CN105317912A - 宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器。包括两端分别安装于底座与上盖上的轴，穿在轴上的动子，套在轴上且分别位于动子与底座和动子与上盖之间的两个弹簧，布置于动子上的线圈，包在动子外部且两端分别于底座和上盖连接的外壳，所述线圈的数量大于1，各线圈独立安装在动子上，每个线圈均引出两个线端。本发明可以通过调节电流大小调节吸振器的刚度和阻尼，在电流无法变化的某些突发情况下可以通过线圈接入的多少实现电磁刚度或者电磁阻尼的改变。本发明有效拓宽了吸振器的频带。本发明可以通过简单的方式进行连续或较大范围的调节，使吸振器在一定的频率范围内吸振效果更好，更为有效。

Description

宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器

技术领域

本发明涉及的是一种动力吸振器。

背景技术

随着社会的发展，人们对于减振降噪的要求越来越高。振动控制是振动工程领域的一个重要分支，其目的就是通过一定的措施使被控对象的振动水平降低至人们的预期要求。吸振是广泛应用于工程实践中的一种减振技术。所谓吸振，就是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吸振器，合理选择该子系统的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，以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子系统上，从而减少或消除主振系的振动。

被动的动力吸振器是质量和刚度参数固定的机械结构，其固有频率不可调节，因而只能控制单一频率的振动，适用范围很窄。为了对变工况运行的被控对象进行振动控制，出现了很多固有频率可调的半主动吸振器，也称为自调谐吸振器，大部分半主动吸振器通过改变刚度来改变其固有频率。公告号为CN102410336B的专利文件中所提出的封闭结构线圈外置式半主动吸振器以及公开号为CN103291828A的专利文件中所提出的封闭结构线圈内置式半主动吸振器便是两款频率可调的电磁式半主动吸振器，两者的区别在于线圈位置的不同，其原理就是通过调节励磁线圈电流改变电磁刚度，进而达到调节吸振器固有频率的目的。然而上述电磁式半主动吸振器存在以下两点不足：第一，所设计吸振器阻尼很小，且不具备调节功能，使得吸振器在具体实施时可控频率带太窄，影响吸振效果。第二，在实际应用中，吸振器可调频率范围太小，通常只有几赫兹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可灵活调节固有频率的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器。

本发明的目的是这样实现的：包括两端分别安装于底座与上盖上的轴，穿在轴上的动子，套在轴上且分别位于动子与底座和动子与上盖之间的两个弹簧，布置于动子上的线圈，包在动子外部且两端分别于底座和上盖连接的外壳，其特征是：所述线圈的数量为2-8个且为偶数，各线圈独立安装在动子上，每个线圈均引出两个线端。

本发明还可以包括：

1、所述线圈的数量为4个，每个线圈的匝数分别为1、2、3、4。

2、所述线圈的数量为4个，每个线圈的匝数分别为1、2、4、8。

3、所述动子形状呈哑铃形，线圈缠绕在动子中间小半径的位置。

4、哑铃形动子两端的大半径处有动子齿，外壳的内壁设置有与动子齿位置相对应的齿。

本发明属于一种半主动吸振器，圆盘形状的底座设计了螺纹孔，用以连接振源。轴位于吸振器中心，与底座通过预紧力连接。吸振器的外壳呈圆柱形，内部设计有齿，与动子齿位置相对应，外壳通过螺钉与底座连接。吸振器的动子穿过轴，与轴通过轴承连接。动子形状呈哑铃形，半径较大的两端设计有动子齿，线圈缠绕在动子中间半径较小的位置。两个弹簧对称放置在动子的上、下两个端面的凹槽里，弹簧的一端抵住动子，另一端抵住吸振器的上端盖和底座。吸振器的上端盖通过螺钉与外壳固定。上端盖的上方设置了螺母8，用以连接固定轴和上端盖。

本发明的吸振器配置了多个线圈，独立安装在动子上。每个线圈均引出两个线端，使线圈既可连接在励磁回路中，又可连接在阻尼回路中，易于实现吸振器电磁刚度和阻尼的调节控制。

本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：

1、本发明设计的吸振器可以通过调节电流大小调节吸振器的刚度和阻尼，在电流无法变化的某些突发情况下，所设计电磁式半主动吸振器依旧可以通过线圈接入的多少实现电磁刚度或者电磁阻尼的改变。

2、本发明设计的刚度可调节的半主动式吸振器，通过调节吸振器的刚度大小来调节其固有频率，有效拓宽了吸振器的频带。

3、本发明的吸振器的阻尼可以通过简单的方式进行连续或较大范围的调节，使吸振器在一定的频率范围内吸振效果更好，更为有效。

附图说明

图1为本发明的吸振器线圈引线布置图。图1中a、b、c、d、e、f、g、h为线圈线端接口。

图2为吸振器内部结构图。

图3a为外壳结构图，图3b为图3a的俯视图。

图4a为动子结构图，图4b为图4a的俯视图。

图5为线圈的匝数为1、2、3、4时，电磁刚度和阻尼的搭配表。

图6为线圈的匝数为1、2、4、8时，电磁刚度和阻尼的搭配表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

机械弹簧的刚度为k_机，电磁刚度为k_电，隔振频带为f_min～f_max，吸振质量为m_a。吸振器的总刚度为k＝k_电+2k_机，机械弹簧的刚度为k_机＝Gd⁴/(8nD³)，电磁刚度需满足的范围是机械弹簧需满足的范围是

结合图2。半主动吸振器包括圆盘形状的底座1，底座的中心设计了凹槽，用来放置轴3。底座表面具有阶梯结构，用以确定底座和外壳6的相对位置。底座设计了两周螺纹孔，内圈六个螺纹孔用以连接外壳，外圈六个螺纹孔用以连接振源。轴位于吸振器中心，与底座的凹槽通过预紧力连接。吸振器的外壳6为圆柱筒，内部设计有齿，与动子齿位置相对应，外壳侧表面开有一小孔，用来引出线端。外壳通过螺钉与底座连接。吸振器的动子5穿过轴，与轴通过轴承连接。动子形状呈哑铃形，半径较大的两端设计有动子齿，线圈4缠绕在动子中间半径较小的位置。动子的上下表面设计有凹槽，两个弹簧2对称放置在动子的上、下两个端面的凹槽里。弹簧的一端抵住动子，另一端抵住吸振器的上端盖7和底座。吸振器的上端盖7呈圆盘形，设计有阶梯，用来确定与外壳的相对位置，上端盖通过螺钉与外壳固定。上端盖的上方设有螺母8，螺母与定子和上端盖均以螺纹配合连接，用以连接固定轴和上端盖。

当吸振器受到激振力时，动子产生轴向位移，弹簧受力变形后产生一个相反的力来阻止振动。而电磁线圈通电后即在吸振器的定子齿圈、定子轭、气隙、动子齿圈和动子轭形成的封闭磁路上产生磁场，当动子发生轴向位移时，齿圈在磁场的作用下产生了试图使动子齿圈回复原位置的电磁拉力。机械弹簧力与电磁力共同作用，产生吸振效果。

吸振器的刚度和阻尼是可调节的。磁刚度的调节是通过改变连入励磁回路中的线圈个数，改变磁势，从而改变动子的磁通量，进而调节磁刚度，且刚度的变化与线圈匝数成正比的关系。阻尼的调节是通过改变空载闭合线圈的个数(或者空载中串联线圈的个数)，从而调节吸振器的阻尼。假定线圈匝数的单位为1，下面分两种情况讨论：

(1)设线圈1、2、3、4的匝数分别为1、2、3、4时，通过调节连入的线端，可以得到不同的电磁刚度和阻尼的搭配组合。例如c＝6,k_电＝4是将线圈1、2、3的线端接口自相闭合形成阻尼回路，将线圈4接入励磁回路；c＝1,k_电＝2是将线圈1的线端接口自相闭合形成阻尼回路，将线圈2的线端接口接入励磁回路中，其他线圈接口不接。具体数据如图5的表所示，√表示可得到组合，×表示不可组合。共有61组可搭配方式，并且数据较为连续。

(2)当四个线圈的匝数为1、2、4、8时，通过调节连入线端的方式，可以得到不同的电磁刚度和阻尼的搭配如图6的表所示，共可的到81组搭配方式，并且数据分布较为广泛。

本实施方式的线圈设计为四个，线圈匝数提供了1、2、3、4和1、2、4、8两种，仅作参考。在实际的应用中，线圈的数量以及线圈的匝数均可根据不同的要求设计成不同的数目，得到更多的组合。

Claims (6)

1.一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，包括两端分别安装于底座与上盖上的轴，穿在轴上的动子，套在轴上且分别位于动子与底座和动子与上盖之间的两个弹簧，布置于动子上的线圈，包在动子外部且两端分别于底座和上盖连接的外壳，其特征是：所述线圈的数量大于1，各线圈独立安装在动子上，每个线圈均引出两个线端。

2.根据权利要求1所述的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，其特征是：为2-8个且为偶数。

3.根据权利要求2所述的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，其特征是：所述线圈的数量为4个，每个线圈的匝数分别为1、2、3、4。

4.根据权利要求2所述的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，其特征是：所述线圈的数量为4个，每个线圈的匝数分别为1、2、4、8。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，其特征是：所述动子形状呈哑铃形，线圈缠绕在动子中间小半径的位置。

6.根据权利要求5所述的宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，其特征是：哑铃形动子两端的大半径处有动子齿，外壳的内壁设置有与动子齿位置相对应的齿。