CN105757155A - 一种质量可调式半主动吸振装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种质量可调式半主动吸振装置，包括支架、上固定板、下固定板、第一比例电磁铁、第二比例电磁铁、质量块、弹簧，上固定板和下固定板分别固定在支架上，第一比例电磁铁分别连接上固定板和质量块，第二比例电磁铁分别连接下固定板和质量块，质量块连接弹簧，弹簧连接减振对象。本发明可以间接改变质量块的等效质量，避免了直接改变质量块的质量所需要的复杂的机械结构；比例电磁铁能够在大位移范围内实现水平的力输出特性，也即，其力的输出在大位移范围内仅与线圈电流的大小有关，而与振幅无关，保证了控制精度；同时质量可以在更大范围内变化，从而在更宽的频带内实现良好的吸振效果。

Description

一种质量可调式半主动吸振装置

技术领域

本发明涉及的是一种振动控制装置，具体地说是吸振装置。

背景技术

随着工业技术的发展和人们生活质量的提高，对减振和降噪的要求日益增高。振动控制的任务就是通过一定的手段使控制对象的振动水平满足人们的预定要求。吸振是工程中应用得很广泛的一种减振技术。所谓吸振，就是通过在主系统上附加子系统，使振动能量重新分配，即将主系统上的振动能量转移到附加的子系统上，从而抑制主系统的振动。

传统的吸振装置多属被动控制，具有结构简单、价格便宜的特点，但控制精度不高。当连接于受控对象上的动力吸振器的固有频率等于外激励频率时，受控对象处于反共振状态。此时受控对象的振动达到最小值，吸振器处于调谐状态。但如果此时外激励频率发生变化，则动力吸振器的吸振效果会显著降低。全主动式吸振装置是根据主系统的振动状态反馈调节吸振器的振动状态，使其对主系统的动态作用力与主系统的振动加速度反相，从而实现主系统实时宽频振动控制。但其也存在耗能大、对控制策略和算法稳定性要求高等问题。

介于被动吸振和全主动吸振之间的半主动吸振，其振动控制效果接近于全主动吸振，而且耗能少，控制相对简单，具有广泛的应用前景。

张洪田等研制了一种电磁式有源吸振器，该吸振器通过控制励磁电流，改变电磁刚度值，进而达到调整固有频率的目的(张洪田，张天元，刘志刚等.电磁式有源吸振器及其特性实验分析[J].噪声与振动控制，1995，(3)：37-38)。

申请号为200720027716.6的专利申请文件中，提出了一种电磁动力吸振器，采用电磁铁作为吸振元件，弹性元件提供转子与电磁铁之间的主刚度，电磁力提供附加的刚度，衔铁和电磁铁间的总刚度为两个刚度之和，通过调整电磁铁线圈电流可改变附加的刚度，可进一步根据转子的振动频率来调整铁芯与电磁铁间的总刚度，达到动力吸振的效果。

申请号为201110347104.6的专利申请文件中，提出了一种封闭结构线圈外置式半主动吸振器，用底座支撑的方式取代轴支撑的方式，降低了重心，增大了支撑面积，从而提高了安装稳定性；将线圈绕组嵌入定子圆柱壳内壁，使线圈绕组和导线回路相对固定，提高了吸振器的可靠性。

上述刚度可调式半主动吸振器，通过改变电流来改变电磁刚度，然而电磁刚度不仅与电流有关，还与振幅等因素有关，这限制了其控制精度。例如，张洪田等研制的电磁式吸振器(张洪田，张天元，刘志刚等.电磁式有源吸振器及其特性实验分析[J].噪声与振动控制，1995，(3)：37-38)，在相同电流下，其电磁力与动定子上齿间的位移的关系曲线并不是一条直线，也即其刚度在同一电流下随振幅的不同而异，特别是振幅较大时，这种误差将更加明显。而专利200720027716.6提出的电磁式吸振器，工作过程中，电磁铁与铁芯之间的气隙显然会发生变化，而这对电磁力有很大影响，也很难通过只改变电流将刚度调整到需要的值。

发明内容

本发明的目的在于提供可以使吸振器的固有频率跟踪外扰频率的一种质量可调式半主动吸振装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种质量可调式半主动吸振装置，其特征是：包括支架、上固定板、下固定板、第一比例电磁铁、第二比例电磁铁、质量块、弹簧，上固定板和下固定板分别固定在支架上，第一比例电磁铁分别连接上固定板和质量块，第二比例电磁铁分别连接下固定板和质量块，质量块连接弹簧，弹簧连接减振对象。

本发明还可以包括：

1、所述第一比例电磁铁包括第一导磁壳体、第一中心轴、第一衔铁，第一导磁壳体内部具有中空结构，第一衔铁设置在中空结构中，第一中心轴安装在第一衔铁里，且第一中心轴的两个端部分别穿过第一衔铁的两个端部，并分别与第一导磁壳体通过直线轴承相配合，第一导磁壳体里设置第一线槽，第一线槽里安装第一励磁线圈，第一导磁壳体与上固定板相连，第一中心轴的下端部与质量块相连，第一中心轴的上端部为自由状态。

