CN106884927B - 一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种可用于减振降噪领域的一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器。本发明包括动子、定子及阻尼调节结构三个部分；动子部分包括衔铁、励磁线圈和阻尼线圈以及机械弹簧；定子包括上端盖、外壳、下端盖、连接中轴的上、下直线轴承、连接上、下端盖与外壳的螺母；阻尼调节配置部分包括连接轴、螺纹壳、固定螺母及永磁铁。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，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。

Description

一种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可用于减振降噪领域的一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器。
背景技术
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。
授权公告号为CN102410336B所提出的封闭结构线圈外置式半主动吸振器以及申请公告号为CN103291828A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：
一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，包括动子、定子及阻尼调节结构三个部分；动子部分包括衔铁、励磁线圈和阻尼线圈以及机械弹簧；定子包括上端盖、外壳、下端盖、连接中轴的上、下直线轴承、连接上、下端盖与外壳的螺母；阻尼调节配置部分包括连接轴、螺纹壳、固定螺母及永磁铁；衔铁大外径一侧设计有齿结构，中轴位置打通孔用以放入中轴；衔铁小外径一侧放置励磁线圈和阻尼线圈，励磁线圈位于内侧，阻尼线圈位于外侧；机械弹簧放置在衔铁上、下截面凹槽处，机械弹簧外径与凹槽内径相同；上、下端盖结构相同，中轴位置打通孔，放置直线轴承；上、下端盖边缘均匀布置六个螺纹通孔，螺纹孔位置与外壳上、下截面螺纹孔位置相对应；外壳内表面设有齿结构，外壳齿结构尺寸、位置与动子衔铁齿结构相同；外壳外表面设有带螺纹盲孔，放置阻尼调节旋钮，盲孔边缘设计有刻度盘；阻尼调节旋钮调节永磁铁旋入深度，进而调节阻尼；该阻尼调节旋钮结构的连接轴贯穿永磁铁，与螺纹壳连接，用固定螺母固定；连接轴大端面设计有指向箭头，指向刻度盘，用以确定旋钮旋转角度；螺纹壳外表面设计有螺纹，与盲孔内表面螺纹配合，用于旋钮的旋入旋出；螺纹壳外表面设有刻度线，记录旋钮旋转圈数。
与现有发明相比，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，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、本文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、本发明的吸振器可以调节永磁铁的个数、永磁铁的深入长度及阻尼线圈数三种方式变换吸振器的阻尼，使吸振器在一定的频率范围内吸振效果更好，调节阻尼方式更为灵活方便。
附图说明
图1为动力吸振器局部剖视图。
图2为动力吸振器外部示意图。
图3为动力吸振器半剖图。
图4为动力吸振定子结构图。
图5为动力吸振器外壳结构图。
图6为动力吸振器动子结构图。
图7为动力吸振器动子衔铁结构图
图8为阻尼调节旋钮结构图。
图9为阻尼调节旋钮的螺纹壳结构图。
图10为阻尼调节旋钮的定位轴结构图。
图11为阻尼调节旋钮的永磁铁结构图。
图12为阻尼调节旋钮的固定螺母结构图。
上图中序号：1.上端盖；2.外壳；3.动子衔铁；4.励磁线圈；5.阻尼线圈；6下端盖；7.直线轴承；8.机械弹簧；9.螺母；10.中轴；11、连接轴；12.永磁铁；13.固定螺母；14.螺纹壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做更详细地描述：
半主动动力吸振器结构主要包括动子、定子及阻尼调节结构三个部分。动子部分包括3衔铁、4励磁线圈和5阻尼线圈以及8机械弹簧；定子包括1上端盖、2外壳、6下端盖、连接中轴的上、下直线轴承7、连接上、下端盖与外壳的9螺母；阻尼调节配置部分包括11连接轴、14螺纹壳、13固定螺母及12永磁铁。
宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器的刚度调节方式为以下两种：(1)可通过调节励磁线圈中电流的大小调节该吸振器的刚度；(2)可通过调节励磁线圈的匝数调节该吸振器的刚度；进而调节该吸振器的固有频率。
宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器的阻尼调节方式为以下三种：(1)可通过调节永磁铁旋入深度调节该吸振器的阻尼大小；(2)可通过调节永磁铁个数调节该吸振器阻尼大小；(3)可通过调节阻尼线圈匝数调节该吸振器阻尼大小。
本发明的主动动力吸振器结构总体结构如图1、2所示，主要包括动子结构、定子结构及阻尼调节旋钮结构三个部分：
(1)动子部分如图6所示，包括3衔铁、10中轴、4励磁线圈和5阻尼线圈以及8机械弹簧。其中衔铁外径较大处设计有齿结构，中轴位置打通孔用以放入10中轴。衔铁外径较小位置放置励磁线圈和阻尼线圈，出于性能考虑，励磁线圈位于内侧，阻尼线圈位于外侧。机械弹簧放置在衔铁上、下截面凹槽处，机械弹簧外径与凹槽内径相同，保证弹簧呈轴向变形。
(2)定子部分如图4所示，包括1上端盖、2外壳、6下端盖、7直线轴承、13下直线轴承、连接上、下端盖与外壳的9螺钉。其中上、下端盖结构相同，中轴位置打通孔，用以放置直线轴承。上、下端盖边缘均匀布置六个螺纹通孔，螺纹孔位置与外壳上、下截面螺纹孔位置相对应。外壳内表面设计有齿结构，外壳齿结构尺寸、位置与动子衔铁齿结构相同。外壳外表面设计有带螺纹盲孔，用以放置阻尼调节旋钮，盲孔边缘设计有刻度盘，用以观测阻尼调节旋钮旋转角度。
(3)阻尼调节旋钮结构部分如图8所示，该阻尼调节旋钮结构包括11连接轴、12永磁铁、13固定螺母、14螺纹壳。该阻尼调节旋钮主要用来调节永磁铁旋入深度，进而调节阻尼。该阻尼调节旋钮结构的连接轴贯穿永磁铁，与螺纹壳连接，用固定螺母固定。连接轴如图10所示，固定螺母如图12所示。连接轴大端面设计有指向箭头，指向刻度盘，用以确定旋钮旋转角度。螺纹壳如图9所示，外表面设计有螺纹，与盲孔内表面螺纹配合，便于旋钮的旋入旋出。螺纹壳外表面设计有刻度线，用以记录旋钮旋转圈数。
该阻尼调节的调节机理如下：旋转阻尼调节旋钮，首先观察旋钮轴侧面，确定旋转圈数，然后观察旋钮端面箭头所指刻度盘位置，调节旋转角度大小。调节旋钮时，要保证对称位置永磁铁旋入深度相同。阻尼调节机构一方面可以实现阻尼大小的调节。另一方面，阻尼调节机构可以确保永磁铁对称放置，确保动子结构在轴向位置运动。由于齿结构之间气隙很小，若永磁铁不能对称放置，则永磁铁会对动子衔铁产生不对称力，动子结构不能沿轴向位置运动，则机构易发生故障，阻尼调节机构可避免该故障发生。
若阻尼调节量较大，可通过改变永磁铁个数，调节阻尼大小。可通过直接旋走旋钮，或额外增加旋钮个数，改变永磁铁个数，进而调节阻尼。通过该方式调节阻尼，仍需保证对称调节。
该电磁吸振器的刚度分为机械刚度和电磁刚度两部分，其中机械刚度由两个机械弹簧提供，电磁刚度由动子、定子的对称齿结构形成的闭合磁场提供。
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。
设机械弹簧的刚度为k机，电磁刚度为k电，隔振频带为fmin～fmax，吸振质量为ma。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
该吸振器的阻尼调节方式有如下三种：(1)可以通过调节励磁线圈的匝数来调节吸振器的刚度；(2)可以通过调节永磁铁的个数调节吸振器的阻尼，永磁铁个数越多，阻尼越大；(3)可通过旋动固定螺母调节永磁铁的深度，从而调节吸振器的阻尼，且旋入越深阻尼越大。使用(2)、(3)方法调节时，要保证对称调节，防止永磁铁对动子衔铁的作用力使其偏离轴向位置。

Claims (1)

1.一种宽频带刚度及阻尼可调式半主动吸振器，包括动子、定子及阻尼调节结构三个部分；动子部分包括衔铁、励磁线圈和阻尼线圈以及机械弹簧；定子包括上端盖、外壳、下端盖、连接中轴的上、下直线轴承、连接上、下端盖与外壳的螺母；阻尼调节配置部分包括连接轴、螺纹壳、固定螺母及永磁铁；其特征在于：衔铁大外径一侧设计有齿结构，中轴位置打通孔用以放入中轴；衔铁小外径一侧放置励磁线圈和阻尼线圈，励磁线圈位于内侧，阻尼线圈位于外侧；机械弹簧放置在衔铁上、下截面凹槽处，机械弹簧外径与凹槽内径相同；上、下端盖结构相同，中轴位置打通孔，放置直线轴承；上、下端盖边缘均匀布置六个螺纹通孔，螺纹通孔位置与外壳上、下截面螺纹孔位置相对应；外壳内表面设有齿结构，外壳齿结构尺寸、位置与动子衔铁齿结构相同；外壳外表面设有带螺纹盲孔，放置阻尼调节旋钮，盲孔边缘设计有刻度盘；阻尼调节旋钮调节永磁铁旋入深度，进而调节阻尼；该阻尼调节旋钮结构的连接轴贯穿永磁铁，与螺纹壳连接，用固定螺母固定；连接轴大端面设计有指向箭头，指向刻度盘，用以确定旋钮旋转角度；螺纹壳外表面设计有螺纹，与盲孔内表面螺纹配合，用于旋钮的旋入旋出；螺纹壳外表面设有刻度线，记录旋钮旋转圈数。
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