專利名稱：電磁式彈簧剛度連續(xù)可調(diào)消振方法和消振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬振動(dòng)控制及消振器領(lǐng)域。
眾所周知，在振動(dòng)物體上加裝一個(gè)無(wú)阻尼的、僅由彈簧和質(zhì)量組成的附加振動(dòng)系統(tǒng)，只要該系統(tǒng)的固有頻率與振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率相等，即可有效地消除振動(dòng)體的振動(dòng)(理論上可使其完全不振)。該附加系統(tǒng)就是人們所熟悉的動(dòng)力消振器(見圖1)。但傳統(tǒng)的動(dòng)力消振器，由于其固有頻率固定不變，不可調(diào)節(jié)，更不能進(jìn)行頻率跟蹤控制，它只能用于振動(dòng)頻率固定不變的特殊場(chǎng)合。對(duì)于那些更為常見的，振動(dòng)頻率經(jīng)常改變的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的動(dòng)力消振器不僅起不到良好的消振作用，往往反而會(huì)使振動(dòng)變得更復(fù)雜。這就大大限制了傳統(tǒng)動(dòng)力消振器的使用范圍。
本發(fā)明的目的是用一種其剛度連續(xù)可調(diào)的電磁彈簧來(lái)部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)動(dòng)力消振器中的機(jī)械彈簧，調(diào)節(jié)電磁彈簧中勵(lì)磁線圈的電流，即可改變電磁彈簧的剛度，從而得到所需的與振動(dòng)物體的頻率相同的固有頻率，達(dá)到消振的目的。
本發(fā)明的具體內(nèi)容是，改變傳統(tǒng)的消振方法，在消振物體上附加一個(gè)機(jī)械彈簧和一個(gè)電磁彈簧，電磁彈簧由勵(lì)磁線圈、定子、動(dòng)子組成，勵(lì)磁線圈通電后，定子與動(dòng)子之間產(chǎn)生磁拉力，磁拉力的大小、方向與定子、動(dòng)子之間的偏離方向、偏離距離有關(guān)，磁拉力的作用是消除偏離量，使定子、動(dòng)子恢復(fù)到平衡位置，根據(jù)振動(dòng)物體的頻率，調(diào)節(jié)電磁彈簧中的勵(lì)磁電流，即可改變電磁彈簧的剛度，達(dá)到消振的目的。
利用新的消振方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的消振器，它由機(jī)械彈簧、含定子與動(dòng)子的電磁彈簧與軸承組成。這種消振器(2)與測(cè)振傳感器(3)、信號(hào)放大器(4)、監(jiān)頻器(5)、頻率電壓轉(zhuǎn)換控制器(7)及功率放大器(6)共同組成頻率跟蹤消振系統(tǒng)(圖2)。


圖1傳統(tǒng)消振器圖2頻率跟蹤消振系統(tǒng)圖3電磁式固有頻率連續(xù)可調(diào)消振器圖4消振器的另一種方案圖5消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的消振器圖6消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的消振器的另一種方案圖7消振器的彈簧支承片圖8消振器的安裝方式下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹發(fā)明內(nèi)容。
本發(fā)明由定子、動(dòng)子、勵(lì)磁線圈、彈簧和軸承組成(見圖3)。定子11與動(dòng)子12借助于兩個(gè)軸承8和兩組彈簧9構(gòu)成可動(dòng)聯(lián)接。定子與動(dòng)子的磁路部分均用良導(dǎo)磁材料制成。由勵(lì)磁線圈13進(jìn)行勵(lì)磁。定子與動(dòng)子的工作表面之間留有一微小的氣隙。當(dāng)線圈通電后，磁力線通過(guò)兩個(gè)氣隙在定、動(dòng)子之間形成一個(gè)封閉回路。由于在定子與動(dòng)子工作表面上沿軸線方向均分布有齒寬、齒距和齒數(shù)相同的矩形齒圈，定子和動(dòng)子的齒面之間會(huì)產(chǎn)生磁拉力。該磁拉力的大小和方向與定、動(dòng)子的齒偏離距離和偏離方向有關(guān)。當(dāng)定子和動(dòng)子的齒完全對(duì)準(zhǔn)時(shí)，磁拉力為零，這個(gè)位置稱為穩(wěn)定平衡位置。在定子和動(dòng)子齒的偏離量△S小于±1/4齒距T的范圍內(nèi)，磁拉力隨偏離量△S的增大而增大，而磁拉力的方向則與定、動(dòng)子齒的偏離方向相反，其作用是力圖消除定、動(dòng)子的偏離量，使其回復(fù)到穩(wěn)定平衡位置。這正與機(jī)械彈簧的特性相仿，故稱電磁彈簧。通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可很方便地改變電磁彈簧的彈簧剛度。勵(lì)磁線圈13可固定在動(dòng)子上，也可固定在定子上。兩個(gè)滾動(dòng)軸承8的作用是允許動(dòng)子和定子之間沿軸向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而又保持其隙大小不變，并且可減小定子與動(dòng)子之間的摩擦阻力。機(jī)械彈簧9的作用有兩個(gè)1.在消振器不工作時(shí)，使定子與動(dòng)子相互處于穩(wěn)定平衡位置;2.它與電磁彈簧并聯(lián)，構(gòu)成消振器總的彈簧剛度。機(jī)械彈簧的彈簧剛度應(yīng)這樣來(lái)選取，當(dāng)電磁彈簧剛度為零(勵(lì)磁電流為零)時(shí)，機(jī)械彈簧與動(dòng)子質(zhì)量所構(gòu)成的固有頻率應(yīng)等于或略小于被控對(duì)象的最低振動(dòng)頻率。這樣可減小電磁彈簧剛度的調(diào)整范圍，簡(jiǎn)化消振器的設(shè)計(jì)，縮小消振器的體積。防轉(zhuǎn)銷10的作用是防止定子與動(dòng)子之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。亦可以用如圖7的彈簧支承片代替消振器中的軸承、機(jī)械彈簧和防轉(zhuǎn)銷，它集三者功能于一身，使動(dòng)子通過(guò)彈簧支承片與定子構(gòu)成可動(dòng)聯(lián)接，如圖4。消振器的定子和動(dòng)子的位置可以互相調(diào)換，即將圖3中的件11作為動(dòng)子，而將件12作為定子。
