CN106763374A - 一种主动‑半被动复合隔振器 - Google Patents

一种主动‑半被动复合隔振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动‑半被动复合隔振器，涉及隔振机构技术领域，磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，两者以串联方式连接，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；本发明通过上励磁线圈磁场作用于磁流变弹性体，调整其弹性模量，实现高频小振幅作用时复合隔振器对设备与基体间振动传递的半被动控制，通过下励磁线圈和永久磁铁磁场作用于磁致伸缩棒，调节磁致伸缩棒的伸缩量实现中低频大振幅作用时复合隔振器对设备与基体间振动传递的主动控制，整体实现全频段范围内主动‑半被动复合控制隔振。

Description

一种主动-半被动复合隔振器
技术领域
本发明涉及隔振机构技术领域，具体涉及一种用于振动控制系统(如机械动力系统)的复合隔振器。
背景技术
在机械动力系统工作的过程中，动力装置转速变化及工作环境改变通常会伴随着变化的扰动激励，该扰动直接传递至基体将导致基体剧烈振动。为消除或减少振动，设备与基体之间会设置隔振器。理想的隔振器能够在整个频段范围内有效抑制振动，即不仅能够抑制高频振动，同时对中低频振动也应有很好的抑制效果。
被动隔振器的结构简单、工作可靠，但其刚度、阻尼等性能参数不可调节，不能满足复杂激励环境下的隔振要求。半被动隔振器的刚度、阻尼能够实现有级调节，满足不同激励频率下的隔振要求，且具有稳定性好、可靠性高等优点。磁流变弹性体在外界磁场控制下，可以实现刚度的有级调节，且响应速度快、可逆性好、耗能低，因此非常适合作为半被动隔振器的受控元件。但是，磁流变弹性体隔振器很难实现系统宽频、复杂频率等振动的控制。
若要在宽频范围内进一步提高隔振性能，必须采用主动控制式隔振器。目前，已得到广泛应用的主动隔振装置包括磁致伸缩式、压电陶瓷式、形状记忆合金等。主动隔振器能够根据外界振动激励变化采用相应的控制策略，实时驱动执行器对被控对象施加力或力矩作用，从而达到抑制结构振动的目的。然而，主动隔振器还有几个棘手的问题需要解决：第一，在全频段内对振动采用主动控制需要很大的能量注入，系统容易产生不稳定的情况，且控制成本很高，控制策略复杂；第二，主动隔振系统的中低频特性良好，但是高频振动抑制效果不理想。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供了一种主动-半被动复合隔振器，以克服磁流变弹性体隔振器难以实现系统宽频、复杂频率等振动的控制，主动控制式隔振器高频振动抑制效果不理想，均无法在整个频段范围内有效抑制振动的问题和主动控制式隔振器在全频段内对振动采用主动控制需要很大的能量注入，系统容易产生不稳定的情况，控制成本很高，控制策略复杂的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，两者以串联方式连接，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；
磁致伸缩单元包括复位预压弹簧、下线圈骨架、磁致伸缩棒、永久磁铁、推杆和下励磁线圈；
所述磁致伸缩棒固定于复合隔振器框架内，所述下励磁线圈通过下线圈骨架设于磁致伸缩棒外围，所述永久磁铁为圆筒状，套接于下励磁线圈和下线圈骨架外部，所述复位预压弹簧将推杆压紧在磁致伸缩棒顶部。
进一步的，复合隔振器框架包括上缸体、下缸体和端盖；所述上缸体和下缸体通过螺栓连接，所述端盖通过螺栓连接于上缸体顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆、上线圈骨架、上磁流变弹性体、上励磁线圈和下磁流变弹性体；所述上磁流变弹性体和下磁流变弹性体设于活塞杆外侧面，所述活塞杆通过上磁流变弹性体和下磁流变弹性体弹性连接于上缸体内腔；所述上励磁线圈通过上线圈骨架设于活塞杆外围；
所述下线圈骨架、磁致伸缩棒、永久磁铁、推杆和下励磁线圈设于下缸体内腔，所述复位预压弹簧设于活塞杆底端外围，将推杆压紧在磁致伸缩棒顶部，所述活塞杆底端压紧在推杆上表面。
进一步的，所述活塞杆、端盖、上缸体、推杆和下缸体由纯铁或其它高导磁材料制成，所述上线圈骨架和下线圈骨架由非导磁材料制成。
进一步的，所述上磁流变弹性体和下磁流变弹性体的工作模式均为剪切模式。
进一步的，所述下磁流变弹性体还可设于活塞杆底端，并紧压于推杆上表面。
进一步的，所述上磁流变弹性体的工作模式为剪切模式，所述下磁流变弹性体的工作模式为挤压模式。
进一步的，复合隔振器框架包括下缸体和压盖，所述压盖通过螺栓连接于下缸体顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆和磁流变弹性体，所述磁流变弹性体设于活塞杆外侧面，所述活塞杆通过磁流变弹性体弹性连接于压盖内腔；
