CN110848314B - 一种多功能复合隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明将高静低动隔振技术以及变阻尼技术结合起来，设计出一种刚度和阻尼均可调的多功能复合隔振器，其结构主要由具有高静低动特性的电磁隔振器与磁流变阻尼器并联形成，两者各自独立通入电流，在实现多功能的同时，亦可很好地解决现有负刚度技术应用时由于跳跃现象引起的减振性能恶化问题。其中，电磁隔振器采用的是磁齿结构，通过改变输入的励磁电流，便可实现电磁刚度的在线调节，从而降低隔振系统的固有频率。变阻尼技术方面采用的是磁流变阻尼器，该类型阻尼器同样是通过输入电流的改变实现阻尼的变化。该多功能复合隔振器工作时，可以选择电磁隔振器单独工作，磁流变阻尼器单独工作，或者两者同时工作的模式。

Description

一种多功能复合隔振器

技术领域

本发明涉及减隔振技术领域，具体涉及一种阻尼可变、刚度可变的多功能复合隔振器。

背景技术

振动隔离是工程中解决振动控制问题的一种重要手段。传统被动隔振器件虽然结构简单、经济有效、可靠性高，却存在着阻尼和刚度等参数固定，不能随着系统激励的变化而改变等不足。因此，为了适应系统激励的变化，基于刚度或阻尼可调的半主动隔振器件逐渐引起研究人员的关注。一般情况下，为了提高隔振系统的低频隔振效果，需要通过采取减小隔振系统刚度的方式实现。然而，减小刚度会引起弹性元件较大的静变形，从而影响系统的稳定性。为此，研究具有髙静低动特性的变刚度结构成为了解决上述问题的关键。阻尼也是影响隔振效果的一个重要因素，但是，阻尼的改变并不能引起隔振系统固有频率的变化，而是导致共振点附近的振动幅值发生改变。通常情况下，在共振点附近，较大的阻尼可以有效抑制系统共振。

当前，领域内科研人员在具有髙静低动特性的变刚度结构设计方面，以及变阻尼技术在减隔振的应用方面分别开展了广泛研究。经检索，公开号为CN105485230B的专利提出了一种采用非对称磁齿结构实现准零刚度特性的电磁式半主动隔振器，其负刚度大小可通过调节电流而改变，进而使系统刚度接近于零。该种减振技术虽然可以有效降低隔振系统固有频率，但其存在的非线性刚度特征却会引发跳跃现象等复杂动力学行为，进而导致系统减振性能恶化，在某些情况下甚至弱于等效的钢弹簧减振系统，存在一定的应用局限性。公开号为CN109737178A的专利提出了一种半主动控制准零刚度隔振系统，将准零刚度隔振系统和磁流变阻尼器及其半主动控制系统相结合，通过可控电流源将嵌入式系统中的模拟输出模块输出的电压信号转换为电流信号输出，完成对磁流变阻尼器的智能控制，实现低频隔振和宽频带自适应隔振。然而该类型隔振器仅局限于阻尼调节，无法实现对刚度的调节，在解决和刚度相关的变工况问题时存在不足。

本发明综合考虑了可变阻尼及可变刚度在减隔振方面的优势，设计了一种兼具阻尼和刚度可调的多功能复合隔振器，进一步提高了隔振器在全频段减隔振效果。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种阻尼和刚度均可调的多功能复合隔振器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种阻尼、刚度均可变的多功能复合隔振器，包括具有高静低动特性的电磁隔振器与磁流变阻尼器两部分，所述具有高静低动特性的电磁隔振器与磁流变阻尼器并联布置，两者各自独立通入电流。

具体地，所述具有高静低动特性的电磁隔振器采用磁齿结构，包括外壳、衔铁及弹性支撑件，所述外壳及弹性支撑件与底座固定联接，所述衔铁与支撑固定联接，所述底座与支撑作为隔振器的两个安装端，分别联接基础与设备。

