專利名稱：一種六自由度主被動動力吸振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密機械技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是涉及一種六自由度主被動動力吸振
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在航空航天領(lǐng)域，工程單位通常采用桁架等輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品，以降低產(chǎn)品整體重量。然而這類結(jié)構(gòu)部件容易受到外部干擾而發(fā)生共振現(xiàn)象，使安裝在結(jié)構(gòu)上的有效載荷不能正常工作。因此研究開發(fā)針對這類結(jié)構(gòu)的振動控制裝置成為亟待解決的問題。輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)的振動控制主要分為主動和被動兩種控制方式。被動方式結(jié)構(gòu)簡單，但對結(jié)構(gòu)振動的作用頻段和抑制能力有限；而主動控制方式對振動抑制的效果則遠優(yōu)于被動方式。目前針對輕柔性結(jié)構(gòu)的主動控制主要在被控結(jié)構(gòu)中嵌入主動元件構(gòu)成智能結(jié)構(gòu)的方法。然而對于航天領(lǐng)域大量應(yīng)用的諸如盤壓桿、可展開機構(gòu)和充氣式結(jié)構(gòu)等可變形輕型結(jié)構(gòu)，難以通過嵌入主動元件的方法進行振動主動控制，極大限制了這些結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。對于這類展開、變形式結(jié)構(gòu)的振動抑制問題，采用動力吸振器將是一種有效的解決手段。動力吸振器安裝于被控結(jié)構(gòu)上，可通過自身的阻尼消耗結(jié)構(gòu)振動能量，實現(xiàn)振動抑制， 無需改造被控結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)的動力吸振裝置大多為單自由度被動吸振裝置，振動抑制效果有限且振動抑制帶寬較窄，無法有效地抑制柔性結(jié)構(gòu)的多自由度振動。為解決這一問題，研究開發(fā)多自由度主被動動力吸振裝置將成為這一領(lǐng)域的必然研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種六自由度主被動動力吸振裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種安裝于被控結(jié)構(gòu)表面，無需改造被控結(jié)構(gòu)，具有6自由度振動抑制能力的可靠吸振裝置。本發(fā)明一種六自由度主被動動力吸振裝置，包括支架和六個單自由度動力吸振器。其中，六個單自由度動力吸振器以兩兩對稱的布局與支架的三個垂直方向分別用螺釘固連，它與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種組裝方式。所述的支架是普通金屬結(jié)構(gòu)支架；見圖2，其6個面上各設(shè)置有呈對稱分布的兩個 M5支架連接孔；見圖1，其中支架每個面上的支架連接孔與單自由度動力吸振器的連接孔通過兩個M5X8的螺釘連接。支架的形狀為一個中空的6個十字形連結(jié)成正方體的框架結(jié)構(gòu)，兩個M5支架連接孔在十字形中央。所述單自由度動力吸振器見圖4、圖5、圖6，包括端蓋、外殼、線圈套筒、電機動子、 膜片彈簧、M4螺母和M3螺釘。其中，端蓋、膜片彈簧邊緣與外殼端部通過M3螺釘相連；膜片彈簧邊緣與線圈套筒接觸連接，膜片彈簧中部與電機動子軸向連接，并由M4螺母擰緊； 電機動子與線圈套筒軸向連接，與線圈套筒內(nèi)壁存在間隙。該端蓋為一個中空的圓錐凸臺狀結(jié)構(gòu)件，邊緣有4個均布的通孔；該外殼為兩端有階梯凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，階梯槽兩端各有4個均布的M3螺紋孔，其中一端切有方形槽，外殼壁上有呈軸向?qū)ΨQ分布的4個切面，每個切面上中部各均布有兩個M5的螺紋通孔；該線圈套筒為外壁開有兩個環(huán)形凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，線圈套筒外圈上、下半部凹槽上分別按正反方向繞有線圈；該膜片彈簧為中部鏤空的圓形薄片，邊緣有4個均布的連接通孔；該M4螺母和M3螺釘為市購標準件。該電機動子包括動子導向桿、鐵塊、永磁鐵和襯套。動子導向桿從兩端向中部依次安裝有襯套、鐵塊和永磁鐵。動子導向桿、鐵塊、永磁鐵和襯套之間緊密連接。