所述下线圈骨架、磁致伸缩棒、永久磁铁、推杆和下励磁线圈设于下缸体内腔，所述复位预压弹簧设于活塞杆底端外围，将推杆压紧在磁致伸缩棒顶部，所述活塞杆底端压紧推杆上表面。
进一步的，所述端盖、推杆和下缸体由纯铁或其它高导磁材料制成，所述下线圈骨架由非导磁材料制成。
进一步的，所述磁流变弹性体的工作模式为剪切模式。
(三)有益效果
本发明提供了一种主动-半被动复合隔振器，具有以下有益效果：
1、当主振动物体在高频小振幅激励下作用时，上励磁线圈产生的磁场能够作用于上磁流变弹性体和下磁流变弹性体，通过调整上磁流变弹性体和下磁流变弹性体的弹性模量，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的半被动控制；当主振动物体在中低频大振幅激励作用下时，下励磁线圈产生的磁场能够作用于磁致伸缩棒，通过调节磁致伸缩棒的伸缩量，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的主动控制，整体实现全频段范围内分频主动-半被动隔振；
2、设有上励磁线圈和下励磁线圈，上励磁线圈产生的磁场只作用于上磁流变弹性体和下磁流变弹性体，下励磁线圈产生的磁场只作用于磁致伸缩棒，两个励磁线圈产生的磁场互不干涉，能够实现对复合隔振器的分频控制；
3、磁致伸缩执行器低频特性好，具有大的抗压特性和输出力，上磁流变弹性体和下磁流变弹性体稳定性好、可靠性高，本发明可以实现对全频段振动的分频控制，响应速度快，可靠性高。
附图说明
图1为本发明第一种结构的结构示意图；
图2为本发明第二种结构的结构示意图；
图3为本发明第三种结构的结构示意图。
图中：
1、活塞杆；2、端盖，2B、压盖；3、上线圈骨架；4、上缸体；5、复位预压弹簧；6、下线圈骨架；7、磁致伸缩棒；8、永久磁铁；9、上磁流变弹性体，9B、磁流变弹性体；10、上励磁线圈；11、下磁流变弹性体；12、推杆；13、下励磁线圈，14、下缸体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见图1，其结构关系为：磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，两者以串联方式连接，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；
磁致伸缩单元包括复位预压弹簧5、下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13；
磁致伸缩棒7固定于复合隔振器框架内，下励磁线圈13通过下线圈骨架6设于磁致伸缩棒7外围，永久磁铁8为圆筒状，套接于下励磁线圈13和下线圈骨架6外部，复位预压弹簧5将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部。
优选的，复合隔振器框架包括上缸体4、下缸体14和端盖2；上缸体4和下缸体14通过螺栓连接，端盖2通过螺栓连接于上缸体4顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆1、上线圈骨架3、上磁流变弹性体9、上励磁线圈10和下磁流变弹性体11；上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11设于活塞杆1外侧面，活塞杆1通过上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11弹性连接于上缸体4内腔；上励磁线圈10通过上线圈骨架3设于活塞杆1外围；
下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13设于下缸体14内腔，复位预压弹簧5设于活塞杆1底端外围，将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部，活塞杆1底端压紧在推杆12上表面。
上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11的结构尺寸相一致，上励磁线圈10和下励磁线圈13尺寸不同，产生的磁场互不干扰。
具体使用时，当主振动物体在高频小振幅激励作用下时，上励磁线圈10产生的磁场经活塞杆1、上磁流变弹性体9、端盖2、上缸体4和下磁流变弹性体11形成闭合磁路，作用于上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11，通过调整上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11的弹性模量，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的半被动控制。
当主振动物体在中低频大振幅激励作用下时，磁致伸缩棒7的驱动方式为组合式驱动，由下励磁线圈13产生的正、负方向可变的变化磁场和永久磁铁8产生的偏置磁场形成叠加磁场，驱动磁致伸缩棒7轴向伸缩，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的主动控制。