具体地，所述磁流变阻尼器包括中间轴、阀体和壳体，所述中间轴与衔铁固定联接，所述壳体与底座固定连接。

具体地，控制电磁隔振器与磁流变阻尼器的输入电流，可实现刚度调节、阻尼调节，以及刚度阻尼共同调节。对应三种工作模式：电磁隔振器单独工作、磁流变阻尼器单独工作、或者两者同时工作，依据不同需求实现不同功能切换。

发明原理：本发明将高静低动隔振技术以及变阻尼技术结合起来，设计了一种刚度和阻尼均可调的多功能复合隔振器，其结构主要由具有可调负刚度电磁隔振器与磁流变阻尼器并联形成，两者依据控制算法各自独立通入特定电流。其中，电磁隔振器采用的是磁齿结构，通过改变输入的励磁电流，便可实现电磁刚度的在线调节，从而降低隔振系统的固有频率。变阻尼技术方面采用的是磁流变阻尼器，该类型阻尼器同样是通过输入电流的改变实现阻尼的变化，有效解决现有磁齿式负刚度技术由于跳跃现象所引起的减振性能恶化问题。该多功能复合隔振器工作时，可以选择电磁隔振器单独工作，磁流变阻尼器单独工作，或者两者同时工作的模式。

有益效果：本发明相比现有技术，具备以下突出的实质性特点和显著的进步：

1.减隔振性能更优。所设计的隔振器同时兼具可变负刚度的高静低动隔振器和可变阻尼的磁流变减振器的复合减隔振效果，即既能通过可调负刚度技术降低隔振系统固有频率，提高低频隔振效果，同时也能利用变阻尼技术进一步降低系统共振点附近振动的幅值。此外，首次利用磁流变可调阻尼技术有效解决了电磁负刚度技术由于非线性跳跃现象所导致的减隔振性能恶化的问题，同时亦是首次利用可调负刚度技术有效解决磁流变阻尼器无法实现系统刚度调节的弊端。相比于现有隔振器或阻尼器，隔振效率更高，减隔振性能更优。

2.工作模式多样。所设计的隔振器可以选择变刚度工作，变阻尼工作，以及变刚度变阻尼同时工作模式。相比于标准的具有高静低动特性的被动隔振器，本发明中隔振器的工作模式多样，可以适应不同减隔振需求。

3.具有失效安全特性。当该隔振器因为电子系统故障不能正常工作在变刚度工作模式时，并联的磁流变阻尼器还能继续工作达到降低系统低频振动的目的。此外，由于磁流变阻尼器的存在，假如整个系统失效，其仍然可以看作是一个被动隔振器，仍然可以起到隔振作用，具备失效安全特性。

附图说明

图1是本发明实施例1多功能复合隔振器结构示意图；

图2是图1的三维立体结构图；

图3是图2的切面轴测图；

图4是刚度不变工况下隔振器的振幅变化曲线；

图5是刚度改变，阻尼不变工况下隔振器的振幅变化曲线；

图6是刚度改变，阻尼改变工况下隔振器的振幅变化曲线；

图7是阻尼比对于系统动力学特性的影响曲线；

图8是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的刚度和阻尼均可调的多功能复合隔振器如图1、图2和图3所示，由底座1、衔铁4、外壳5、上层板7、支撑8、支撑板9、锁紧弹簧10、导向座11、支撑弹簧12组成可变刚度的电磁隔振器。由磁流变阻尼器外壳2、磁流变阻尼器中间轴3、磁流变阻尼阀体6组成磁流变阻尼器。电磁隔振器与磁流变阻尼器形成并联结构，两者各自独立通入电流。

电磁隔振器是在外壳5与衔铁4上布置磁齿结构，通过改变输入的励磁电流，实现电磁刚度的在线调节，从而降低隔振系统的固有频率。变阻尼技术方面采用的是磁流变阻尼器，该类型阻尼器同样是通过输入电流的改变实现阻尼的变化。

