專利名稱：電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種吸振器，特別是涉及滿足降低柴油機(jī)等動(dòng)力機(jī)械基頻和倍頻 兩個(gè)頻率機(jī)械振動(dòng)的吸振器。
背景技術(shù)：
振動(dòng)是生產(chǎn)生活中的一種常見(jiàn)現(xiàn)象。艦船動(dòng)力裝置等機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越 受到人們的關(guān)注。振動(dòng)不僅容易引起結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，影響設(shè)備壽命，還會(huì)降低儀器儀表的 測(cè)量精度，同時(shí)振動(dòng)還不可避免地產(chǎn)生噪聲，影響操作人員的正常工作甚至危害健康。為了 抑制有害的振動(dòng)，長(zhǎng)期以來(lái)人們展開(kāi)了大量的研究。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN201078433Y的專利 文件中公開(kāi)的電磁動(dòng)力吸振器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理就是通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵線圈電流可以改變電 磁剛度，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)吸振器固有頻率的目的。但該研究和大多數(shù)其它相關(guān)研究一樣只能 跟蹤單一頻率，而多數(shù)動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)通常呈倍頻關(guān)系，第二階固有頻率的振動(dòng)也較大，需 要與第一階固有頻率同時(shí)控制，這種情況下以往的電磁式執(zhí)行器便不能滿足工程實(shí)際的應(yīng) 用。本發(fā)明正是針對(duì)于以往的不足，研制出一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基頻和倍頻兩個(gè)頻率同時(shí)控制 的電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種固有頻率可隨勵(lì)磁電流連續(xù)變化、能夠同時(shí)對(duì)基頻和 倍頻兩個(gè)頻率進(jìn)行控制的電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器，其特征是包括定子、動(dòng)子和勵(lì)磁線圈，動(dòng) 子包括第一動(dòng)子和第二動(dòng)子，定子安裝在第一動(dòng)子外側(cè)，定子的內(nèi)外兩側(cè)分別安裝勵(lì)磁線 圈，第二動(dòng)子安裝在定子的外側(cè)，端蓋安裝在第一動(dòng)子、定子和第二動(dòng)子的上下兩端，第一 動(dòng)子和第二動(dòng)子相對(duì)端蓋沿軸向移動(dòng)。本發(fā)明電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器還可以包括1、所述的第一動(dòng)子的外表面、定子的內(nèi)外表面和第二動(dòng)子的內(nèi)表面均為沿軸線方 向的齒圈，齒圈的齒寬、齒距和齒數(shù)相等。2、所述的第一動(dòng)子和定子之間存在縫隙，定子和第二動(dòng)子之間存在縫隙。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明在控制多個(gè)激振力頻率時(shí)所用的吸振器個(gè)數(shù)大為減 少，節(jié)省了安裝空間和成本，并且簡(jiǎn)化了控制環(huán)節(jié)，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)三維圖；圖3是本發(fā)明的定子下半部分剖面圖；圖4是本發(fā)明的定子下半部分三維3
圖5是本發(fā)明的定子上半部分剖面圖；圖6是本發(fā)明的定子上半部分三維圖；圖7是本發(fā)明的第一動(dòng)子剖面圖；圖8是本發(fā)明的第一動(dòng)子三維圖；圖9是本發(fā)明的第二動(dòng)子剖面圖；圖10是本發(fā)明的第二動(dòng)子三維圖；圖11是本發(fā)明的端蓋剖面圖；圖12是本發(fā)明的端蓋三維圖；圖13是本發(fā)明的第一動(dòng)子的軸剖面圖；圖14是本發(fā)明的第一動(dòng)子的軸三維圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 14，本發(fā)明包括定子3、第一動(dòng)子5、第二動(dòng)子2和勵(lì)磁線圈9，第一動(dòng) 子5通過(guò)線性軸承11與機(jī)械彈簧10與下端蓋1連接；第一動(dòng)子5上穿四根軸，兩端均有彈 簧連接；第一動(dòng)子5和第二動(dòng)子2可以相對(duì)端蓋1及定子3沿軸向自由移動(dòng)。定子3與動(dòng) 子間要有適合的微小間隙，定子3上安裝內(nèi)外兩個(gè)勵(lì)磁線圈9，定子3與第一動(dòng)子5和第二 動(dòng)子2工作表面上沿軸線方向均布有齒寬、齒距和齒數(shù)相等的齒圈，定子3為內(nèi)、外雙齒圈， 第一動(dòng)子5為外齒圈，第二動(dòng)子2為內(nèi)齒圈。為了便于裝配，定子3分為上下兩部分。針對(duì)于第一階固有頻率&、第二階& (即= 2f2)，由固有頻率的公式得到第一動(dòng) 子5、第二動(dòng)子2的質(zhì)量比與電磁剛度之間的關(guān)系。±(O 2π ]j TYix 2π ]j m2
W1 4t, 0、M = -l^-1-(2)
k2其中Ic1為第一動(dòng)子與定子間的電磁彈簧剛度，k2為第二動(dòng)子與定子間的電磁彈簧 剛度，Hi1為第一動(dòng)子的質(zhì)量，Hi2為第二動(dòng)子的質(zhì)量，μ為第一動(dòng)子與第二動(dòng)子的質(zhì)量比。利用ANSOFT電磁學(xué)仿真軟件建立電磁式動(dòng)力吸振器的計(jì)算模型，并計(jì)算出通入 不同電流、錯(cuò)開(kāi)不同齒距的情況下第一動(dòng)子5與定子3間的電磁力和第二動(dòng)子2與定子3 間的電磁力，繪制力與位移的曲線，進(jìn)而確定電磁剛度。根據(jù)式(1)固有頻率與剛度、質(zhì)量 間的關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)倍頻，得到式(2)中質(zhì)量與頻率間的關(guān)系。即可合理選配第一動(dòng)子5和第 二動(dòng)子2的質(zhì)量比，最終實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)基頻和倍頻兩個(gè)頻率振動(dòng)的控制。圖1和圖2是電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器的結(jié)構(gòu)示意圖和三維圖。其中端蓋 1、第二動(dòng)子2、定子3、第一動(dòng)子的軸4、第一動(dòng)子5、螺柱6、導(dǎo)柱7、彈簧8、勵(lì)磁線圈9、彈簧 10 (上述機(jī)械彈簧只是起到支撐作用，其剛度較電磁彈簧剛度小一個(gè)數(shù)量級(jí)，故可忽略)、 軸承11、螺釘12。當(dāng)勵(lì)磁線圈9通電后，在定子3和動(dòng)子之間產(chǎn)生磁拉力。磁拉力隨偏離 量的增大而增大，力的方向與偏離方向相反，即形成電磁彈簧，該彈簧剛度可通過(guò)改變勵(lì)磁 電流加以調(diào)整，從而改變吸振器的固有振動(dòng)頻率。本發(fā)明在工作時(shí)應(yīng)有一定的低頻限制，因 為在工作前應(yīng)預(yù)先通小額電流以克服兩個(gè)動(dòng)子的重力，待齒完全對(duì)齊后方可工作，頻率太低(小于IHz)則無(wú)法工作。圖3和圖4是定子3下半部分，圖5和圖6是定子3的上半部分。定子3采用良 好的導(dǎo)磁材料-電工純鐵制成，在加工中為了保證它與動(dòng)子的間隙，定子3應(yīng)在動(dòng)子加工成 型后，按動(dòng)子的實(shí)際尺寸加工定子3，使二者之間的間隙滿足要求。另外保證動(dòng)子齒和定子 齒在平衡位置能準(zhǔn)確對(duì)正。定子3的兩側(cè)要安裝兩個(gè)電磁線圈。圖7和圖8是第一動(dòng)子，圖9和圖10是第二動(dòng)子。動(dòng)子質(zhì)量直接影響到電磁吸振 器的總質(zhì)量，具體設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下兩個(gè)因素一是不加吸振器時(shí)原系統(tǒng)的最大原始振 幅以及需吸振的最高振動(dòng)頻率，二是合理的質(zhì)量比μ，μ應(yīng)結(jié)合電磁剛度一起設(shè)計(jì)，以滿 足f\、f2的倍數(shù)關(guān)系。圖11和圖12是端蓋結(jié)構(gòu)圖和三維圖。圖13和圖14是第一動(dòng)子的軸4。應(yīng)考慮到該材料經(jīng)熱處理后有良好的強(qiáng)度、剛度 與韌性以及良好的表面硬度等因素。本發(fā)明的工作原理當(dāng)勵(lì)磁線圈9通有一定電流后，即相當(dāng)于恒定電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線通過(guò)間隙在 定子3、動(dòng)子之間形成一個(gè)閉合回路。由于定子3與動(dòng)子工作表面上沿軸線方向均布有齒 寬、齒距和齒數(shù)相等的矩形齒圈。當(dāng)定子3、動(dòng)子各齒圈完全對(duì)齊時(shí)，拉力為零。當(dāng)吸振器 發(fā)生振動(dòng)，使定子3、動(dòng)子的小齒發(fā)生相對(duì)位移，小齒間的磁力線扭曲變形，小齒間產(chǎn)生軸向 電磁拉力，拉著動(dòng)子復(fù)位。磁拉力隨偏離量的增大而增大，力的方向與偏離方向相反，即形 成了電磁彈簧。該電磁彈簧剛度可通過(guò)改變勵(lì)磁電流加以調(diào)整，從而改變電磁式吸振器的 固有頻率，即為工作頻率。由于定子3與第一動(dòng)子、第二動(dòng)子在工作區(qū)間的剛度接近線性， 且內(nèi)圈與外圈電磁力在不同電流下比例接近常數(shù)。因此，可通過(guò)合理的選配第一動(dòng)子和第 二動(dòng)子的質(zhì)量比最終實(shí)現(xiàn)兩個(gè)吸振器的頻率比，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制基頻和倍頻兩個(gè)頻率的振 動(dòng)。
權(quán)利要求
電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器，其特征是包括定子、動(dòng)子和勵(lì)磁線圈，動(dòng)子包括第一動(dòng)子和第二動(dòng)子，定子安裝在第一動(dòng)子外側(cè)，定子的內(nèi)外兩側(cè)分別安裝勵(lì)磁線圈，第二動(dòng)子安裝在定子的外側(cè)，端蓋安裝在第一動(dòng)子、定子和第二動(dòng)子的上下兩端，第一動(dòng)子和第二動(dòng)子相對(duì)端蓋沿軸向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器，其特征是所述的第一動(dòng)子 的外表面、定子的內(nèi)外表面和第二動(dòng)子的內(nèi)表面均為沿軸線方向的齒圈，齒圈的齒寬、齒距 和齒數(shù)相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器，其特征是所述的第一 動(dòng)子和定子之間存在縫隙，定子和第二動(dòng)子之間存在縫隙。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供電磁式兩自由度半主動(dòng)吸振器。包括定子、動(dòng)子和勵(lì)磁線圈，動(dòng)子包括第一動(dòng)子和第二動(dòng)子，定子安裝在第一動(dòng)子外側(cè)，定子的內(nèi)外兩側(cè)分別安裝勵(lì)磁線圈，第二動(dòng)子安裝在定子的外側(cè)，端蓋安裝在第一動(dòng)子、定子和第二動(dòng)子的上下兩端，第一動(dòng)子和第二動(dòng)子相對(duì)端蓋沿軸向移動(dòng)。本發(fā)明在控制多個(gè)激振力頻率時(shí)所用的吸振器個(gè)數(shù)大為減少，節(jié)省了安裝空間和成本，并且簡(jiǎn)化了控制環(huán)節(jié)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F16F15/03GK101943243SQ201010209160
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者劉學(xué)廣, 宋雪, 左曉鐳, 張斌, 溫強(qiáng), 肖友洪, 路勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)