本实施例中，上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11的工作模式均为剪切模式。
活塞杆1、端盖2、上缸体4、推杆12和下缸体14是磁场通过的主要路径，它们的磁阻大小决定了通过上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11和磁致伸缩棒7磁场强度，为了使通过的磁场强度更大，它们均由工业纯铁或其它高导磁材料制成；上线圈骨架3、下线圈骨架6由非导磁材料制成。
实施例2：
参见图2，其结构关系为：磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，两者以串联方式连接，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；
磁致伸缩单元包括复位预压弹簧5、下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13；
磁致伸缩棒7固定于复合隔振器框架内，下励磁线圈13通过下线圈骨架6设于磁致伸缩棒7外围，永久磁铁8为圆筒状，套接于下励磁线圈13和下线圈骨架6外部，复位预压弹簧5将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部。
优选的，复合隔振器框架包括上缸体4、下缸体14和端盖2；上缸体4和下缸体14通过螺栓连接，端盖2通过螺栓连接于上缸体4顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆1、上线圈骨架3、上磁流变弹性体9、上励磁线圈10和下磁流变弹性体11；上磁流变弹性体9设于活塞杆1外侧面，活塞杆1通过上磁流变弹性体9弹性连接于上缸体4内腔，下磁流变弹性体11设于活塞杆1底端，并紧压于推杆12上表面；上励磁线圈10通过上线圈骨架3设于活塞杆1外围；
下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13设于下缸体14内腔，复位预压弹簧5设于活塞杆1底端外围，将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部，活塞杆1底端压紧在推杆12上表面。
上励磁线圈10和下励磁线圈13尺寸不同，产生的磁场互不干扰。
具体使用时，当主振动物体在高频小振幅激励作用下时，上励磁线圈10产生的磁场经活塞杆1、上磁流变弹性体9、端盖2、上缸体4和下磁流变弹性体11形成闭合磁路，作用于上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11，通过调整上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11的弹性模量，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的半被动控制。
当主振动物体在中低频大振幅激励作用下时，磁致伸缩棒7的驱动方式为组合式驱动，由下励磁线圈13产生的正、负方向可变的变化磁场和永久磁铁8产生的偏置磁场形成叠加磁场，驱动磁致伸缩棒7轴向伸缩，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的主动控制。
本实施例中，上磁流变弹性体9的工作模式为剪切模式，下磁流变弹性体11的工作模式为挤压模式。
活塞杆1、端盖2、上缸体4、推杆12和下缸体14是磁场通过的主要路径，它们的磁阻大小决定了通过上磁流变弹性体9和下磁流变弹性体11和磁致伸缩棒7磁场强度，为了使通过的磁场强度更大，它们均由工业纯铁或其它高导磁材料制成；上线圈骨架3、下线圈骨架6由非导磁材料制成。
实施例3：
参见图3，其结构关系为：磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；
磁致伸缩单元包括复位预压弹簧5、下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13；
磁致伸缩棒7固定于复合隔振器框架内，下励磁线圈13通过下线圈骨架6设于磁致伸缩棒7外围，永久磁铁8为圆筒状，套接于下励磁线圈13和下线圈骨架6外部，复位预压弹簧5将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部。
优选的，复合隔振器框架包括下缸体14和压盖2B，压盖2B通过螺栓连接于下缸体14顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆1和磁流变弹性体9B，磁流变弹性体9B设于活塞杆1外侧面，活塞杆1通过磁流变弹性体9B弹性连接于压盖2B内腔；
下线圈骨架6、磁致伸缩棒7、永久磁铁8、推杆12和下励磁线圈13设于下缸体14内腔，复位预压弹簧5设于活塞杆1底端外围，将推杆12压紧在磁致伸缩棒7顶部，活塞杆1底端压紧推杆12上表面。