2、所述第二比例电磁铁包括第二导磁壳体、第二中心轴、第二衔铁，第二导磁壳体内部具有中空结构，第二衔铁设置在中空结构中，第二中心轴安装在第二衔铁里，且第二中心轴的两个端部分别穿过第二衔铁的两个端部，并分别与第二导磁壳体通过直线轴承相配合，第二导磁壳体里设置第二线槽，第二线槽里安装第二励磁线圈，第二导磁壳体与下固定板相连，第二中心轴的下端部与质量块相连，第二中心轴的上端部为自由状态。

本发明的优势在于：本发明通过改变比例电磁铁输出的电磁力，增加或减小质量块的受力，从而间接改变质量块的等效质量，避免了直接改变质量块的质量所需要的复杂的机械结构；而且，通过结构参数的优化，比例电磁铁能够在大位移范围内实现水平的力输出特性，也即，其力的输出在大位移范围内仅与线圈电流的大小有关，而与振幅无关，保证了控制精度；通过布置两个比例电磁铁，质量块上端的比例电磁铁用来减少质量，质量块下端的比例电磁铁用来增加质量，使得质量可以在更大范围内变化，从而在更宽的频带内实现良好的吸振效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一比例电磁铁示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明包括支架5、第一比例电磁铁2、质量块3、第二比例电磁铁6、弹簧4，支架5上有上固定板1和下固定板7。第一或第二比例电磁铁包括导磁壳体8、励磁线圈9、直线轴承10、中心轴11和衔铁12。图2为第一比例电磁铁2示意图，第二比例电磁铁6在安装时，与第一比例电磁铁2朝向相反，即二者相对设置，中心轴11和衔铁12固连，并通过直线轴承10安装在导磁壳体8之间。其导磁壳体8上加工有法兰结构，通过螺栓与上固定板1或下固定板7相连。弹簧的一端与减振对象相连，另一端与质量块相连；第一比例电磁铁2的导磁壳体与上固定板1相连，中心轴的下端与质量块3相连，上端仍保持自由状态。第二比例电磁铁6的导磁壳体与下固定板相连，中心轴的下端与质量块3相连，中心轴的上端保持自由状态；

设质量块的质量为m0，弹簧刚度为k，当两个比例电磁铁都不通电时，吸振装置的固有频率为

设比例电磁铁励磁线圈的最大电流为I，对应的电磁力为F。当第一比例电磁铁不通电，而第二比例电磁铁通以电流I时，相当于质量块的重力增加了F，即质量增加了F/g，此时吸振装置的固有频率为当第一比例电磁铁通以电流I，第二比例电磁铁不通电时，相当于质量块的重力减小了F，即质量减少了F/g，此时吸振装置的固有频率为

因此，通过改变两个比例电磁铁电流的通断以及电流的大小，就可以使吸振装置的固有频率在ω1和ω2之间变化，从而可以跟踪外扰频率的变化，实现宽频带范围内的良好隔振。

本发明一种质量可调式半主动吸振装置，包括支架、第一比例电磁铁、质量块、第二比例电磁铁、弹簧，支架上有上固定板和下固定板。弹簧的一端与减振对象相连，另一端与质量块相连；第一比例电磁铁的导磁壳体与上固定板相连，中心轴的下端与质量块相连，上端保持自由状态；第二比例电磁铁的导磁壳体与下固定板相连，中心轴的下端与质量块相连，中心轴的上端保持自由状态。

比例电磁铁包括导磁壳体、励磁线圈、直线轴承、中心轴和衔铁。中心轴和衔铁固连，并通过直线轴承安装在导磁壳体间。其导磁壳体上加工有法兰结构，通过螺栓与上固定板或下固定板相连。

Claims (3)

1.一种质量可调式半主动吸振装置，其特征是：包括支架、上固定板、下固定板、第一比例电磁铁、第二比例电磁铁、质量块、弹簧，上固定板和下固定板分别固定在支架上，第一比例电磁铁分别连接上固定板和质量块，第二比例电磁铁分别连接下固定板和质量块，质量块连接弹簧，弹簧连接减振对象。

2.根据权利要求1所述的一种质量可调式半主动吸振装置，其特征是：所述第一比例电磁铁包括第一导磁壳体、第一中心轴、第一衔铁，第一导磁壳体内部具有中空结构，第一衔铁设置在中空结构中，第一中心轴安装在第一衔铁里，且第一中心轴的两个端部分别穿过第一衔铁的两个端部，并分别与第一导磁壳体通过直线轴承相配合，第一导磁壳体里设置第一线槽，第一线槽里安装第一励磁线圈，第一导磁壳体与上固定板相连，第一中心轴的下端部与质量块相连，第一中心轴的上端部为自由状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种质量可调式半主动吸振装置，其特征是：所述第二比例电磁铁包括第二导磁壳体、第二中心轴、第二衔铁，第二导磁壳体内部具有中空结构，第二衔铁设置在中空结构中，第二中心轴安装在第二衔铁里，且第二中心轴的两个端部分别穿过第二衔铁的两个端部，并分别与第二导磁壳体通过直线轴承相配合，第二导磁壳体里设置第二线槽，第二线槽里安装第二励磁线圈，第二导磁壳体与下固定板相连，第二中心轴的下端部与质量块相连，第二中心轴的上端部为自由状态。