预压式变刚度精密可调谐动力吸振器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，包括动力吸振器质量机构、板；动力吸振器质量机构包括多个变刚度机构；变刚度机构包括能够相互吸引或排斥的第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件；第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均紧固连接在板上，并且第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件之间存在间隙。本发明通过对吸振器的板施加电磁轴向力精密调节动力吸振器的固有频率，具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时本发明可以实现一定频率带宽范围内的精密吸振，能够有效的避免普通动力吸振器频率分辨率粗糙的缺点。
【专利说明】
预压式变刚度精密可调谐动力吸振器
技术领域
[0001]本发明涉及一种动力吸振器，特别涉及一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，动力吸振器时振动控制领域的重要制振装置，但通常其频率分辨率粗糙，不能应用于频率分辨率精度要求较高的场合。
【背景技术】
[0002]动力吸振器最早出现于1909年，与隔振器相比，动力吸振器的优点在于其可以实现小型轻量化设计、对被控对象原结构破坏小、而同时又具有杰出的制振性能，其在机械振动抑制、建筑制振等领域具有广阔的应用范围。动力吸振器是广泛应用于工程实践中的一种减振技术。其通过在被控主振系的特定部位附加一个具有质量和刚度的子系统即动力吸振器，通过合理地选择动力吸振器的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，从而改变主振系的振动状态，使能量重新分配，即将主振系上的振动能量转移到动力吸振器上，从而减少或消除主振系的振动。对于通常可以简化为单自由度质量弹簧系统的动力吸振器而言，就是要将附加子系统的质量和刚度调谐至其固有频率与主振系激励频率相同，从而引起动力吸振器发生反共振，使被控主振系的振动能量最大程度地输入到动力吸振器上，达到对被控主振系减振的目的。由于动力吸振器结构简单、减振效果明显、易于实施，因此在工程实践中得到了广泛应用。
[0003]动力吸振器最早的工程应用见于1909年Frahm在德国邮船上安装的防振水箱，但是当时并没有明确它的基本构造和原理。1928年J.0rmondroyd和Den Hartog通过对单自由度振动系统的研究，提出了利用动力吸振器的阻尼作用降低主振动系统振幅的动力吸振器设计思想，确定了最优阻尼的存在，建立了动力调谐原理。在此基础上，Hahnkamm利用振幅曲线上存在两个不受阻尼大小影响的定点现象，推导出了动力吸振器的最优同调频率。随后，Brock于1946年推导出了最优阻尼的关系，形成了完整的关于传统的动力吸振器的理论体系。从上世纪中后期开始，人们的研究重点主要是在传统吸振器的基础上，通过改变结构特点、利用特殊材料等来不断寻求适合当今技术发展要求的动力吸振技术。比如，多重动力吸振器、利用记忆合金和磁流变体等智能材料设计的新型吸振器。
[0004]从技术特点上来看，可以将动力吸振器分为被动吸振器，半主动吸振器和主动吸振器。传统来讲，我们用来抑制振动的方法主要是被动式吸振器，被动吸振器的各项参数设定后就不再改变，因此主要适用于对单一激励频率进行振动抑制，其结构简单、性能稳定，但控制频率范围太窄。主动吸振器的最大特点是根据被控对象的实际振动情况，对被控对象产生一个反相作动力，抵消原振动，实现减振目标，其控制精度和减振效果最好，但结构复杂且能耗较高，而且对控制系统的要求非常高，因此主要被应用于光学设计或精密加工等对减振效果要求很高的领域。半主动吸振器也称为自调谐吸振器，它的某些参数(频率、阻尼和质量)可在线改变，因此其能够针对变化的激励频率进行减振，宽频减振效果较被动吸振器有很大提高。半主动吸振器介于前两者之间，其减振效果接近主动吸振器，而且结构相对简单、控制方便、耗能较少，因此更具有应用前景。普通被动吸振器结构设计简单、制振效果优异，但是其有效频带很窄，为了扩展吸振器的有效应用频带宽度，逐渐发展成主动吸振器和主被动一体的半主动吸振器。
[0005]考虑到已有动力吸振器频率分辨率粗糙的局限，寻求一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，该动力吸振器通过对吸振器的板施加电磁轴向力精密调节动力吸振器的固有频率;该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时该动力吸振器可以实现一定频率带宽范围内的精密吸振，能够有效的避免普通动力吸振器频率分辨率粗糖的缺点。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器。
[0007]根据本发明提供的一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，包括动力吸振器质量机构、板;动力吸振器质量机构包括多个变刚度机构；
[0008]变刚度机构包括能够相互吸引或排斥的第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件;第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均紧固连接在板上，并且第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件之间存在间隙；其中，在多个变刚度机构中，有一个以上的变刚度机构设置在板的一端部，并且有一个以上的变刚度机构设置在板的另一端部。
