CN116292745A - 电磁式自调节动力反共振隔振系统 - Google Patents
电磁式自调节动力反共振隔振系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116292745A CN116292745A CN202310289911.XA CN202310289911A CN116292745A CN 116292745 A CN116292745 A CN 116292745A CN 202310289911 A CN202310289911 A CN 202310289911A CN 116292745 A CN116292745 A CN 116292745A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lever
- electromagnetic
- platform
- vibration isolation
- coil winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 25
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 16
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
- F16F15/06—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
- F16F15/067—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only wound springs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/022—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using dampers and springs in combination
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
一种电磁式自调节动力反共振隔振系统，包括：相对设置的载荷平台和基础平台，其中：载荷平台和基础平台之间设有若干弹性元件和若干杠杆式惯性放大机构，杠杆式惯性放大机构与控制器系统相连以接收控制信号。本发明利用杠杆耦合的放大作用，放大较小的附加质量和电磁可控装置的出力，以较小的质量代价和能量消耗使得电磁可控装置的出力达到与较大的系统刚度相当的量级，进而获得宽频可调的反共振减振阻带，实现变工况下的低频减振。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种低频工程减振领域的技术，具体是一种电磁式自调节动力反共振隔振系统。
背景技术
低频振动的影响广泛存在于工程实践中，在不进行减振设计的情况下，过大的振动会引发一系列的工程问题。目前的减振技术主要可以分为三类：被动减振、半主动减振以及主动减振。传统的被动减振技术由于结构简单、可靠性高而得到广泛应用，但是其结构参数需要预先设计，且在外部激励频率改变的情况下无法提供有效的减振效果。相对于被动减振来说，主动减振技术通过控制器控制作动器输出主动力来实现减振，因而能够在变化的工作环境下实现较好的减振效果，但是主动减振通常需要消耗较多的外部能量，且设计、制造、维护成本等也相对较高。半主动减振技术介于被动减振与主动减振之间，通常是通过改变减振装置的刚度或者阻尼特性来达到较好的减振效果，因而能够适应变化的工作环境，并且其消耗的能量相对主动控制较少。半主动控制一般是对隔振系统的刚度或阻尼参数进行调节，按照隔振原理的不同，半主动减振技术可以分为两类：第一类是直接对弹簧-阻尼隔振系统的刚度或阻尼进行控制；第二类则是基于反共振原理的半主动吸振器，对附加减振装置的刚度、阻尼或者惯性进行控制。两类半主动减振技术的执行机构大多是相似的，均是采用电磁装置、磁流变装置、记忆合金装置或机械式调节装置等可控装置来实现的。第一类半主动减振技术可控制系统刚度或者阻尼，控制阻尼作用是降低系统共振峰的幅值，而不影响高频处的减振效果；控制刚度则是改变系统共振频率的位置，使得系统共振峰偏离激励频率。第二类半主动减振技术是利用附加减振装置在特定频率处产生反共振减振阻带，通过改变附加装置的特性使得反共振减振阻带拓宽，并实现位置可调，进而实现宽频减振。第一类半主动减振技术需要在共振频率远低于激励频率时才能获得优异的减振效果，因而对于低频减振存在局限性。半主动吸振器可以在低频处获得满意的减振效果，但是其存在附加质量过大、反共振减振阻带过窄造成控制不稳定性等问题。
