尼器，如中国专利(申请号：200610106147.4)提供了一种能够调节屈服力和流变阻尼的磁流变阻尼器，但是磁流变阻尼器均有液体的渗漏问题。而由压电材料制成的变摩擦阻尼器，克服了液体阻尼器渗漏的问题，如中国专利(申请号：201320602600.6)提供了一种自复位型压电半主动摩擦阻尼器。但是以上阻尼器均仅仅局限在阻尼可变上。
鉴于此，本专利利用磁流变弹性体剪切模量可随外加磁场改变的特性，结合压电材料的逆压电效应，设计了一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，以满足对减振的更高要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，用以克服上述技术缺陷。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其包括变刚度装置和变摩擦装置，变刚度装置和变摩擦装置采用分别控制的方法，刚度的改变通过改变励磁线圈的电流大小来实现，摩擦力的改变通过改变压电驱动器的电压大小来实现；
所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体、内部圆柱形导磁体，内部圆柱形导磁体上设置有励磁线圈；
所述的变摩擦装置包括压电驱动器和摩擦片，摩擦片与变刚度装置接触，产生随电压改变的摩擦力。
进一步地，所述的变刚度装置还包括磁流变弹性体，在所述的外部圆管形导磁体和内部圆柱形导磁体之间有空腔，在空腔的顶端设置有磁流变弹性体。
进一步地，所述的压电驱动器设置在外部圆管形导磁体的内壁上，压电驱动器外侧为压电保护罩，压电驱动器的端部为摩擦片；压电驱动器在电压刺激下，驱使摩擦片和内部圆柱形导磁体接触。
进一步地，所述的内部圆柱形导磁体和压电材料接触部分没有绕制励磁线圈。
进一步地，所述的外部圆管形导磁的底部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的底端固定相连，内部圆柱形导磁体的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的顶端固定相连。
进一步地，所述的变摩擦装置还包括设置在外部圆管形导磁体的外侧的缸筒，缸筒内壁设置有压电驱动器，压电驱动器的外侧为压电保护罩，压电驱动器的端部为摩擦片；
在电压刺激下，摩擦片和外部圆管形导磁体的外壁接触，产生随电压改变的摩擦力。
进一步地，所述的外部圆管形导磁体的底部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的底端固定相连，内部圆柱形导磁体的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和筒底固定。
与现有技术相比本发明的有益效果在于，
1.本发明将磁流变弹性体变刚度装置和压电材料变摩擦阻尼器设计到一个阻尼器中，通过调整励磁线圈的外加电流，可使阻尼器的刚度特性发生改变，通过调整压电驱动器的外加电压大小，可以使摩擦部分的法向正压力变化，可使阻尼器的阻尼特性发生改变。
2.本发明的变刚度变摩擦装置分为两种情况，第一种情况将变刚度装置和变摩擦装置集成到一个空腔中，结构简单，设计紧凑，节省空间，具有很好的适用性。第二种情况将变刚度装置和变摩擦装置分开，使阻尼器的刚度、阻尼分别具有更大的调整范围。
附图说明
图1a为本发明基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器的实施例一的结构示意图；
图1b为本发明实施例一的B-B向剖视结构示意图；
图2a为本发明基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器的实施例二的结构示意图；
图2b为本发明实施例二的A-A向剖视结构示意图.