該動子導向桿為圓柱形細長桿結(jié)構(gòu)，兩端各設(shè)置有M4螺紋；該永磁鐵為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，是市購產(chǎn)品；該鐵塊為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件；該襯套為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件。其中，該裝置與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種是內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)方式和外接被控結(jié)構(gòu)方式。其中，該支架的數(shù)量為一套；其中，該單自由度動力吸振器的數(shù)量為6套；其中，單自由度吸振器與支架的連接用螺釘為M5X8，數(shù)量共12件；其中，單自由度吸振器的端蓋與外殼的連接用螺釘為M3X5，數(shù)量共48件；其中，該M4螺母的數(shù)量共12件；本發(fā)明的工作過程為首先將本發(fā)明按照與被控結(jié)構(gòu)的安裝方式進行組裝，并安裝于被控結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明有主動和被動兩種抑振控制模式。主動抑振模式是利用被控結(jié)構(gòu)上的傳感器測得振動的信號，通過抑振控制算法控制裝置的6個單自由度動力吸振器的線圈的電流實現(xiàn)；被動抑振模式是通過將裝置的6個單自由度動力吸振器的線圈外接電阻實現(xiàn)。沿裝置某個軸向方向上，當兩個對稱分布的單自由度動力吸振器同向運動時，能抑制被控結(jié)構(gòu)沿該軸向方向上的平動振動；當兩個對稱分布的單自由度動力吸振器反向運動時， 能抑制被控結(jié)構(gòu)圍繞吸振器運動平面法線軸的轉(zhuǎn)動振動。通過上述工作過程，實現(xiàn)對被控結(jié)構(gòu)的三個平動、三個轉(zhuǎn)動自由度的振動抑制。通過上述結(jié)構(gòu)組成的六自由度主被動動力吸振裝置，具有六自由度全方位的振動抑制能力。該吸振裝置根據(jù)與被控結(jié)構(gòu)的連接方式由兩種組裝方式內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)和外接被控結(jié)構(gòu)。其單自由度吸振器采用電磁式作動方式，依靠控制纏繞在線圈套筒上的線圈電流實現(xiàn)主被動控制，具有響應(yīng)速度快、定位精度高、可靠性好的特點，可使本發(fā)明進行有效的振動控制。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明安裝于被控結(jié)構(gòu)表面，無需改造被控結(jié)構(gòu)，較嵌入式智能結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景。(2)本發(fā)明具有6自由度振動抑制能力，能適應(yīng)多自由度復雜振動抑制工況。(3)本發(fā)明中的吸振器具有主、被動控制模式。通過控制線圈電流實現(xiàn)主動控制； 通過將線圈外接電阻即能實現(xiàn)被動抑振?？刂颇Ｊ届`活、簡單、響應(yīng)速度快、可靠性好。(4)本發(fā)明中的吸振器，采用動磁鐵、定線圈的作動方式，較傳統(tǒng)動線圈、定磁鐵的作動方式，有效利用了磁鐵的自身重量，降低了整個裝置的設(shè)計重量。


圖1(a)為內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)的組裝方式示意圖；圖1 (b)為外接被控結(jié)構(gòu)的組裝方式示意圖2為支架的示意圖；圖3為單自由度動力吸振器的示意圖；圖4為單自由度動力吸振器的剖面圖；圖5為單自由度動力吸振器的結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖6為電機動子結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖7 (a)平動抑振控制示意圖；圖7 (b)轉(zhuǎn)動抑制控制示意圖。圖中符號說明如下1.支架2.單自由度動力吸振器1A.支架連接孔2B.單自由度動力吸振器連接孔2-1.端蓋；2-2.外殼；2-3.線圈套筒；2-4.電機動子；2-5.膜片彈簧；2-6. M4螺母；2-7.M3螺釘。2-4-1.動子導向桿；2-4-2.鐵塊；2-4-3.永磁鐵；2-4-4.襯套。F動力吸振器產(chǎn)生的作用力。M動力吸振器產(chǎn)生的作用力矩。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明作出進一步說明。本發(fā)明一種六自由度主被動動力吸振裝置，包括支架1和六個單自由度動力吸振器2。其中，六個單自由度動力吸振器2以兩兩對稱的布局與支架1的三個垂直方向的連接孔用M5X8的螺釘固連。