本發(fā)明涉及智能材料減振器領(lǐng)域,尤其涉及一種變剛度變阻尼減振器。
背景技術(shù):
機(jī)械振動普遍存在于各動力機(jī)械及機(jī)械產(chǎn)品中,振動會引起機(jī)械零部件損壞,影響精密儀器的工作效果,甚至對人體產(chǎn)生不良影響。在航空、航天、機(jī)械、汽車、建筑、精密儀器等領(lǐng)域中,通過減振器來消除振動的不良影響,目前減振器的類型按控制方式可分為被動控制型、主動控制型和半主動控制型。
被動式減振器由彈簧和阻尼器組成,其性能參數(shù)剛度和阻尼系數(shù)一旦確定無法改變,減振性能在某一承載質(zhì)量與某一激勵(lì)頻率下效果最佳,結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,可靠性高;主動式減振器是在被動式減振器的基礎(chǔ)上附加可控制力發(fā)生器,通過控制力發(fā)生器的作用力大小實(shí)現(xiàn)減振控制,其主動減振效果良好,但需要外界提供控制力的能源裝置,制造成本高,能耗大,可靠性低;半主動控制減振器的特點(diǎn)是,剛度或阻尼系數(shù)可調(diào)節(jié),其減振性能優(yōu)于被動式減振器,耗能量低于主動控制減振器,綜合性能較高。
近年來,磁流變智能材料發(fā)展迅速,目前應(yīng)用較為廣泛的是磁流變液及磁流變彈性體材料。該新型智能材料的剛度及阻尼系數(shù)可在磁場作用下迅速發(fā)生變化,利用磁流變材料的磁流變特性研制出了許多新型可控減振器。中國專利CN104595412B提供一種基于流動模式的雙筒結(jié)構(gòu)磁流變液減振器,減振器外缸筒與內(nèi)缸筒之間留有間隙,活塞在內(nèi)缸筒中運(yùn)動,推動磁流變液在內(nèi)缸筒及內(nèi)、外缸筒的間隙處流動,磁場調(diào)節(jié)裝置固定于減振器底座上,通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度改變磁流變液的粘度,達(dá)到控制減振器阻尼力的目的。中國專利CN105508495B提供一種饋能式磁流變彈性體車輛減振裝置,其減振裝置本體包括缸筒和設(shè)置在缸筒內(nèi)的活塞桿,活塞桿的中部套裝有多個(gè)壓電模塊和多個(gè)磁流變彈性體,壓電模塊中鑲嵌有壓電振子,通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能并給車載蓄電池充電,通過控制磁流變彈性體外側(cè)的勵(lì)磁線圈電路電流大小,改變其所處磁場強(qiáng)度大小來控制磁流變彈性體的擠壓剛度,最終達(dá)到控制減振器剛度的目的。
磁流變液材料雖然有著很好的磁流變效應(yīng),但液體懸浮介質(zhì)中的磁性顆粒易沉降、穩(wěn)定性差、顆粒易磨損,阻礙了其在工程實(shí)際中進(jìn)一步應(yīng)用。磁流變彈性體是在磁流變液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,通過高分子聚合物替代磁流變液母液,克服了磁流變液的缺點(diǎn),但是基于磁流變彈性體材料的減振器只能控制剛度變化,難以調(diào)節(jié)減振器的阻尼參數(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,改進(jìn)減振器結(jié)構(gòu),并針對改進(jìn)后的減振器提供一種剛度及阻尼參數(shù)均可控制的減振器控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種智能材料減振器的變阻尼變剛度控制方法,針對一種智能材料減振器進(jìn)行控制,此種減振器包括缸筒2和置于其內(nèi)的傳力彈簧12,缸筒2內(nèi)放置有變剛度機(jī)構(gòu),拉力彈簧12置于變剛度機(jī)構(gòu)的上方,變剛度機(jī)構(gòu)的主體由硅鋼片14與磁流變彈性體薄片15相互疊加組成,在變剛度機(jī)構(gòu)主體的側(cè)面設(shè)置有下線圈繞組3,缸筒2的底部作為減振器固定端;拉力彈簧12的上端與活塞16相連,活塞16作為減振器活動端,在拉力彈簧12上方設(shè)置有由超磁致伸縮材料7制成的塊體,塊體的外形與活塞16的下部相匹配,在塊體的側(cè)面設(shè)置有上線圈繞組8,上線圈繞組的外周通過摩擦片9與缸筒2相接觸;
根據(jù)加速度傳感器檢測出振動信號大小,通過控制上線圈繞組8以及下線圈繞組3通電電流的大小,分別進(jìn)行減振器阻尼及剛度的控制:控制通過上線圈繞組8的電流大小并產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的磁場,使由超磁致伸縮材料7制成的塊體的伸縮率發(fā)生變化,進(jìn)而擠壓摩擦片9使之與缸筒2的內(nèi)缸壁正壓力改變進(jìn)而改變接觸庫倫阻尼大?。豢刂仆ㄟ^下線圈繞組3的電流大小并產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的磁場,使磁流變彈性體薄片15的擠壓剛度發(fā)生變化,多層磁流變彈性體薄片15與硅鋼片14相互疊加并串聯(lián)傳力彈簧12共同調(diào)節(jié)減振器剛度變化。