本实施例的隔振器工作时，通过控制各自通入电流与否，选择三种工作模式：电磁隔振器单独工作、磁流变阻尼器单独工作、或者两者同时工作的模式。

设定该多功能复合隔振器中，电磁隔振器磁齿相关参数为：衔铁半径r=0.030m，衔铁和外壳的齿宽为w=0.004m，衔铁和外壳间的气隙为g=0.0006m，线圈匝数为500，隔振器承载m=75kg，弹簧刚度为k=203000N/m。磁流变阻尼器阻尼变化范围是c=20~50Ns/m。通入电流，I=2.5A。根据仿真计算结果，系统固有频率从8.28Hz降低到1Hz，各种工况下隔振器振幅如图4、图5和图6所示。从图中可以看出，设计的隔振器具备刚度可变的能力，通过降低系统刚度达到降低固有频率，从而提高低频隔振效果的目的。同时，额外的阻尼改变又进一步降低了共振点附近系统的振动幅值，达到了预定目的。

图7是不同阻尼比下系统的动力学特性曲线，从图中可以看出，阻尼比对于系统动力学响应幅值有较为显著的影响。当阻尼较小时，非线性隔振系统会出现较为显著的跳跃现象等复杂动力学行为，当阻尼比增大时，跳跃现象明显减小。因此，本发明采用的可调阻尼技术可有效解决电磁负刚度技术由于非线性跳跃现象所导致的减隔振性能恶化的问题。

实施例2

本实施例是实施例1的一种变形，主要区别在于磁流变阻尼器安装在电磁隔振器内部，其结构如图8所示，由底座1、外壳2、衔铁6、壳体7、支撑弹簧8、支撑9及支撑板10组成电磁隔振器。由图中虚线框内的中间轴3、阀体4和壳体5组成磁流变阻尼器。电磁隔振器与磁流变阻尼器形成并联结构，两者各自独立通入电流。

电磁隔振器是在外壳2与衔铁6上布置磁齿结构，通过改变输入的励磁电流，实现电磁刚度的在线调节，从而降低隔振系统的固有频率。变阻尼技术方面采用的是磁流变阻尼器，该类型阻尼器同样是通过输入电流的改变实现阻尼的变化。

本发明将高静低动隔振技术以及变阻尼技术结合起来，设计了一种刚度和阻尼均可调的多功能复合隔振器，其结构主要由电磁隔振器与磁流变阻尼器并联形成，也可以由多个电磁隔振器和多个磁流变阻尼器并联，其调节方式就数量来说可以包含多个器件的组合调节方式，但调节性质仍为刚度调节、阻尼调节以及刚度和阻尼共同调节。

本发明为具有高静低动特性的隔振器设计提供了一种全新的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

Claims (1)

1.一种多功能复合隔振器，包括电磁隔振器与磁流变阻尼器，所述电磁隔振器与磁流变阻尼器并联布置，两者各自独立通入电流，其特征在于：

所述电磁隔振器采用磁齿结构，包括外壳、衔铁及弹性支撑件，所述外壳及弹性支撑件与底座固定联接，所述衔铁与支撑固定联接，所述底座与支撑作为隔振器的两个安装端；通过改变输入的励磁电流，便可实现电磁刚度的在线调节，从而降低隔振系统的固有频率；

所述磁流变阻尼器安装在电磁隔振器内部，所述磁流变阻尼器包括中间轴、阀体和壳体，所述中间轴与阀体固定联接，所述壳体与底座固定连接；通过输入电流的改变实现阻尼的变化，解决由于跳跃现象所引起的减振性能恶化问题；

通过控制各自通入电流与否，选择三种工作模式：电磁隔振器单独工作、磁流变阻尼器单独工作、或者两者同时工作的模式，实现刚度调节、阻尼调节，以及刚度阻尼共同调节；

所述电磁隔振器的衔铁半径r=0.030m，衔铁和外壳的齿宽为w=0.004m，衔铁和外壳间的气隙为g=0.0006m，线圈匝数为500，隔振器承载m=75kg，弹簧刚度为k=203000N/m，通入电流I=2.5A，磁流变阻尼器阻尼变化范围是c=20~50Ns/m。

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