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
本发明基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器包括变刚度装置和变摩擦装置，变刚度装置和变摩擦装置采用分别控制的方法，刚度的改变通过改变励磁线圈的电流大小来实现，摩擦力的改变通过改变压电驱动器的电压大小来实现；通过改变励磁线圈电流的大小和压电驱动器电压的大小，使阻尼器的刚度和摩擦力发生改变。
所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体、内部圆柱形导磁体，内部圆柱形导磁体上设置有励磁线圈；
所述的变摩擦装置包括压电驱动器和摩擦片，摩擦片与变刚度装置接触，产生随电压改变的摩擦力。
在本发明中，所述的摩擦片根据设计结构的不同和变刚度装置的不同区域接触。
实施例一：
请参阅图1a-1b所示，在本发明实施例中，所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体2、内部圆柱形导磁体3，在内外导磁体之间有空腔；在空腔的顶端设置有磁流变弹性体1，在内部圆柱形导磁体3上绕有励磁线圈4，本实施例采用剪切工作模式，磁流变弹性体、导磁体、励磁线圈构成变刚度装置。
所述的变摩擦装置包括，设置在外部圆管形导磁体2的内壁上的压电驱动器7，压电驱动器7外侧为压电保护罩8，压电驱动器7的端部为摩擦片6。
当压电驱动器7在电压刺激下，驱使摩擦片6和内部圆柱形导磁体3接触，产生随电压改变的摩擦力，其中，内部圆柱形导磁体3和压电材料接触部分没有绕制励磁线圈。
外部圆管形导磁2的底部固联阻磁材料5，阻磁材料5和阻尼器的底端10固定相连，内部圆柱形导磁体3的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的顶端9固定相连。
励磁线圈通电后，变刚度装置中形成闭合磁回路，在磁流变弹性体区域，磁力线方向和沿着内部圆柱形导磁体圆心辐射方向一致，磁流变弹性体中铁颗粒成链方向和磁力线方向相同。
所述的变刚度变摩擦装置采用分别控制的方法，刚度的改变通过改变励磁线圈的电流大小来实现，摩擦力的改变通过改变压电驱动器的电压大小来实现。同时为了使磁路明确，提高磁路效率，在圆管形导磁体的底部和圆柱形导磁体的顶部固联有阻磁材料。
实施例二
请参阅图2a-2b所示，在本发明实施例中，摩擦片与变刚度装置的接触位置发生变化，相应的，变摩擦装置的结构改变。
所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体12、内部圆柱形导磁体13，内外导磁体之间有空腔，磁流变弹性体11位于空腔的端部，内部圆柱形导磁体上绕有励磁线圈14，采用剪切工作模式，磁流变弹性体、导磁体、励磁线圈共同构成变刚度装置。
所述的变摩擦装置包括设置在外部圆管形导磁体12的外侧的缸筒19，缸筒19将变摩擦装置罩在其内；缸筒内壁设置有压电驱动器17，压电驱动器17的外侧为压电保护罩18，压电驱动器17的端部为摩擦片16。
在电压刺激下，摩擦片16和外部圆管形导磁体12的外壁接触，产生随电压改变的摩擦力；外部圆管形导磁体的底部固联阻磁材料15，阻磁材料15和阻尼器的底端21固定相连，内部圆柱形导磁体13的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和筒底固定；筒底的另一侧和阻尼器的顶端20固定相连。
下面简述本发明阻尼器的工作过程。
将本发明设计的阻尼器安装在振动控制对象上，根据振动对象的的振动情况，控制器计算得到的控制信号，改变励磁线圈电流的大小和压电驱动器电压的大小，使阻尼器的刚度和摩擦力发生改变，从而产生良好的减振效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，其包括变刚度装置和变摩擦装置，变刚度装置和变摩擦装置采用分别控制的方法，刚度的改变通过改变励磁线圈的电流大小来实现，摩擦力的改变通过改变压电驱动器的电压大小来实现；
所述的变刚度装置包括外部圆管形导磁体、内部圆柱形导磁体，内部圆柱形导磁体上设置有励磁线圈；
所述的变摩擦装置包括压电驱动器和摩擦片，摩擦片与变刚度装置接触，产生随电压改变的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的变刚度装置还包括磁流变弹性体，在所述的外部圆管形导磁体和内部圆柱形导磁体之间有空腔，在空腔的顶端设置有磁流变弹性体。
3.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的压电驱动器设置在外部圆管形导磁体的内壁上，压电驱动器外侧为压电保护罩，压电驱动器的端部为摩擦片；压电驱动器在电压刺激下，驱使摩擦片和内部圆柱形导磁体接触。
4.根据权利要求3所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的内部圆柱形导磁体和压电材料接触部分没有绕制励磁线圈。
5.根据权利要求3所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的外部圆管形导磁体的底部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的底端固定相连，内部圆柱形导磁体的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的顶端固定相连。
6.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的变摩擦装置还包括设置在外部圆管形导磁体的外侧的缸筒，缸筒内壁设置有压电驱动器，压电驱动器的外侧为压电保护罩，压电驱动器的端部为摩擦片；
在电压刺激下，摩擦片和外部圆管形导磁体的外壁接触，产生随电压改变的摩擦力。
7.根据权利要求6所述的基于磁流变弹性体和压电材料的变刚度变摩擦阻尼器，其特征在于，所述的外部圆管形导磁体的底部固联阻磁材料，阻磁材料和阻尼器的底端固定相连，内部圆柱形导磁体的顶部固联阻磁材料，阻磁材料和筒底固定。
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