其中,變剛度機(jī)構(gòu)與下線圈繞組3之間通過保護(hù)套筒4相隔離,保護(hù)套筒4由導(dǎo)磁性材料制成。由超磁致伸縮材料7制成的塊體為圓環(huán)狀,活塞16上帶有擋體17,塊體為位于拉力彈簧12與擋體17之間并與活塞16下部及擋體17相配合。在缸筒2的上端開口處設(shè)置有滑動軸承6;活塞16通過滑動軸承6與缸筒2相連,活塞16上端固定有上吊環(huán)5。在缸筒2的下部外周開設(shè)有螺紋,缸筒2底部通過螺紋與下吊環(huán)1相連。在傳力彈簧12的上端和下端分別固定有上彈簧卡盤11和下彈簧卡盤13固定,活塞16的底端與上彈簧卡盤11固定連接。
本發(fā)明通過多層磁流變彈性體相互疊加的方法控制剛度變化,同時(shí)采用超磁致伸縮材料,通過磁致伸縮效應(yīng)控制減振器活塞與缸筒內(nèi)壁接觸壓力的大小來改變減振器庫倫阻尼力大小,從而實(shí)現(xiàn)剛度與阻尼參數(shù)的控制。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的控制對象:智能材料減振器的結(jié)構(gòu)示意圖,圖2為A-A向結(jié)構(gòu)剖視圖,圖中:
1—下吊環(huán);2—缸筒;3—下線圈繞組;4—保護(hù)套筒;5—上吊環(huán);6—滑動軸承;7—超磁致伸縮材料;8—上線圈繞組;9—摩擦片;10—緊固螺釘;11—上彈簧卡盤;12—傳力彈簧;13—下彈簧卡盤;14—雙面粘性硅鋼片;15—磁流變彈性體薄片;16—活塞;17—擋體。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述,以下實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明,但不以任何方式限制本發(fā)明。
本發(fā)明通過多層磁流變彈性體相互疊加的方法控制剛度變化,引入新型超磁致伸縮材料,通過磁致伸縮效應(yīng)控制減振器活塞與缸筒內(nèi)壁接觸壓力的大小來改變減振器庫倫阻尼大小,最終實(shí)現(xiàn)剛度與阻尼參數(shù)均可控的目的。
如圖1和圖2所示,本發(fā)明的控制對象:智能材料減振器的結(jié)構(gòu)為:下吊環(huán)1與缸筒2底部通過螺紋連接,缸筒2、下吊環(huán)1及上吊環(huán)5均由高磁阻材料制成,缸筒2底部開有凹槽,用于纏繞下線圈繞組3,變剛度機(jī)構(gòu)由雙面粘性硅鋼片14與磁流變彈性體薄片15相互疊加組成;下線圈繞組3與變剛度機(jī)構(gòu)之間通過保護(hù)套筒4隔離,可保護(hù)下線圈繞組2防止被磁流變彈性體15上下擠壓造成磨損,保護(hù)套筒4由導(dǎo)磁性材料制成,也可作為勵(lì)磁線圈內(nèi)部的鐵芯起到增加磁感應(yīng)強(qiáng)度作用;變阻尼機(jī)構(gòu)由超磁致伸縮材料7、上線圈繞組8及摩擦片9組成,傳力彈簧12通過上、下彈簧卡盤11、13固定,上吊環(huán)5的底端活塞部分與上彈簧卡盤11通過緊固螺釘10連接,超磁致伸縮材料7為圓環(huán)狀并與上吊環(huán)5底端的活塞16相配合。
通過控制上線圈繞組8以及下線圈繞組3通電電流的大小,分別進(jìn)行減振器阻尼及剛度的控制:控制通過上線圈繞組8的電流大小并產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的磁場,使超磁致伸縮材料7的伸縮率發(fā)生變化,進(jìn)而擠壓摩擦片9使之與缸筒2的內(nèi)缸壁正壓力改變進(jìn)而改變接觸庫倫阻尼大?。豢刂仆ㄟ^下線圈繞組3的電流大小并產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的磁場,使磁流變彈性體薄片15的擠壓剛度發(fā)生變化,多層磁流變彈性體15與硅鋼片14相互疊加并串聯(lián)傳力彈簧12共同調(diào)節(jié)減振器剛度變化。
本發(fā)明的控制方法如下:利用加速度傳感器檢測出振動信號大小,經(jīng)過處理器運(yùn)算分析輸出控制電流,分別控制上、下線圈繞組的通電電流大小,上線圈繞組內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)磁場,由于超磁致伸縮材料具有磁致伸縮效應(yīng),其正壓力大小將發(fā)生變化,擠壓摩擦片進(jìn)而改變減振器的庫倫阻尼大?。幌戮€圈繞組產(chǎn)生的感應(yīng)磁場將控制磁流變彈性體薄片剛度變化,多層磁流變彈性體薄片疊加并與串聯(lián)彈簧的共同作用改變減振器剛度大小。
本發(fā)明并不限于上文描述的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案,上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的,并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可作出很多形式的具體變換,這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。