本發(fā)明使用時(shí)，應(yīng)將定子與被消振對(duì)象1固聯(lián)接在一起，根據(jù)使用場(chǎng)合和使用條件的不同，消振器的安裝方式可采用懸掛式(圖8a)，座落式(圖8b)或雙向消振，即用兩個(gè)消振器(圖8c)。
本發(fā)明包括圖3、圖4所示的直線振動(dòng)消振器和圖5、圖6所示的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)消振器。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)消振器的工作原理與直線振動(dòng)消振器相同，唯其定子和動(dòng)子上的齒是沿圓周分布的，彈簧改用扭簧15并且取消防轉(zhuǎn)銷。
消振器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)(如動(dòng)子的質(zhì)量、彈簧的大小和數(shù)量及其分布方式、勵(lì)磁安匝數(shù)等等)均需根據(jù)使用條件來(lái)確定，通常通過(guò)專門計(jì)算來(lái)決定。
本發(fā)明已由發(fā)明者實(shí)施過(guò)，實(shí)驗(yàn)證明在變頻條件下的消振效果令人十分滿意。
電磁式扭轉(zhuǎn)消振器實(shí)施實(shí)例1.利用一個(gè)三相步進(jìn)電機(jī)的一相作為可變頻消振器進(jìn)行變頻率消振實(shí)驗(yàn)。
2.消振器定子直徑(氣隙處工作表面直徑)Φ20mm定子齒數(shù)40個(gè)齒距角9°定子齒長(zhǎng)度20mm氣隙0.1mm最大勵(lì)磁安匝數(shù)350安匝最大磁力矩1200克厘米不加機(jī)械彈簧消振器固有頻率調(diào)整范圍0～27HZ
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果不加消振器(即不對(duì)消振器進(jìn)行勵(lì)磁)時(shí)的原始振動(dòng)在激振頻率由0～27HZ的范圍內(nèi)最大振幅72μ(測(cè)量點(diǎn)的弧長(zhǎng))。
加消振器后，在同一頻率范圍內(nèi)最大振幅為6.5μ。
有效消振率為72-6.5/72×%＝91%
權(quán)利要求
1.一種在消振物體上附加一個(gè)彈簧和質(zhì)量塊的消振方法，其特征在于附加的彈簧是由勵(lì)磁線圈、動(dòng)子、定子組成的電磁彈簧。勵(lì)磁線圈通電后，定子與動(dòng)子之間產(chǎn)生磁拉力，磁拉力的大小、方向與定子動(dòng)子之間的偏離方向、偏離距離有關(guān)，磁拉力的作用是消除偏離量，使定子、動(dòng)子恢復(fù)到平衡位置，根據(jù)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)電磁彈簧中的勵(lì)磁電流，即可改變電磁彈簧的彈簧剛度，達(dá)到消振目的。
2.一種動(dòng)力消振器，它包括機(jī)械彈簧，其特征在于還包括電磁彈簧，所述的電磁彈簧由定子、動(dòng)子和勵(lì)磁線圈組成，勵(lì)磁線圈固定在定子上，亦可固定在動(dòng)子上，定子動(dòng)子的工作表面上分布有齒寬、齒距和齒數(shù)相同的矩形齒圈，工作表面之間留一氣隙，定子與被消振對(duì)象固定聯(lián)接，并通過(guò)軸承和機(jī)械彈簧與動(dòng)子構(gòu)成可動(dòng)聯(lián)接。
3.如權(quán)利要求2所述的消振器，其特征在于所述的消振器與測(cè)振傳感器，信號(hào)放大器，監(jiān)頻器，頻率-電壓轉(zhuǎn)換控制器及功率放大器組成一個(gè)頻率跟蹤消振系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求2所述的消振器，其特征在于其中所述的電磁彈簧中定子通過(guò)彈性承片與動(dòng)子構(gòu)成可動(dòng)聯(lián)接。
5.如權(quán)利要求2所述的消振器，其特征在于其中所述的電磁彈簧中，定子與動(dòng)子工作表面上的齒圈沿軸向分布，用于消除直線振動(dòng)。
6.如權(quán)利要求2所述的消振器，其特征在于其中所述的電磁彈簧中，定子與動(dòng)子工作表面上的齒圈沿軸向分布，所述的機(jī)械彈簧為扭簧，用于消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁式彈簧剛度連續(xù)可調(diào)的消振器方法和消振器，它利用電磁彈簧代替?zhèn)鹘y(tǒng)動(dòng)力消振器中的機(jī)械彈簧，根據(jù)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)電磁彈簧中的勵(lì)磁電流，即可改變電磁彈簧的彈簧剛度，達(dá)到消振目的，本發(fā)明經(jīng)實(shí)施，在變頻條件下的消振效果令人十分滿意。
文檔編號(hào)F16F6/00GK1042974SQ8810792
公開日1990年6月13日 申請(qǐng)日期1988年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月24日
發(fā)明者項(xiàng)?；I, 王玉英, 唐錫寬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)