CN107289059B - 一种基于磁流变技术的摆动式减振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,所述系统包括振动臂、减振装置和控制装置;所述减振装置包括左压板、右压板、隔磁板、压板紧固件、双口形铁芯、励磁线圈、线圈挡板、上夹板、下夹板、夹板紧固件、三角支架、支架紧固件、支撑轴承、摆动轴、振子、磁流变弹性体、摆锤;该系统可以产生较强的励磁磁场,增强对于极端振动情况的抵抗能力,通过摆锤的摆动幅度更直观观测振动变化情况,并且减小了振子从弹性体脱落的风险,最重要的是实际应用中对于弹性振动具有突出的减振效果。
Description
技术领域
本发明涉及应用于机械振动领域,特别是涉及一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,具体可适用于柔性机械臂减振、发动机减振等领域。
背景技术
近年来,随着机械臂技术的发展,应用轻质、快速、高负载自重比的柔性机械臂成为工业制造和航空航天领域的一种趋势,但是,柔性机械臂存在的长时间持续振动直接影响了机械臂的抓取效率、精度和使用寿命等工作性能,其模态非线性耦合作用下的动力学失稳则可能直接导致柔性机械臂系统瘫痪;此外,发动机是车辆、飞机和船舶等设备的主力动力机械,良好的发动机性能决定了整个设备的机动性、舒适性和稳定性,实际中的发动机工作于复杂工况下,燃料在发动机缸内的燃烧、曲柄连杆机构的离心惯性振动等导致发动机产生了高度非线性耦合、宽频带的复杂振动特性。在振动理论领域中,目前动力减振器的研制大都集中于线性控制领域,基于非线振动理论内共振有助于加速振动衰减这一特性并没有得到广泛应用,具有宽频带和鲁棒性的,基于非线性抑振原理的动力减振器还有待开发和研制。
磁流变弹性体(MRE)作为磁流变材料的新分支,它兼有磁流变材料和弹性体的优点,又克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点,由磁流变弹性体作为减振器的弹性元件,可通过外加磁场控制磁流变弹性体的剪切模量从而改变减振器的固有频率,实现减振器的移频。同时,现在大部分利用磁流变弹性体的系统存在励磁磁场较弱、可观测性差和系统不稳定的显著问题,导致不能成功用于实验或者实际的应用中。目前,缺乏一种成功利用非线性振动内共振理论和磁流变弹性体特性,并且具有较强励磁能力和性能稳定的减振系统。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是:提供一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,可以利用磁流变弹性体在外加磁场下可改变剪切模量的特性,能产生较强的励磁磁场,具有可靠的稳定性和良好的可观测性,成功地将非线性内共振理论应用于实践,在实际应用中表现出了突出的减振效果。
本发明解决所述技术问题的方案是,提供一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于所述系统包括振动臂1、减振装置2、控制装置3;
所述减振装置包括左压板2.3、右压板2.1、隔磁板2.2、压板紧固件2.4、双口形铁芯2.8、励磁线圈2.10、线圈挡板2.9、上夹板2.7、下夹板2.6、夹板紧固件2.16、三角支架2.13、支架紧固件2.15、支撑轴承2.14、摆动轴2.12、振子2.11、磁流变弹性体2.17、摆锤2.5;所述左压板2.3位于振动臂1左侧面,共有两片;所述右压板位2.1于振动臂1右侧面,共有两片,与左压板2.3相配合;所述隔磁板2.2位于两组压板之间,压板组件从左侧到右侧依次为左压板2.3、双口形铁芯2.8底座、隔磁板2.2、振动臂1和右压板2.1;所述压板紧固件2.4为螺栓螺母组件,共有八组;所述双口形铁芯2.8位于振动臂1左侧,底端位于左压板2.3和右压板2.1之间,保持压紧状态;所述励磁线圈2.10共有四组,分别位于四组线圈挡板2.9之间;所述线圈挡板2.9共有四组,分别安装于双口形铁芯2.8的四根铁芯柱上;所述上夹板2.7位于双口形铁芯2.8中部两侧的上表面,共有两块;所述下夹板2.6位于双口形铁芯2.8中部两侧的下