具体使用时，下励磁线圈13产生的磁场经磁致伸缩棒7、推杆12、磁流变弹性体9B、压盖2B和下缸体14形成闭合的磁路，作用于磁流变弹性体9B，通过调整磁流变弹性体9B的弹性模量，实现复合隔振器的半被动控制。
下励磁线圈13产生的磁场作用于磁致伸缩棒7，下励磁线圈13产生的正、负方向可变的变化磁场和永久磁铁8产生的偏置磁场形成叠加磁场，驱动磁致伸缩棒7轴向伸缩，实现复合隔振器对设备与基体间振动传递的主动控制。
本实施例中，磁流变弹性体9B的工作模式为剪切模式。
推杆12、压盖2B、下缸体14是磁场通过的主要路径，它们的磁阻大小决定了通过磁流变弹性体9B和磁致伸缩棒7的磁场强度，为了使通过的磁场强度更大，均由工业纯铁或其它高导磁材料制成，下线圈骨架6由非导磁材料制成。

Claims (9)

1.一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：磁致伸缩单元和磁流变弹性体单元设于复合隔振器框架内部，磁致伸缩单元设于磁流变弹性体单元下方，两者以串联方式连接，磁致伸缩单元、磁流变弹性体单元和复合隔振器框架共同构成复合隔振器；
磁致伸缩单元包括复位预压弹簧(5)、下线圈骨架(6)、磁致伸缩棒(7)、永久磁铁(8)、推杆(12)和下励磁线圈(13)；
所述磁致伸缩棒(7)固定于复合隔振器框架内，所述下励磁线圈(13)通过下线圈骨架(6)设于磁致伸缩棒(7)外围，所述永久磁铁(8)为圆筒状，套接于下励磁线圈(13)和下线圈骨架(6)外部，所述复位预压弹簧(5)将推杆(12)压紧在磁致伸缩棒(7)顶部。
2.根据权利要求1的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：复合隔振器框架包括上缸体(4)、下缸体(14)和端盖(2)；所述上缸体(4)和下缸体(14)通过螺栓连接，所述端盖(2)通过螺栓连接于上缸体(4)顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆(1)、上线圈骨架(3)、上磁流变弹性体(9)、上励磁线圈(10)和下磁流变弹性体(11)；所述上磁流变弹性体(9)和下磁流变弹性体(11)设于活塞杆(1)外侧面，所述活塞杆(1)通过上磁流变弹性体(9)和下磁流变弹性体(11)弹性连接于上缸体(4)内腔；所述上励磁线圈(10)通过上线圈骨架(3)设于活塞杆(1)外围；
所述下线圈骨架(6)、磁致伸缩棒(7)、永久磁铁(8)、推杆(12)和下励磁线圈(13)设于下缸体(14)内腔，所述复位预压弹簧(5)设于活塞杆(1)底端外围，将推杆(12)压紧在磁致伸缩棒(7)顶部，所述活塞杆(1)底端压紧在推杆(12)上表面。
3.根据权利要求2的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述下磁流变弹性体(11)还可设于活塞杆(1)底端，并紧压于推杆(12)上表面。
4.根据权利要求2或3的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述活塞杆(1)、端盖(2)、上缸体(4)、推杆(12)和下缸体(14)由纯铁或其它高导磁材料制成，所述上线圈骨架(3)和下线圈骨架(6)由非导磁材料制成。
5.根据权利要求2的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述上磁流变弹性体(9)和下磁流变弹性体(11)的工作模式均为剪切模式。
6.根据权利要求3的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述上磁流变弹性体(9)的工作模式为剪切模式，所述下磁流变弹性体(11)的工作模式为挤压模式。
7.根据权利要求1的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：复合隔振器框架包括下缸体(14)和压盖(2B)，所述压盖(2B)通过螺栓连接于下缸体(14)顶部；
磁流变弹性体单元包括活塞杆(1)和磁流变弹性体(9B)，所述磁流变弹性体(9B)设于活塞杆(1)外侧面，所述活塞杆(1)通过磁流变弹性体(9B)弹性连接于压盖(2B)内腔；
所述下线圈骨架(6)、磁致伸缩棒(7)、永久磁铁(8)、推杆(12)和下励磁线圈(13)设于下缸体(14)内腔，所述复位预压弹簧(5)设于活塞杆(1)底端外围，将推杆(12)压紧在磁致伸缩棒(7)顶部，所述活塞杆(1)底端压紧在推杆(12)上表面。
8.根据权利要求7的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述端盖(2B)、推杆(12)和下缸体(14)由纯铁或其它高导磁材料制成，所述下线圈骨架(6)由非导磁材料制成。
9.根据权利要求7的一种主动-半被动复合隔振器，其特征在于：所述磁流变弹性体(9B)的工作模式为剪切模式。
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