一種變阻尼式混合型動力吸振器的制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種變阻尼式混合型動力吸振器，基座上開有凹槽，兩個平移板設(shè)置在凹槽中，通過底板兩側(cè)的滾珠與凹槽兩側(cè)接觸，位于兩個平移板中間的安裝板固定在凹槽中，安裝板和平移板上部分別安裝有永久磁石，且安裝板的兩側(cè)各有一個磁石，與平移板上的磁石構(gòu)成兩個磁場，此外基座上焊接有兩個立柱，其上分別安裝有一個平行板簧，兩個平行板簧之間固定有一個質(zhì)量塊，質(zhì)量塊兩側(cè)固定有兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊，分別位于兩個磁場之中，兩個導(dǎo)體上纏繞的電磁線圈構(gòu)成電磁驅(qū)動器。本實用新型根據(jù)外界激振頻率的變化，適時地改變磁場的間隙調(diào)整阻尼系數(shù)，或通過磁場中電磁激勵力的作用主動控制吸振器的振動，實現(xiàn)對主系統(tǒng)的減振作用。
【專利說明】—種變阻尼式混合型動力吸振器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種吸振器。

【背景技術(shù)】
[0002]機械振動不僅會降低機器本身的性能和可靠性，還會引發(fā)噪音和環(huán)境污染，對人體造成損害，因而在設(shè)備工作時有效的減弱和消除振動帶來的危害是十分必要的。為此，人們研究出了各種方法來抑制振動的危害，其中動力吸振器就是一種有效的手段，它由輔助質(zhì)量和彈簧以及阻尼所組成，是利用共振系統(tǒng)吸收物體振動能量以減小物體振動的設(shè)備。
[0003]傳統(tǒng)的動力吸振器屬于被動型吸振器，雖具有結(jié)構(gòu)簡單、減振效果好等優(yōu)點，但其剛度、質(zhì)量等參數(shù)不可變，固有頻率不可調(diào)節(jié)，工作頻帶很窄。后來又出現(xiàn)了半主動型和主動型振動器，但半主動型振動器根本上屬于被動方式，不可避免的具有一些被動型的缺點，而對于主動型振動器，如果控制系統(tǒng)設(shè)計中存在失誤或者控制回路中的一部分有缺陷，則吸振裝置可能變成發(fā)振裝置，成為不穩(wěn)定因素。
[0004]申請?zhí)?01310653051.X的專利中提到了一種被動/半主動可選擇的懸臂梁式動力吸振器，它主要通過步進電機帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪軸旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊在水平方向上移動，從而改變吸振器的剛度，調(diào)節(jié)吸振器的工作頻率。該專利雖然能夠?qū)崿F(xiàn)半主動控制，但由于激振頻率很可能偏離減振對象的固有頻率較遠，因此其吸振效果有限。
[0005]申請?zhí)?00710022495.8的專利中提到了一種變剛度全主動動力吸振器，它利用電磁場產(chǎn)生主動力直接作用于制振對象即主系統(tǒng)的質(zhì)量塊上，該主動力的方向與制振對象的振動方向時刻相反，從而起到抑制振動的效果。但該專利所需材料成本較高，不宜控制，對環(huán)境要求較高，適用性較差，應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄。
[0006]申請?zhí)?01310303892.8的專利中提到了一種變質(zhì)量動力吸振器的控制方法，該方法通過對采集到的信號進行傅里葉變換得到外界激振頻率，利用得到的激振頻率對吸振器進行控制。但該方法得到的結(jié)果不一定是最優(yōu)解，且面對外界隨機干擾激勵時，其抗干擾能力不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于提供被動式、半主動式和主動式三種工作形式相結(jié)合的一種變阻尼式混合型動力吸振器。
[0008]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0009]本實用新型一種變阻尼式混合型動力吸振器，其特征是:包括基座、控制塔基座，基座上開有凹槽，凹槽的一對對向面里設(shè)置盲孔，盲孔里安裝滾珠，凹槽里依次設(shè)置第一平移板、安裝板、第二平移板，第一平移板和第二平移板的兩個側(cè)面均與滾珠相接觸，安裝板固定在凹槽里，第一平移板和第二平移板的內(nèi)側(cè)以及安裝板的兩側(cè)均安裝磁石架，磁石架里均安裝磁石，安裝板側(cè)面通過第一轉(zhuǎn)軸安裝曲柄連桿，第一平移板和第二平移板側(cè)面分別通過第二轉(zhuǎn)軸和第三轉(zhuǎn)軸安裝第一連桿和第二連桿，第一連桿與曲柄連桿底部相連，第二連桿與曲柄連桿頂部相連，第一連桿和第二連桿與曲柄連桿的連接處分別安裝第一小滑輪和第二小滑輪，控制塔基座上固定有固定柱和電機座，電機座上安裝電機，電機的輸出端安裝大滑輪，繩索依次纏繞第一小滑輪、大滑輪和第二小滑輪，繩索的一端直接連接固定柱，繩索的另一端通過放松彈簧連接固定柱，基座的凹槽里固定有第一軸承座和第二軸承座，第一軸承座和第二軸承座分別位于第一平移板和第二平移板的外側(cè)，第一平移板、第二平移板、安裝板上均設(shè)置通孔，主軸的兩端分別固定在第一軸承座和第二軸承座上，主軸的中部依次穿過第一平移板、安裝板和第二平移板的通孔，基座上固定有第一立柱和第二立柱，第一立柱和第二立柱分別位于安裝板的兩個側(cè)面，第一立柱和第二立柱上均安裝平行板簧，兩個平行板簧之間安裝質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的兩側(cè)分別固定一個導(dǎo)體質(zhì)量塊，兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊上纏繞電磁線圈。
[0010]本實用新型還可以包括:
[0011]1、滾珠與盲孔之間安裝有彈簧。
[0012]2、第一軸承座與第一平移板之間的主軸上安裝第一定位彈簧，第二軸承座和第二平移板之間的主軸上安裝第二定位彈簧。
[0013]本實用新型的優(yōu)勢在于:本實用新型提出一種基于變阻尼調(diào)諧的被動式、半主動式和主動式三種工作形式相結(jié)合的混合型動力吸振器。在傳統(tǒng)吸振器中引入磁性阻尼器，根據(jù)外界激振頻率的變化，適時地改變磁場的間隙調(diào)整阻尼系數(shù)，或通過磁場中電磁激勵力的作用主動控制吸振器的振動，以實現(xiàn)對主系統(tǒng)的減振作用。
[0014]與傳統(tǒng)吸振器相比，本實用新型有以下優(yōu)點:
[0015]1、減振頻率帶寬，通過調(diào)節(jié)吸振器的磁阻尼系數(shù)和提供電磁激勵力，在較寬的范圍內(nèi)跟蹤減振對象的振動頻率，始終達到顯著的減振效果；
[0016]2、由于吸振器能夠提供了主動力，使得作用在減振對象上的激勵頻率即使偏離了減振對象的固有頻率，吸振器也能在提供較小的主動力的情況下，達到較好的吸振效果，保證了在較寬的頻率范圍內(nèi)有較好的減振效果；
[0017]3、三種工作方式在不同的工作環(huán)境下互換，消耗的能量小；
[0018]4、能夠多級并聯(lián)，實現(xiàn)模塊化設(shè)計，形成魯棒性較好的多重動力吸振器；
[0019]5、利用最優(yōu)調(diào)整理論進行控制系統(tǒng)設(shè)計，引入狀態(tài)控制的控制策略，能夠有效地抑制隨機干擾激勵下的響應(yīng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；
[0020]6、結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，吸振效率高，系統(tǒng)可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的主視圖；
[0022]圖2是本實用新型去掉防護罩殼和其上的螺釘連接后的俯視圖；
[0023]圖3是本實用新型的左視圖；
[0024]圖4是本實用新型的控制流程圖；
[0025]圖5是本實用新型的控制系統(tǒng)總體框圖；
[0026]圖6是本實用新型的半主動控制框圖；
[0027]圖7是本實用新型的主動控制框圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0029]結(jié)合圖1?7，利用基座17上的沉孔25將吸振器與制振對象固定，并利用基座17上的定位銷孔28實現(xiàn)定位，防護罩殼4通過螺釘連接33固定在基座17上，且兩者之間設(shè)有墊圈19，基座17上開有凹槽，雙向曲柄滑塊機構(gòu)中的兩個平移板23(相當于滑塊)設(shè)置在凹槽中，通過底板兩側(cè)的滾珠26與凹槽兩側(cè)接觸，滾珠26裝在底板兩側(cè)的盲孔中，滾珠26與盲孔底部之間裝有彈簧，以利于平移板23在凹槽中的安裝和定位。位于兩個平移板23中間位置的安裝板5通過螺釘連接15固定在凹槽中，安裝板5上安裝有一個傳感器12，且安裝板5上部的兩側(cè)和平移板23上部的一側(cè)通過螺釘連接分別安裝有磁石架24，磁石架24中嵌有永久磁石1，這樣安裝板5兩側(cè)的永久磁石1，與平移板23上的永久磁石I就構(gòu)成了兩個磁場。此外，兩個平移板23上分別通過轉(zhuǎn)軸32固定有兩個連桿16，兩個連桿16的另一端分別與曲柄連桿13相連，同時曲柄連桿13通過轉(zhuǎn)軸31安裝在安裝板5上，轉(zhuǎn)軸31的安裝位置在曲柄連桿13的中間部位，這樣就將曲柄連桿13分成了兩部分，每一部分可以看做一個曲柄，這樣就與兩個連桿16、兩個平移板23組成了雙向曲柄滑塊機構(gòu)，轉(zhuǎn)動曲柄，也就是轉(zhuǎn)動曲柄連桿13便可以實現(xiàn)兩個平移板23向相反方向移動。兩個連桿16與曲柄連桿13連接處各安裝有一個小滑輪14，其上繞有繩索7，繩索7分別纏繞在大滑輪8和兩個小滑輪14上，其末端一端固定在控制塔基座10的立柱上，另一端與防松彈簧9相連，防松彈簧9固定在控制塔基座10的立柱上，大滑輪安裝在電機27末端，電機27通過螺釘連接固定在電機座11上，電機座11通過螺釘連接固定在控制塔基座10上，以上就構(gòu)成了繩索牽引，用于驅(qū)動雙向曲柄滑塊機構(gòu)運動。主軸22通過兩個平移板23和安裝板5上的通孔，兩端固定在軸承座20上，這樣可以保證兩個平移板23在移動過程中沿軸線移動，平移板23與軸承座20之間的主軸部分裝有處于壓縮狀態(tài)的定位彈簧21，對平移板23其預(yù)緊定位作用?；?7上焊接有兩個立柱，其上通過螺釘連接分別安裝有一個平行板簧29，兩個平行板簧29之間通過螺釘連接固定有一個質(zhì)量塊3，質(zhì)量塊3上安裝有一個傳感器30，且質(zhì)量塊3兩側(cè)通過螺釘連接固定有兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊2，分別位于兩個磁場之中，兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊2上纏繞的電磁線圈6構(gòu)成了電磁驅(qū)動器。
[0030]結(jié)合圖4可知控制系統(tǒng)的流程如下所述:當確定控制系統(tǒng)初始化正常之后，對被控對象(動力吸振器)進行數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析，判定被控對象的工作方式，即被動、半主動、主動三則選其一，若工作方式為半主動或主動方式，則由控制器結(jié)合米集到的數(shù)據(jù)，計算出最優(yōu)解，發(fā)送給被控對象的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。
[0031]結(jié)合圖5，圖6，圖7可知控制系統(tǒng)功能如下所述:安裝在質(zhì)量塊和安裝板上的傳感器分別對吸振器和制振對象的振動情況進行信號采集，此外，數(shù)據(jù)采集模塊還需要對線圈中的電流進行信號采集，采樣得到的信號經(jīng)過放大濾波等處理后進行AD轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號被送入控制模塊進行分析計算，向驅(qū)動模塊發(fā)出控制命令信號，控制模塊分為兩路，一路是光耦隔離電路加功放驅(qū)動電路，用于控制線圈中電流，一路是電機驅(qū)動電路，用于控制電機的轉(zhuǎn)動。控制模塊中采用狀態(tài)反饋控制，更好的改善了系統(tǒng)的性能，在進行主動控制時，由狀態(tài)反饋控制器計算得到系統(tǒng)合適的電流值，轉(zhuǎn)化成控制信號發(fā)送給控制線圈中電流的驅(qū)動模塊，在進行半主動控制時，電機的控制采用狀態(tài)反饋控制和PID控制相結(jié)合，先由狀態(tài)反饋控制器計算得到系統(tǒng)合適的磁場間隙值，然后將此值作為期望的位置量傳遞到PID控制中，在PID控制中得到合適的電機轉(zhuǎn)動量，轉(zhuǎn)化成控制信號發(fā)送給控制電機轉(zhuǎn)動的驅(qū)動模塊。
[0032]結(jié)合圖1-7可知變阻尼式混合型動力吸振器的功能實現(xiàn)如下所述:當電磁線圈6中不通電流時，導(dǎo)體質(zhì)量塊2上下運動，永久磁石I與電磁線圈6之間會產(chǎn)生磁性阻尼從而發(fā)揮被動型動力吸振器的機能，當電磁線圈6中通入適當?shù)碾娏骱?，上下方向會產(chǎn)生阻礙導(dǎo)體質(zhì)量塊2運動的電磁激勵力，從而發(fā)揮了主動型動力吸振器的機能,此外，電機27通過繩索7驅(qū)動雙向曲柄滑塊機構(gòu)，從而帶動兩個平移板23移動，改變磁場的間隙，調(diào)節(jié)磁性阻尼系數(shù)，從而發(fā)揮了半主動型動力吸振器的機能；
[0033]動力吸振器由主體部分和控制塔部分組成，主體部分包括基座、防護罩殼、主軸、軸承座、支撐座、安裝板、雙向曲柄滑塊機構(gòu)、平行板簧、質(zhì)量塊、永久磁石、電磁線圈，控制塔部分包括基座、電機座、電機、滑輪，防護罩殼通過螺釘連接固定在基座上，基座上開有凹槽，雙向曲柄滑塊機構(gòu)中的兩個平移板(相當于滑塊)設(shè)置在凹槽中，通過底板兩側(cè)的滾珠與凹槽兩側(cè)接觸，位于兩個平移板中間的安裝板通過螺釘連接固定在凹槽中，安裝板和平移板上部分別安裝有永久磁石，且安裝板的兩側(cè)各有一個磁石，與平移板上的磁石構(gòu)成兩個磁場，此外基座上焊接有兩個立柱，其上通過螺釘連接分別安裝有一個平行板簧，兩個平行板簧之間通過螺釘連接固定有一個質(zhì)量塊，質(zhì)量塊兩側(cè)通過螺釘連接固定有兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊，分別位于兩個磁場之中，兩個導(dǎo)體上纏繞的電磁線圈構(gòu)成了電磁驅(qū)動器，當線圈中不通電流時，導(dǎo)體上下運動，磁石與線圈之間會產(chǎn)生磁性阻尼從而發(fā)揮被動型動力吸振器的機能，當線圈中通入適當?shù)碾娏骱螅舷路较驎a(chǎn)生阻礙導(dǎo)體運動的電磁激勵力，從而發(fā)揮了主動型動力吸振器的機能，此外，安裝在雙向曲柄滑塊機構(gòu)曲柄和連桿連接處的滑輪通過繩索與安裝在電機末端上的滑輪相連接，通過電機便可以帶動兩個平移板移動，改變磁場的間隙，調(diào)節(jié)磁性阻尼系數(shù)，從而發(fā)揮了半主動型動力吸振器的機能；
[0034]控制系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊組成，安裝在質(zhì)量塊和安裝板上的傳感器分別對吸振器和制振對象的振動情況進行數(shù)據(jù)采集，此外，數(shù)據(jù)采集模塊還需要對線圈中的電流進行信號采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制模塊的分析計算，向驅(qū)動模塊發(fā)出控制命令信號，控制模塊分為兩部分，一部分用于控制線圈中電流，一部分用于控制電機的轉(zhuǎn)動。
[0035]雙向曲柄滑塊機構(gòu)包括兩個平移板和三個連桿，其中的兩個連桿各有一端通過轉(zhuǎn)軸安裝在平移板上，另一端分別安裝在第三個連桿的兩端，同時通過轉(zhuǎn)軸將第三個連桿安裝在兩個平移板之間的安裝板上，轉(zhuǎn)軸安裝位置在第三個連桿的中間部位，這樣就將這個連桿分成了兩部分，每一部分可以看做一個曲柄，與另外兩個連桿、兩個平移板組成了兩個曲柄滑塊機構(gòu)，轉(zhuǎn)動曲柄，也就是轉(zhuǎn)動第三個連桿便可以實現(xiàn)兩個平移板向相反方向移動。
[0036]主軸分別通過兩個平移板和安裝板上的通孔，兩端固定在軸承座上，這樣可以保證兩個平移板在移動過程中沿軸線移動，平移板與軸承座之間的主軸部分裝有處于壓縮狀態(tài)的定位彈簧，對平移板其預(yù)緊定位作用，平移板的底板兩側(cè)通過滾珠與基座凹槽接觸，滾珠裝在底板兩側(cè)的盲孔中，滾珠與盲孔底部之間裝有彈簧，這樣有利于平移板的安裝和定位。
[0037]繩索牽引繞過三個滑輪后，繩索一端固定在控制塔基座的立柱上，另一端與防松彈簧相連，彈簧固定在控制塔基座的立柱上。
[0038]控制模塊中采用狀態(tài)反饋控制，更好的改善了系統(tǒng)的性能，在進行主動控制時，由狀態(tài)反饋控制器計算得到系統(tǒng)合適的電流值，轉(zhuǎn)化成控制信號發(fā)送給控制線圈中電流的驅(qū)動模塊，在進行半主動控制時，電機的控制采用狀態(tài)反饋控制和PID控制相結(jié)合，先由狀態(tài)反饋控制器計算得到系統(tǒng)合適的磁場間隙值，然后將此值作為期望的位置量傳遞到PID控制中，由PID控制得到合適的電機轉(zhuǎn)動量，轉(zhuǎn)化成控制信號發(fā)送給控制電機轉(zhuǎn)動的驅(qū)動模塊。
[0039]動力吸振器具有被動、半主動和主動三種工作方式，這就形成了不同工作方式之間的互補，提高吸振器的工作能力和適用范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種變阻尼式混合型動力吸振器，其特征是:包括基座、控制塔基座，基座上開有凹槽，凹槽的一對對向面里設(shè)置盲孔，盲孔里安裝滾珠，凹槽里依次設(shè)置第一平移板、安裝板、第二平移板，第一平移板和第二平移板的兩個側(cè)面均與滾珠相接觸，安裝板固定在凹槽里，第一平移板和第二平移板的內(nèi)側(cè)以及安裝板的兩側(cè)均安裝磁石架，磁石架里均安裝磁石，安裝板側(cè)面通過第一轉(zhuǎn)軸安裝曲柄連桿，第一平移板和第二平移板側(cè)面分別通過第二轉(zhuǎn)軸和第三轉(zhuǎn)軸安裝第一連桿和第二連桿，第一連桿與曲柄連桿底部相連，第二連桿與曲柄連桿頂部相連，第一連桿和第二連桿與曲柄連桿的連接處分別安裝第一小滑輪和第二小滑輪，控制塔基座上固定有固定柱和電機座，電機座上安裝電機，電機的輸出端安裝大滑輪，繩索依次纏繞第一小滑輪、大滑輪和第二小滑輪，繩索的一端直接連接固定柱，繩索的另一端通過放松彈簧連接固定柱，基座的凹槽里固定有第一軸承座和第二軸承座，第一軸承座和第二軸承座分別位于第一平移板和第二平移板的外側(cè)，第一平移板、第二平移板、安裝板上均設(shè)置通孔，主軸的兩端分別固定在第一軸承座和第二軸承座上，主軸的中部依次穿過第一平移板、安裝板和第二平移板的通孔，基座上固定有第一立柱和第二立柱，第一立柱和第二立柱分別位于安裝板的兩個側(cè)面，第一立柱和第二立柱上均安裝平行板簧，兩個平行板簧之間安裝質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的兩側(cè)分別固定一個導(dǎo)體質(zhì)量塊，兩個導(dǎo)體質(zhì)量塊上纏繞電磁線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變阻尼式混合型動力吸振器，其特征是:滾珠與盲孔之間安裝有彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變阻尼式混合型動力吸振器，其特征是:第一軸承座與第一平移板之間的主軸上安裝第一定位彈簧，第二軸承座和第二平移板之間的主軸上安裝第二定位彈簧。
【文檔編號】F16F6/00GK204175848SQ201420606100
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】胡勝海, 張滿慧, 孫軍超, 蘆晨軍, 趙勇, 郭春陽, 祁松, 邵東, 謝婷婷, 李淵明 申請人:哈爾濱工程大學(xué)