如圖1所示，根據(jù)與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種組裝方式圖1(a) 的內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)和圖1(b)的外接被控結(jié)構(gòu)。如圖2、圖3所示，所述的支架6個面上中部各設(shè)置有呈對稱分布的2個M5連接孔 IA ；其中支架每個面上的連接孔IA與單自由度動力吸振器2的連接孔2B通過2個M5X8 的螺釘連接。支架的形狀為中空的6個十字連結(jié)成一個正方體的金屬框架結(jié)構(gòu)。如圖4、圖5所示，所述單自由度動力吸振器包括端蓋2-1、外殼2-2、線圈套筒 2-3、電機動子2-4、膜片彈簧2-5、M4螺母2_6和M3螺釘2_7。其中，端蓋2_1、膜片彈簧邊緣2-5與外殼2-2端部通過8個M3X5的螺釘2_7相連；膜片彈簧2_5的邊緣與線圈套筒 2-3接觸連接，膜片彈簧2-5中部與電機動子2-4軸向連接，并由M4螺母2_6擰緊；電機動子2-4與線圈套筒2-3軸向連接，與線圈套筒2-3內(nèi)壁存在間隙。該端蓋2-1為一個中空的圓錐凸臺狀結(jié)構(gòu)件，邊緣有4個周向均布的直徑3mm的通孔；外殼2_2為兩端有階梯凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，階梯槽兩端各有4個均布的M3螺紋孔，其中一端切有方形槽，外殼壁上有呈軸向?qū)ΨQ分布的4個切面，每個切面上各有2個打通的M5螺紋連接孔2B ；線圈套筒2-3 為外壁開有兩個環(huán)形凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，線圈套筒外圈上、下半部凹槽上分別按正反方向繞有線圈；膜片彈簧2-5為中部鏤空的圓形薄片，采用無磁不銹鋼的材料，邊緣有4個均布的直徑3mm的連接通孔；M4螺母2_6和M3螺釘2_7為市購標準件。如圖4、圖6所示，所述電機動子2-4包括動子導向桿2_4_1、鐵塊2_4_2、永磁鐵 2-4-3和襯套2-4-4。沿動子導向桿2-4-1從兩端向中部依次安裝有襯套2-4-4、鐵塊2-4-2和永磁鐵2-4-3。動子導向桿2-4-1、鐵塊2-4-2、永磁鐵2_4_3和襯套2_4_4之間緊密連接。 動子導向桿2-4-1為圓柱形細長桿結(jié)構(gòu)，兩端各攻有長度為8mm的M4螺紋；鐵塊2_4_2為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件，外形尺寸為直徑觀讓，厚度10mm，中間通孔直徑為4. 5mm ；永磁鐵2-4-3 為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，其材料為釹鐵硼合金，是市購產(chǎn)品；襯套2-4-4為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件， 外形尺寸為外徑35mm，內(nèi)徑30mm，高度87mm，側(cè)面上下部各開1. 25mm深、30mm寬的環(huán)形槽。其中，該支架1的數(shù)量為一套；其中，該單自由度動力吸振器2的數(shù)量為6套；其中，單自由度吸振器2與支架1的連接用螺釘為M5X8，數(shù)量共12件；其中，單自由度吸振器2的端蓋2-1與外殼2-2的連接用螺釘為M3 X 5，數(shù)量共48 件；其中，該M4螺母的數(shù)量共12件；本發(fā)明的工作過程為首先將本發(fā)明按照與被控結(jié)構(gòu)的安裝方式圖1(a)內(nèi)接式或圖1(b)外接式兩種安裝在支架1上，并將裝置安裝于被控結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明有主動和被動兩種抑振控制模式。主動抑振模式是利用被控結(jié)構(gòu)上的傳感器測得振動的信號，通過抑振控制算法控制裝置的6個單自由度動力吸振器2的線圈電流實現(xiàn)；被動抑振模式是通過將裝置的6個單自由度動力吸振器2的線圈外接電阻實現(xiàn)。沿該裝置某個軸向方向上，如圖7 (a)所示，當兩個對稱分布的單自由度動力吸振器2同向運動時，產(chǎn)生作用力F，能抑制被控結(jié)構(gòu)沿該軸向方向上的平動振動；如圖7(b)所示，當兩個對稱分布的單自由度動力吸振器2反向運動時，產(chǎn)生作用力矩M，能抑制被控結(jié)構(gòu)圍繞吸振器運動平面法線軸的轉(zhuǎn)動振動。通過上述工作過程，實現(xiàn)對被控結(jié)構(gòu)的三個平動、三個轉(zhuǎn)動自由度的振動抑制。通過上述結(jié)構(gòu)組成的六自由度主被動動力吸振裝置，具有六自由度全方位的振動抑制能力。