现有的减振执行技术将可控阻尼执行器与可控负刚度执行器耦合，利用可控阻尼执行器对共振峰幅值进行控制，利用可控负刚度执行器控制系统共振频率的位置，使之远离激励频率。但对于低频激励领域，可控负刚度执行器需要输出较大的负刚度来补偿系统的正刚度，使得系统的共振频率降低到较低的位置，进而获得优异的减振效果。较大的负刚度意味着需要的控制能量消耗较大，并且对于正刚度较大的情况，需要可控负刚度执行器提供等量级的输出负刚度，由此导致的可控负刚度执行器的重量、尺寸和输入能量消耗在一些工程应用中是不可接受的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述缺陷，提出一种电磁式自调节动力反共振隔振系统，利用杠杆耦合的放大作用，放大较小的附加质量和电磁可控装置的出力，以较小的质量代价和能量消耗使得电磁可控装置的出力达到与较大的系统刚度相当的量级，进而获得宽频可调的反共振减振阻带，实现变工况下的低频减振。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种电磁式自调节动力反共振隔振系统，包括：相对设置的载荷平台和基础平台，其中：载荷平台和基础平台之间设有若干弹性元件和若干杠杆式惯性放大机构，杠杆式惯性放大机构与控制器系统相连以接收控制信号。
所述的杠杆式惯性放大机构包括：分别设置于载荷平台和基础平台上的第一连接座和第二连接座、一端与第二连接座转动连接的减振杠杆，其中：减振杠杆的另一端上设有永磁体、基础平台上对应永磁体的位置设有若干电磁可控单元。
所述的电磁可控单元包括：连接基座以及设置于其内部的一对线圈绕组，其中：第一和第二线圈绕组、分别设置于连接基座的内侧顶部和底部且两者中心正对永磁体，第一和第二线圈绕组分别与控制器系统相连。
所述的减振杠杆、第一连接座、第二连接座和连接基座均为低密度、高强度的材料制成，其采用但不限于钛合金等，以进一步降低附加隔振装置的质量代价。
所述的弹性元件与载荷平台之间、基础平台与弹性元件之间均为固定连接，以保证载荷平台不发生转动。
所述的第一连接座优选设置于载荷平台的中心位置，对应弹性元件以中心对称方式分布设置。
所述的杠杆式惯性放大机构和电磁可控单元优选为对称分布设置于载荷平台和基础平台之间，通过多个杠杆式惯性放大机构的作用力之间叠加，作用于载荷平台上的力为多个耦合电磁杠杆惯性放大机构相加，可以有效减小单个杠杆式惯性放大机构的尺寸。
技术效果
本发明通过耦合电磁式杠杆惯性放大机构实现反共振减振阻带的可调，通过将电磁可控单元与杠杆式惯性放大机构耦合，放大较小的附加质量和电磁可控装置的出力，能以较小的质量代价和能量消耗使得电磁可控装置的出力达到与较大的系统刚度相当的量级。通过改变电磁可控单元的输入电流可以改变永磁体与电磁可控单元之间的作用力，经过杠杆式惯性放大机构的放大作用后，作用在载荷平台的作用力得到放大，进而实现以较小的电磁可控装置实现对大型设备的低频振动控制。同时，杠杆式惯性放大机构还具有提高可调带宽的作用。
附图说明
图1为本发明原理图；
图2为本发明结构示意图；
图3为电磁可控单元示意图；
图4为实施例不同激励幅值下位移传递率；
图5为实施例不同输入电流下振动控制效果图；
图6为实施例的可调带宽与杠杆长度比α的关系；
图中：1载荷平台、2基础平台、3弹性元件、4杠杆式惯性放大机构、5永磁体、6电磁可控单元、7控制器系统、8传感器、9减振杠杆、10第一连接座、11第二连接座、12第一线圈绕组、13第二线圈绕组、14连接基座。
具体实施方式
如图1-图3所示，为本实施例涉及一种电磁式自调节动力反共振隔振系统，包括：相对设置的载荷平台1和基础平台2，其中：载荷平台1和基础平台2之间设有弹性元件3和杠杆式惯性放大机构4，杠杆式惯性放大机构4与控制器系统7相连以接收控制信号。
所述的杠杆式惯性放大机构4包括：分别设置于载荷平台1和基础平台2上的第一连接座10和第二连接座11、一端与第二连接座11转动连接的减振杠杆9，其中：减振杠杆9的另一端上设有永磁体5、载荷平台1和基础平台2上对应永磁体5的位置设有电磁可控单元6。
所述的电磁可控单元6包括：连接基座14以及设置于其内部的一对线圈绕组12、13，其中：第一和第二线圈绕组12、13分别设置于连接基座14的内侧顶部和底部且两者中心正对永磁体5，第一和第二线圈绕组12、13分别与控制器系统7相连。
所述的载荷平台1和/或基础平台2上进一步设有与控制器系统7相连的若干用于采集激励信号的传感器8。
所述的控制器系统7采集传感器8的振动信号，并进行分析处理，得出基础平台2的激励频率，进而将控制信号输出到第一和第二线圈绕组12、13上。
所述的载荷平台1与被减振设备相连，当基础平台2受到振动激励时，传感器8将采集到的信号传递给控制器系统7，控制器系统7经过特定的算法处理将控制信号输出到电磁可控单元6上，改变电磁可控单元6输入电流的大小，第一线圈绕组12和第二线圈绕组13产生感应磁场，并于永磁体5的磁场相互作用，从而改变永磁体5与电磁可控单元6之间的等效刚度，经过杠杆式惯性放大机构4的作用，进而改变整个系统的等效刚度，实现自调节减振效果。
本发明工作原理如下：当载荷平台1与质量为m的被减振设备相连，基础平台2与激励源相连，弹性元件的刚度为k，L1为杠杆与第一连接座10铰接点和第二连接座11铰接点之间的长度，L2为杠杆自由端与杠杆与第二连接座11铰接点之间的长度，m1为永磁体5的质量，x1、x2和x3分别为激励源、被减振设备以及永磁体的绝对位移。第一和第二线圈绕组12、13与永磁体5之间的作用力产生一个与输入电流i相关的非线性等效刚度keq＝β0(i)+β2(i)(x2-x1)2+β4(i)(x2-x1)4；杠杆式惯性放大机构4的作用会引入一个放大比