[0009]优选地，第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件分别为永磁体、电磁体;或者第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均为电磁体。
[0010]优选地，还包括电磁预压式上组件、电磁预压式下组件、上预压磁体组件、下预压磁体组件；
[0011]电磁预压式上组件、电磁预压式下组件分别紧固连接在板的上下两侧面上；
[0012]电磁预压式上组件紧固连接上预压磁体组件；电磁预压式下组件紧固连接下预压磁体组件；
[0013]上预压磁体组件、下预压磁体组件能够相互吸引，以对板施加预压力。
[0014]优选地，上预压磁体组件、下预压磁体组件采用永磁体、电磁体;或者上预压磁体组件、下预压磁体组件均为电磁体。
[0015]优选地，第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互吸引，使板的固有频率增大。
[0016]优选地，第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互排斥，使板的固有频率减小。
[0017]优选地，预压磁体组件、下预压磁体组件相互吸引，改变板的刚度。
[0018]优选地，电磁预压式上组件、电磁预压式下组件均以面接触方式与板的侧面贴合。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0020]本发明通过对吸振器的板施加电磁轴向力精密调节动力吸振器的固有频率，具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时本发明可以实现一定频率带宽范围内的精密吸振，能够有效的避免普通动力吸振器频率分辨率粗糙的缺点。【附图说明】
[0021]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0022]图1为本发明永磁变刚度组件与电磁变刚度组件互相排斥示意图。
[0023]图2为本发明永磁变刚度组件与电磁变刚度组件互相吸引示意图。
[0024]图3为本发明电磁变刚度组件极化示意图。
[0025]图4为本发明电磁变刚度组件极化示意图。
[0026]图中，I——电磁预压式上组件，2——板，3——永磁变刚度左组件，4——永磁变刚度右组件，5—一电磁变刚度左组件，6—一电磁变刚度右组件，7—一预压电磁组件，8一一预压永磁组件，9一一电磁预压式下组件。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0028]本发明通过对吸振器的板施加电磁轴向力精密调节动力吸振器的固有频率，可以实现一定频率带宽范围内的精密吸振，能够有效的避免普通动力吸振器频率分辨率粗糙的缺点。
[0029]根据本发明提供的一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，包括动力吸振器质量机构、板、电磁预压式上组件、电磁预压式下组件、上预压磁体组件、下预压磁体组件;动力吸振器质量机构包括多个变刚度机构;变刚度机构包括能够相互吸引或排斥的第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件;第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均紧固连接在板上，并且第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件之间存在间隙；其中，在多个变刚度机构中，有一个以上的变刚度机构设置在板的一端部，并且有一个以上的变刚度机构设置在板的另一端部。第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件分别为永磁体、电磁体;或者第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均为电磁体。
[0030]电磁预压式上组件、电磁预压式下组件分别紧固连接在板的上下两侧面上；电磁预压式上组件紧固连接上预压磁体组件；电磁预压式下组件紧固连接下预压磁体组件；上预压磁体组件、下预压磁体组件能够相互吸引，以对板施加预压力。上预压磁体组件、下预压磁体组件采用永磁体、电磁体;或者上预压磁体组件、下预压磁体组件均为电磁体。第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互吸引，使板的固有频率增大。第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互排斥，使板的固有频率减小。预压磁体组件、下预压磁体组件相互吸引，改变板的刚度。电磁预压式上组件、电磁预压式下组件均以面接触方式与板的侧面贴合。
[0031 ]下面对本发明进行更为具体的说明。
[0032]请参考图1，图1为永磁变刚度组件与电磁变刚度组件互相排斥示意图。如图1所示，该预压式变刚度精密可调谐动力吸振器包括电磁变刚度左组件5、电磁变刚度右组件6、永磁变刚度左组件3、永磁变刚度右组件4和板2。
[0033]其中，设置在板的左端部的变刚度机构包括作为第一磁体变刚度组件的电磁变刚度左组件5和作为第二磁体变刚度组件的永磁变刚度左组件3;设置在板的右端部的变刚度机构包括作为第一磁体变刚度组件的电磁变刚度右组件6和作为第二磁体变刚度组件的永磁变刚度右组件4。
[0034]请参考图3、图4，图3、图4为本发明电磁变刚度组件极化示意图。[〇〇35]结合图1、图3和图4阐述其原理。如图3所示，当电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3通入图中方向电流后，线圈激励铁芯产生磁场并使其极化，铁芯右端为N极、左端为 S极，而此时永磁变刚度左组件3左端为S极、右端为N极，而此时永磁变刚度右组件3右端为S 极、左端为N极，当电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3按如图1所示位置安装时，电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3之间、电磁变刚度右组件6与永磁变刚度右组件4之间产生电磁斥力，此时动力吸振器质量机构与板2组成的动力吸振器的固有频率增大，通过调节通入电流的大小可以调节动力吸振器固有频率增大的幅值。电磁预压式上组件1中有作为上预压磁体组件的预压永磁组件8,电磁预压式下组件9中有作为下预压磁体组件的预压电磁组件7,当预压电磁组件7中通入电流以后，其与预压永磁组件8将产生电磁预压力，使电磁预压式上组件1和电磁预压式下组件9对板2产生预压力，改变动力吸振器的刚度进而引起动力吸振器的固有频率变化。[〇〇36]结合图2、图3和图4阐述其原理。如图4所示，当电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3通入图中方向电流后，线圈激励铁芯产生磁场并使其极化，铁芯右端为S极、左端为 N极，而此时永磁变刚度左组件3左端为S极、右端为N极，而此时永磁变刚度右组件3右端为S 极、左端为N极，当电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3按如图2所示位置安装时，电磁变刚度左组件5与永磁变刚度左组件3、电磁变刚度右组件6与永磁变刚度右组件4之间产生电磁吸力，此时动力吸振器质量机构与板2组成的动力吸振器的固有频率减小，通过调节通入电流的大小可以调节动力吸振器固有频率减小的幅值。电磁预压式上组件1中有预压永磁组件8,电磁预压式下组件9中有预压电磁组件7,当预压电磁组件7中通入电流以后，其与预压永磁组件8将产生电磁预压力，使电磁预压式上组件1和电磁预压式下组件9对板2产生预压力，改变动力吸振器的刚度进而引起动力吸振器的固有频率变化。[〇〇37]通过连续改变通入电流的方向以及大小，可以精密调节动力吸振器的固有频率， 使其在一定频带范围内连续精确改变。当动力吸振器的固有频率变化后可以对受到变化频带内振动激励的对象进行振动抑制。
[0038]上述实施方式中给出的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器原理及结构方案能够实现被控主振系一定频率带宽范围内的精密吸振;该动力吸振器通过施加轴向力实现其固有频率的精密调节;该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；能够有效的避免普通动力吸振器频率分辨率粗糙的缺点。
[0039]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，包括动力吸振器质量机构、 板;动力吸振器质量机构包括多个变刚度机构；变刚度机构包括能够相互吸引或排斥的第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件； 第一磁体变刚度组件、第二磁体变刚度组件均紧固连接在板上，并且第一磁体变刚度组件、 第二磁体变刚度组件之间存在间隙；其中，在多个变刚度机构中，有一个以上的变刚度机构 设置在板的一端部，并且有一个以上的变刚度机构设置在板的另一端部。2.根据权利要求1所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，第一磁体 变刚度组件、第二磁体变刚度组件分别为永磁体、电磁体;或者第一磁体变刚度组件、第二 磁体变刚度组件均为电磁体。3.根据权利要求1所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，还包括电 磁预压式上组件、电磁预压式下组件、上预压磁体组件、下预压磁体组件；电磁预压式上组件、电磁预压式下组件分别紧固连接在板的上下两侧面上；电磁预压式上组件紧固连接上预压磁体组件；电磁预压式下组件紧固连接下预压磁体 组件；上预压磁体组件、下预压磁体组件能够相互吸引，以对板施加预压力。4.根据权利要求3所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，上预压磁 体组件、下预压磁体组件采用永磁体、电磁体;或者上预压磁体组件、下预压磁体组件均为 电磁体。5.根据权利要求1所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，第一磁体 变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互吸引，使板的固有频率增大。6.根据权利要求1所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，第一磁体 变刚度组件、第二磁体变刚度组件相互排斥，使板的固有频率减小。7.根据权利要求3所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，预压磁体 组件、下预压磁体组件相互吸引，改变板的刚度。8.根据权利要求3所述的预压式变刚度精密可调谐动力吸振器，其特征在于，电磁预压 式上组件、电磁预压式下组件均以面接触方式与板的侧面贴合。
【文档编号】G05D19/02GK106020261SQ201610396721
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】杨斌堂, 王熙
【申请人】上海交通大学