該吸振裝置根據(jù)與被控結(jié)構(gòu)的連接方式由兩種組裝方式圖1(a)的內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)和圖1(b)的外接被控結(jié)構(gòu)。其單自由度吸振器2采用電磁式作動方式，依靠控制纏繞在線圈套筒2-3上的線圈電流實現(xiàn)主被動控制，具有響應(yīng)速度快、定位精度高、可靠性好的特點，可使本發(fā)明進行有效的振動控制。它在航空航天技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于它包括支架和六個單自由度動力吸振器；六個單自由度動力吸振器以兩兩對稱的布局與支架的三個垂直方向分別用螺釘固連，它與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種；所述的支架是普通金屬結(jié)構(gòu)支架，其6個面上各設(shè)置有呈對稱分布的兩個M5支架連接孔；其中支架每個面上的兩個M5支架連接孔與單自由度動力吸振器通過M5的螺釘連接，支架的形狀為一個中空的6個十字形連結(jié)成正方體的框架結(jié)構(gòu)，兩個M5支架連接孔在十字形中央；所述單自由度動力吸振器，包括端蓋、外殼、線圈套筒、電機動子、膜片彈簧、M4螺母和 M3螺釘；端蓋、膜片彈簧邊緣與外殼端部通過M3螺釘相連；膜片彈簧邊緣與線圈套筒接觸連接，膜片彈簧中部與電機動子軸向連接，并由M4螺母擰緊；電機動子與線圈套筒軸向連接，與線圈套筒內(nèi)壁存在間隙；該端蓋為一個中空的圓錐凸臺狀結(jié)構(gòu)件，邊緣有4個均布的通孔；該外殼為兩端有階梯凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，階梯槽兩端各有4個均布的M3螺紋孔， 其中一端切有方形槽，外殼壁上有呈軸向?qū)ΨQ分布的4個切面，每個切面上中部各均布有兩個M5的螺紋通孔；該線圈套筒為外壁開有兩個環(huán)形凹槽的空心圓筒結(jié)構(gòu)，線圈套筒外圈上、下半部凹槽上分別按正反方向繞有線圈；該膜片彈簧為中部鏤空的圓形薄片，邊緣有4 個均布的連接通孔；該M3螺釘和M4螺母為標準件；該電機動子包括動子導向桿、鐵塊、永磁鐵和襯套，動子導向桿從兩端向中部依次安裝有襯套、鐵塊和永磁鐵，動子導向桿、鐵塊、 永磁鐵和襯套之間緊密連接；該動子導向桿為圓柱形細長桿結(jié)構(gòu)，兩端各設(shè)置有M 4螺紋； 該永磁鐵為空心圓柱形結(jié)構(gòu)市購件；該鐵塊為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件；該襯套為空心圓柱形結(jié)構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于該裝置與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種是內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)方式和外接被控結(jié)構(gòu)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于該支架的數(shù)量為一套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于該單自由度吸振器與支架的連接用螺釘為M5X8，數(shù)量共12件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于該單自由度吸振器的端蓋與外殼的連接用螺釘為M3X5，數(shù)量共48件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度主被動動力吸振裝置，其特征在于該M4螺母的數(shù)量共12件。
全文摘要
一種六自由度主被動動力吸振裝置，包括支架和六個單自由度動力吸振器。其中，六個單自由度動力吸振器以兩兩對稱的布局與支架的三個垂直方向分別用螺釘固連，它與被控結(jié)構(gòu)的連接方式有兩種即內(nèi)接被控結(jié)構(gòu)方式和外接被控結(jié)構(gòu)方式。所述的支架是一個中空的6個十字連結(jié)成正方體的金屬框架結(jié)構(gòu)；所述單自由度動力吸振器，包括端蓋、外殼、線圈套筒、電機動子、膜片彈簧、M4螺母和M3螺釘。本發(fā)明安裝于被控結(jié)構(gòu)表面，有6自由度振動抑制能力，有主、被動控制模式，控制靈活、簡單、響應(yīng)速度快、可靠性好，能適應(yīng)多自由度復雜振動抑制工況。它在航空航天技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號F16F15/03GK102168738SQ201110121370
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者崔龍, 楊愷, 梁鵬, 黃海 申請人:北京航空航天大學