当杠杆运动为小角度运动且不发生弯曲变形，得到系统的动能/>
和势能
由拉格朗日方程得到系统的动力学方程为：
进而得到系统的共振频率/>
和反共振频率/>
当杠杆式惯性放大机构4的放大比α>1时，其对永磁体5的有效质量m1和电磁可控单元6导致的等效刚度keq同时起到放大的作用。当α＞＞1时，较小的等效刚度keq即可实现对弹性元件刚度k的补偿。
根据反共振频率，得到不同电流i1和i2下的广义可调带宽
即增大放大比α还具有扩宽本发明中的广义可调带宽的作用。
与现有技术相比，本发明通过将永磁体5和电磁可控单元6同时放置于杠杆式惯性放大机构4的自由端，可同时实现对永磁体5有效质量和电磁可控单元6电磁力的放大，进而实现以小的质量代价和低的能量消耗得到可调的低频反共振减振阻带。同时，杠杆式惯性放大机构4放大了电磁可控单元6与永磁体5之间的相对位移，使得电磁可控单元6与永磁体5之间的非线性电磁力的作用能够降低系统共振频率处的幅值。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (6)
1.一种电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征在于，包括：相对设置的载荷平台和基础平台，其中：载荷平台和基础平台之间设有若干弹性元件和若干杠杆式惯性放大机构，杠杆式惯性放大机构与控制器系统相连以接收控制信号；
所述的杠杆式惯性放大机构包括：分别设置于载荷平台和基础平台上的第一连接座和第二连接座、一端与第二连接座转动连接的减振杠杆，其中：减振杠杆的另一端上设有永磁体、基础平台上对应永磁体的位置设有若干电磁可控单元，通过杠杆式惯性放大机构对永磁体的有效质量和电磁可控单元产生的等效刚度实现对弹性元件刚度的补偿。
2.根据权利要求1所述的电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征是，所述的电磁可控单元包括：连接基座以及设置于其内部的一对线圈绕组，其中：第一和第二线圈绕组、分别设置于连接基座的内侧顶部和底部且两者中心正对永磁体，第一和第二线圈绕组分别与控制器系统相连。
3.根据权利要求1所述的电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征是，所述的减振杠杆、第一连接座、第二连接座和连接基座均为低密度、高强度的材料制成，其采用但不限于钛合金等。
4.根据权利要求1所述的电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征是，所述的第一连接座设置于载荷平台的中心位置，对应弹性元件以中心对称方式分布设置。
5.根据权利要求1所述的电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征是，所述的杠杆式惯性放大机构和电磁可控单元为对称分布设置于载荷平台和基础平台之间，通过多个杠杆式惯性放大机构的作用力之间叠加，作用于载荷平台上的力为多个耦合电磁杠杆惯性放大机构相加，可以有效减小单个杠杆式惯性放大机构的尺寸。
6.根据权利要求1所述的电磁式自调节动力反共振隔振系统，其特征是，所述的补偿，具体是指：当载荷平台与质量为m的被减振设备相连，基础平台与激励源相连，第一和第二线圈绕组与永磁体之间的作用力产生一个与输入电流i相关的非线性等效刚度keq＝β0(i)+β2(i)(x2-x1)2+β4(i)(x2-x1)4，其中：弹性元件的刚度为k，L1为杠杆与第一连接座铰接点和第二连接座铰接点之间的长度，L2为杠杆自由端与杠杆与第二连接座铰接点之间的长度，m1为永磁体的质量，x1、x2和x3分别为激励源、被减振设备以及永磁体的绝对位移；
所述的杠杆式惯性放大机构的放大比
当杠杆运动为小角度运动且不发生弯曲变形，得到系统的动能/>
和势能/>
所述的反共振隔振系统的动力学方程为：
进而得到系统的共振频率/>
和反共振频率/>
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310289911.XA CN116292745A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 电磁式自调节动力反共振隔振系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310289911.XA CN116292745A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 电磁式自调节动力反共振隔振系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116292745A true CN116292745A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86834021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310289911.XA Pending CN116292745A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 电磁式自调节动力反共振隔振系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116292745A (zh) |