表面,共有两块,和上夹板2.7相配合;所述夹板紧固件2.16为螺栓螺母组件,共有四组;所述三角支架2.13安装于上夹板2.7两侧的安装面上;所述支架紧固件2.15为螺栓螺母组件,共有四组;所述支撑轴承2.14采用过盈方式安装于三角支架2.13顶部的安装孔中;所述摆动轴2.12两端安装于两个支撑轴承2.14的安装孔中;所述振子2.11为顶端开孔的长条形铜片,顶端利用紧定螺钉固定于摆动轴2.12上,下端位于两块磁流变弹性体2.17之间;所述磁流变弹性体2.17为两块,分别固定粘接于双口形铁芯2.8的开口端两侧,中间与振子2.11固定粘接;所述摆锤2.5上端利用紧定螺钉固定于摆动轴2.12一端,下端为实心摆动球。
进一步的,所述振动臂1为一长条形钢板,是振动控制对象,即振动源;同时,减振装置2安装于振动臂1上。
进一步的,所述双口形铁芯2.8中部的柱体中加工有一个开口,铁芯底端两侧伸出有两个安装板,整体铁芯为一体化构件。
进一步的,所述上夹板2.7上部为矩形铝合金板,后部两侧又伸出两个安装板,下部垂直加工有一燕尾形滑块,与下夹板2.6配合;所述下夹板2.6下部为矩形铝合金板,上部垂直加工有一燕尾槽,上夹板2.7利用燕尾形滑块可在下夹板2.6燕尾槽中滑动;上夹板2.7上部加工有四个安装孔,下夹板2.6下部加工有两个安装孔,上下夹板的夹紧面均加工有定位槽。
进一步的,所述磁流变弹性体2.17为自行制备,制备过程为硅胶和羰基铁粉按1:2比例混合,并加入少量硅油,在真空室中进行脱泡处理后,放置于800-900mT静态磁场中完全固化后形成。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:相比较现有的减振装置,本发明可产生更强的励磁磁场,进而增强了对磁流变弹性体的控制能力,增大了对于极端振动情况的抵抗能力;通过新颖的摆动式减振装置设计,使得对于振动情况的观测可直接观测摆锤摆动幅度,更加直观,更重要的通过三角支架和振子的设计,增强了装置的可靠性,避免了振子从弹性体脱落;在实际应用中,系统响应的振动带宽范围广,且响应速度迅速,特别是针对柔性机械臂的弹性振动、发动机复杂非线性振动等具有突出的减振效果。
附图说明
图1为本发明的基于磁流变技术的摆动式减振系统结构示意图;
图2为图1除去励磁线圈和线圈挡板后的结构示意图;
图3为本发明中上夹板的结构示意图;
图4为本发明中下夹板的结构示意图;
图5为本发明中摆锤的结构示意图。
图6为本发明中振子的结构示意图。
图7为本发明中隔磁板的结构示意图。
图8为本发明中左压板的结构示意图。
图9为本发明中右压板的结构示意图。
图10为本发明基于磁流变技术的摆动式减振系统实际工作原理图。
附图中:
1、振动臂,2、减振装置,3、控制装置;
2.1、右压板,2.2、隔磁板,2.3、左压板,2.4、压板紧固件,2.5、摆锤,2.6、下夹板,2.7、上夹板,2.8、双口形铁芯,2.9、线圈挡板,2.10、励磁线圈,2.11、振子,2.12、摆动轴,2.13、三角支架,2.14、支撑轴承,2.15、支架紧固件,2.16、夹板紧固件,2.17、磁流变弹性体;
3.1、电荷放大器,3.2、数据采集系统,3.3、程控电源,3.4、上位机,3.5、加速度传感器;
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
在本发明中,需要理解的,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等方位关系为基于附图所示的方位关系,仅为便于描述本发明的简化描述,而不是指示或暗示所指装置或原件必需具有的方位关系及构造,不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明设计的一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,包括振动臂1、减振装置2、控制装置3;
所述减振装置1包括左压板2.3、右压板2.1、隔磁板2.2、压板紧固件2.4、双口形铁芯2.8、励磁线圈2.10、线圈挡板2.9、上夹板2.7、下夹板2.6、夹板紧固件2.16、三角支架2.13、支架紧固件2.15、支撑轴承2.14、摆动轴2.12、振子2.11、磁流变弹性体2.17、摆锤2.5;所述左压板2.3位于振动臂1左侧面,共有两片,用于与右压板2.1配合将减振装置2固定于振动臂1上;所述右压板2.1位于振动臂1右侧面,共有两片,与左压板2.3相配合;所述隔磁板2.2位于两组压板之间,压板组件从左侧到右侧依次为左压板2.3、双口形铁芯2.8底座、隔磁板2.2、振动臂1和右压板2.1,隔磁板2.2在其中用于阻隔双口形铁芯2.8的磁力线外流到振动臂1等部件上,保证尽量多的磁力线穿过铁芯;所述压板紧固件2.4为螺栓螺母组件,共有八组,用于紧固两侧的压紧板;所述双口形铁芯2.8位于振动臂1左侧,底端位于左压板2.3和右压板2.1之间,保持压紧状态,用于提供磁回路,避免漏磁损耗;所述励磁线圈2.10共有四组,分别位于四组线圈挡板2.9之间,用于产生励磁磁场;所述线圈挡板2.9共有四组,分别安装于双口形铁芯2.8的四根铁芯柱上,用于阻挡定位励磁线圈2.10;所述上夹板2.7位于双口形铁芯2.8中部两侧的上表面,共有两块,用于与下夹板2.6配合夹紧双口形铁芯2.8,同时为三角支架2.13提供支座;所述下夹板2.6位于双口形铁芯2.8中部两侧的下表面,共有两块,和上夹板2.7相配合;所述夹板紧固件2.16为螺栓螺母组件,共有四组,用于使上夹板2.7和下夹板2.6夹紧双口形铁芯2.8;所述三角支架2.13安装于上夹板2.7两侧的安装面上,为摆动轴2.12提供支撑;所述支架紧固件2.15为螺栓螺母组件,共有四组,用于将三角支架2.13固定于上夹板2.7上;所述支撑轴承2.14采用过盈方式安装于三角支架2.13顶部的安装孔中,用于安装定位摆动轴2.12;所述摆动轴2.12两端安装于两个支撑轴承2.14的安装孔中,用于安装振子2.11和摆锤2.5;所述振子2.11为顶端开孔的长条形铜片,顶端利用紧定螺钉固定于摆动轴2.12上,下端位于两块磁流变弹性体2.17之间,用于剪切磁流变弹性体2.17;所述磁流变弹性体2.17为两块,分别固定粘接于双口形铁芯2.8的开口端两侧,中间与振子2.11固定粘接,用于根据励磁磁场强度调节自身的屈服强度,进而控制减振装置2的固有频率;所述摆锤2.5上端利用紧定螺钉固定于摆动轴2.12一端,下端为实心摆动球,利用摆锤2.5的特性产生摆动,使得振子2.11可以剪切磁流变弹性体2.17。
进一步的,所述振动臂1为一长条形钢板,是振动控制对象,即振动源;同时,减振装置2安装于振动臂1上。
进一步的,所述双口形铁芯2.8中部的柱体中加工有一个开口,铁芯底端两侧伸出有两个安装板,整体铁芯为一体化构件。
进一步的,所述上夹板2.7上部为矩形铝合金板,后部两侧又伸出两个安装板,下部垂直加工有一燕尾形滑块,与下夹板2.6配合;所述下夹板2.6下部为矩形铝合金板,上部垂直加工有一燕尾槽,上夹板2.7利用燕尾形滑块可在下夹板2.6燕尾槽中滑动;上夹板2.7上部加工有四个安装孔,下夹板2.6下部加工有两个安装孔,上下夹板的夹紧面均加工有定位槽。
进一步的,所述磁流变弹性体2.17为自行制备,制备过程为硅胶和羰基铁粉按1:2比例混合,并加入少量硅油,在真空室中进行脱泡处理后,放置于800-900mT静态磁场中完全固化后形成。
如图10所示,本发明中基于磁流变技术的摆动式减振系统实际工作原理图还包括,电荷放大器3.1、数据采集系统3.2、程控电源3.3、上位机3.4、加速度传感器3.5;加速度传感器3.5的信号经过电荷放大器3.1简单处理后传递至数据采集系统3.2,数据采集系统3.2对信号进行处理收集,然后传递给上位机3.4,由上位机3.4中的程序进行最终的计算,计算结果以控制信号的方式发送至程控电源3.3,程控电源3.3调整电压和电流,使得励磁磁场符合要求,进而使得减振装置2的频率为振动臂1振动固有频率的一半。
本发明一种基于磁流变弹性体的摆动式减振系统的工作原理和具体步骤为:
(1)安装:将减振装置2安装于振动臂1上,确保减振装置2相对于振动臂1的合理位置,同时,拧紧装置中的紧固件,确保减振装置2的固定性,防止在振动过程中出现不合理的滑移现象。
(2)控制处理:根据非线性内共振理论,在减振装置2的固有频率为待减振装置固有频率的一半时,振动消减较快;提前在控制装置3中以非线性内共振为基础编辑好处理程序;控制装置3检测到振动臂1的振动固有频率,再根据编写的程序进行处理,计算出减振装置2应有频率。
(3)结果执行:控制装置3根据计算结果,控制励磁磁场强度,进而调节磁流变弹性体2.17的屈服强度,改变减振装置2的固有频率为振动臂1振动固有频率的一半,构成内共振现象,振动臂1的振动能量转移至减振装置2,并在减振装置2的阻尼机构中快速耗散,达到良好的减振效果。
在实际应用中,往复循环控制处理和结果执行两个步骤,实时地根据振动臂1的振动情况调整减振装置2的固有频率,使得减振装置2的固有频率始终为振动臂1振动固有频率的一半,保持内共振状态,进行快速、大幅度的减振处理。
以上所述,仅为本基于磁流变技术的发动机减振器具体实施例,是为了便于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内理解和应用本发明,但本发明的保护范围不局限于此,在本技术方案的基础上做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或者各种替换都在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于,包括振动臂、减振装置、控制装置,其中:
所述减振装置包括左压板、右压板、隔磁板、压板紧固件、双口形铁芯、励磁线圈、线圈挡板、上夹板、下夹板、夹板紧固件、三角支架、支架紧固件、支撑轴承、摆动轴、振子、磁流变弹性体、摆锤;所述左压板位于振动臂左侧面,共有两片;所述右压板位于振动臂右侧面,共有两片,与左压板相配合;所述隔磁板位于两组压板之间,压板组件从左侧到右侧依次为左压板、双口形铁芯底座、隔磁板、振动臂和右压板;所述压板紧固件为螺栓螺母组件,共有八组;所述双口形铁芯位于振动臂左侧,底端位于左压板和右压板之间,保持压紧状态;所述励磁线圈共有四组,分别位于四组线圈挡板之间;所述线圈挡板共有四组,分别安装于双口形铁芯的四根铁芯柱上;所述上夹板位于双口形铁芯中部两侧的上表面,共有两块;所述下夹板位于双口形铁芯中部两侧的下表面,共有两块,和上夹板相配合;所述夹板紧固件为螺栓螺母组件,共有四组;所述三角支架安装于上夹板两侧的安装面上;所述支架紧固件为螺栓螺母组件,共有四组;所述支撑轴承采用过盈方式安装于三角支架顶部的安装孔中;所述摆动轴两端安装于两个支撑轴承的安装孔中;所述振子为顶端开孔的长条形铜片,顶端利用紧定螺钉固定于摆动轴上,下端位于两块磁流变弹性体之间;所述磁流变弹性体为两块,分别固定粘接于双口形铁芯的开口端两侧,中间与振子固定粘接;所述摆锤上端利用紧定螺钉固定于摆动轴一端,下端为实心摆动球。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于:所述振动臂为一长条形钢板,是振动控制对象,即振动源;同时,减振装置安装于振动臂上。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于:所述双口形铁芯中部的柱体中加工有一个开口,铁芯底端两侧伸出有两个安装板,整体铁芯为一体化构件。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于:所述上夹板上部为矩形铝合金板,后部两侧又伸出两个安装板,下部垂直加工有一燕尾形滑块,与下夹板配合;所述下夹板下部为矩形铝合金板,上部垂直加工有一燕尾槽,上夹板利用燕尾形滑块可在下夹板燕尾槽中滑动;上夹板上部加工有四个安装孔,下夹板下部加工有两个安装孔,上下夹板的夹紧面均加工有定位槽。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的摆动式减振系统,其特征在于:所述磁流变弹性体为自行制备,制备过程为硅胶和羰基铁粉按1:2比例混合,并加入少量硅油,在真空室中进行脱泡处理后,放置于800-900mT静态磁场中完全固化后形成。
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Granted publication date: 20181012 Termination date: 20190627 |