-
2023
- 2023-03-23 CN CN202310289911.XA patent/CN116292745A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | A state-of-the-art review on low-frequency nonlinear vibration isolation with electromagnetic mechanisms | |
| KR100801867B1 (ko) | 동조 가능한 진동 흡수 장치 | |
| US5765800A (en) | Vibration damping apparatus | |
| US11624419B2 (en) | Magnetic suspension type quasi-zero stiffness electromagnetic vibration isolator with active negative stiffness | |
| Benassi et al. | Active vibration isolation using an inertial actuator with local displacement feedback control | |
| CN105134866A (zh) | 一种压电主动隔振机构及其降低振动系统固有频率的方法 | |
| Burdisso et al. | A new dual-reaction mass dynamic vibration absorber actuator for active vibration control | |
| CN110513419B (zh) | 一种基于磁路设计的可调准零刚度隔振器 | |
| CN111779790B (zh) | 一种减振装置 | |
| WO2022083128A1 (zh) | 一种基于智能弹簧的可调谐动力吸振器及控制方法 | |
| CN116292745A (zh) | 电磁式自调节动力反共振隔振系统 | |
| Díaz et al. | Feedback control laws for proof-mass electrodynamic actuators | |
| CN109613823A (zh) | 一种非线性隔振与抗冲击控制系统及方法 | |
| CN110848314B (zh) | 一种多功能复合隔振器 | |
| JP3296973B2 (ja) | 磁気浮上除振装置 | |
| Tantanawat et al. | Application of compliant mechanisms to active vibration isolation systems | |
| Hoque et al. | A 3-DOF modular vibration isolation system using zero-power magnetic suspension with adjustable negative stiffness | |
| CN106090098B (zh) | 变刚度变阻尼可调谐动力吸振器 | |
| Hoque et al. | Application of feedforward control to a vibration isolation system using negative stiffness suspension | |
| CN105757155A (zh) | 一种质量可调式半主动吸振装置 | |
| Brennan et al. | A demonstration of active vibration isolation using decentralized velocity feedback control | |
| KR20070070334A (ko) | 전자기 진동발생장치 | |
| JP2008223282A (ja) | 建築構造物用の能動型制振装置および建築構造物の能動型制振方法 | |
| CN116592078A (zh) | 一种自适应变刚度变阻尼隔振器 | |
| JP4219162B2 (ja) | アクティブダイナミックダンパ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |