本發(fā)明涉及應(yīng)用于機(jī)械振動(dòng)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)，具體可適用于柔性機(jī)械臂減振、發(fā)動(dòng)機(jī)減振等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著機(jī)械臂技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用輕質(zhì)、快速、高負(fù)載自重比的柔性機(jī)械臂成為工業(yè)制造和航空航天領(lǐng)域的一種趨勢(shì)，但是，柔性機(jī)械臂存在的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)振動(dòng)直接影響了機(jī)械臂的抓取效率、精度和使用壽命等工作性能，其模態(tài)非線性耦合作用下的動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)則可能直接導(dǎo)致柔性機(jī)械臂系統(tǒng)癱瘓；此外，發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛、飛機(jī)和船舶等設(shè)備的主力動(dòng)力機(jī)械，良好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能決定了整個(gè)設(shè)備的機(jī)動(dòng)性、舒適性和穩(wěn)定性，實(shí)際中的發(fā)動(dòng)機(jī)工作于復(fù)雜工況下，燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的離心慣性振動(dòng)等導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了高度非線性耦合、寬頻帶的復(fù)雜振動(dòng)特性。在振動(dòng)理論領(lǐng)域中，目前動(dòng)力減振器的研制大都集中于線性控制領(lǐng)域，基于非線振動(dòng)理論內(nèi)共振有助于加速振動(dòng)衰減這一特性并沒有得到廣泛應(yīng)用，具有寬頻帶和魯棒性的，基于非線性抑振原理的動(dòng)力減振器還有待開發(fā)和研制。

磁流變彈性體(mre)作為磁流變材料的新分支，它兼有磁流變材料和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，又克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，由磁流變彈性體作為減振器的彈性元件，可通過外加磁場(chǎng)控制磁流變彈性體的剪切模量從而改變減振器的固有頻率，實(shí)現(xiàn)減振器的移頻。同時(shí)，現(xiàn)在大部分利用磁流變彈性體的系統(tǒng)存在勵(lì)磁磁場(chǎng)較弱、可觀測(cè)性差和系統(tǒng)不穩(wěn)定的顯著問題，導(dǎo)致不能成功用于實(shí)驗(yàn)或者實(shí)際的應(yīng)用中。目前，缺乏一種成功利用非線性振動(dòng)內(nèi)共振理論和磁流變彈性體特性，并且具有較強(qiáng)勵(lì)磁能力和性能穩(wěn)定的減振系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是：提供一種基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)，可以利用磁流變彈性體在外加磁場(chǎng)下可改變剪切模量的特性，能產(chǎn)生較強(qiáng)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，具有可靠的穩(wěn)定性和良好的可觀測(cè)性，成功地將非線性內(nèi)共振理論應(yīng)用于實(shí)踐，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了突出的減振效果。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的方案是，提供一種基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括振動(dòng)臂(1)、減振裝置(2)、控制裝置(3)；

所述減振裝置包括左壓板(2.3)、右壓板(2.1)、隔磁板(2.2)、壓板緊固件(2.4)、雙口形鐵芯(2.8)、勵(lì)磁線圈(2.10)、線圈擋板(2.9)、上夾板(2.7)、下夾板(2.6)、夾板緊固件(2.16)、三角支架(2.13)、支架緊固件(2.15)、支撐軸承(2.14)、擺動(dòng)軸(2.12)、振子(2.11)、磁流變彈性體(2.17)、擺錘(2.5)；所述左壓板(2.3)位于振動(dòng)臂(1)左側(cè)面，共有兩片；所述右壓板位(2.1)于振動(dòng)臂(1)右側(cè)面，共有兩片，與左壓板(2.3)相配合；所述隔磁板(2.2)位于兩組壓板之間，壓板組件從左側(cè)到右側(cè)依次為左壓板(2.3)、雙口形鐵芯(2.8)底座、隔磁板(2.2)、振動(dòng)臂(1)和右壓板(2.1)；所述壓板緊固件(2.4)為螺栓螺母組件，共有八組；所述雙口形鐵芯(2.8)位于振動(dòng)臂(1)左側(cè)，底端位于左壓板(2.3)和右壓板(2.1)之間，保持壓緊狀態(tài)；所述勵(lì)磁線圈(2.10)共有四組，分別位于四組線圈擋板(2.9)之間；所述線圈擋板(2.9)共有四組，分別安裝于雙口形鐵芯(2.8)的四根鐵芯柱上；所述上夾板(2.7)位于雙口形鐵芯(2.8)中部?jī)蓚?cè)的上表面，共有兩塊；所述下夾板(2.6)位于雙口形鐵芯(2.8)中部?jī)蓚?cè)的下表面，共有兩塊，和上夾板(2.7)相配合；所述夾板緊固件(2.16)為螺栓螺母組件，共有四組；所述三角支架(2.13)安裝于上夾板(2.7)兩側(cè)的安裝面上；所述支架緊固件(2.15)為螺栓螺母組件，共有四組；所述支撐軸承(2.14)采用過盈方式安裝于三角支架(2.13)頂部的安裝孔中；所述擺動(dòng)軸(2.12)兩端安裝于兩個(gè)支撐軸承(2.14)的安裝孔中；所述振子(2.11)為頂端開孔的長(zhǎng)條形銅片，頂端利用緊定螺釘固定于擺動(dòng)軸(2.12)上，下端位于兩塊磁流變彈性體(2.17)之間；所述磁流變彈性體(2.17)為兩塊，分別固定粘接于雙口形鐵芯(2.8)的開口端兩側(cè)，中間與振子(2.11)固定粘接；所述擺錘(2.5)上端利用緊定螺釘固定于擺動(dòng)軸(2.12)一端，下端為實(shí)心擺動(dòng)球。

進(jìn)一步的，所述振動(dòng)臂(1)為一長(zhǎng)條形鋼板，是振動(dòng)控制對(duì)象，即振動(dòng)源；同時(shí)，減振裝置(2)安裝于振動(dòng)臂(1)上。

進(jìn)一步的，所述雙口形鐵芯(2.8)中部的柱體中加工有一個(gè)開口，鐵芯底端兩側(cè)伸出有兩個(gè)安裝板，整體鐵芯為一體化構(gòu)件。

進(jìn)一步的，所述上夾板(2.7)上部為矩形鋁合金板，后部?jī)蓚?cè)又伸出兩個(gè)安裝板，下部垂直加工有一燕尾形滑塊，與下夾板(2.6)配合；所述下夾板(2.6)下部為矩形鋁合金板，上部垂直加工有一燕尾槽，上夾板(2.7)利用燕尾形滑塊可在下夾板(2.6)燕尾槽中滑動(dòng)；上夾板(2.7)上部加工有四個(gè)安裝孔，下夾板(2.6)下部加工有兩個(gè)安裝孔，上下夾板的夾緊面均加工有定位槽。

進(jìn)一步的，所述磁流變彈性體(2.17)為自行制備，制備過程為硅膠和羰基鐵粉按1:2比例混合，并加入少量硅油，在真空室中進(jìn)行脫泡處理后，放置于800-900mt靜態(tài)磁場(chǎng)中完全固化后形成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：相比較現(xiàn)有的減振裝置，本發(fā)明可產(chǎn)生更強(qiáng)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)了對(duì)磁流變彈性體的控制能力，增大了對(duì)于極端振動(dòng)情況的抵抗能力；通過新穎的擺動(dòng)式減振裝置設(shè)計(jì)，使得對(duì)于振動(dòng)情況的觀測(cè)可直接觀測(cè)擺錘擺動(dòng)幅度，更加直觀，更重要的通過三角支架和振子的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了裝置的可靠性，避免了振子從彈性體脫落；在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)響應(yīng)的振動(dòng)帶寬范圍廣，且響應(yīng)速度迅速，特別是針對(duì)柔性機(jī)械臂的彈性振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜非線性振動(dòng)等具有突出的減振效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1除去勵(lì)磁線圈和線圈擋板后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中上夾板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中下夾板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中擺錘的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明中振子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中隔磁板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明中左壓板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明中右壓板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)實(shí)際工作原理圖。

附圖中：

1、振動(dòng)臂，2、減振裝置，3、控制裝置；

2.1、右壓板，2.2、隔磁板，2.3、左壓板，2.4、壓板緊固件，2.5、擺錘，2.6、下夾板，2.7、上夾板，2.8、雙口形鐵芯，2.9、線圈擋板，2.10、勵(lì)磁線圈，2.11、振子，2.12、擺動(dòng)軸，2.13、三角支架，2.14、支撐軸承，2.15、支架緊固件，2.16、夾板緊固件，2.17、磁流變彈性體；

3.1、電荷放大器，3.2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，3.3、程控電源，3.4、上位機(jī)，3.5、加速度傳感器；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

在本發(fā)明中，需要理解的，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等方位關(guān)系為基于附圖所示的方位關(guān)系，僅為便于描述本發(fā)明的簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指裝置或原件必需具有的方位關(guān)系及構(gòu)造，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)，包括振動(dòng)臂1、減振裝置2、控制裝置3；

所述減振裝置1包括左壓板2.3、右壓板2.1、隔磁板2.2、壓板緊固件2.4、雙口形鐵芯2.8、勵(lì)磁線圈2.10、線圈擋板2.9、上夾板2.7、下夾板2.6、夾板緊固件2.16、三角支架2.13、支架緊固件2.15、支撐軸承2.14、擺動(dòng)軸2.12、振子2.11、磁流變彈性體2.17、擺錘2.5；所述左壓板2.3位于振動(dòng)臂1左側(cè)面，共有兩片，用于與右壓板2.1配合將減振裝置2固定于振動(dòng)臂1上；所述右壓板2.1位于振動(dòng)臂1右側(cè)面，共有兩片，與左壓板2.3相配合；所述隔磁板2.2位于兩組壓板之間，壓板組件從左側(cè)到右側(cè)依次為左壓板2.3、雙口形鐵芯2.8底座、隔磁板2.2、振動(dòng)臂1和右壓板2.1，隔磁板2.2在其中用于阻隔雙口形鐵芯2.8的磁力線外流到振動(dòng)臂1等部件上，保證盡量多的磁力線穿過鐵芯；所述壓板緊固件2.4為螺栓螺母組件，共有八組，用于緊固兩側(cè)的壓緊板；所述雙口形鐵芯2.8位于振動(dòng)臂1左側(cè)，底端位于左壓板2.3和右壓板2.1之間，保持壓緊狀態(tài)，用于提供磁回路，避免漏磁損耗；所述勵(lì)磁線圈2.10共有四組，分別位于四組線圈擋板2.9之間，用于產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)；所述線圈擋板2.9共有四組，分別安裝于雙口形鐵芯2.8的四根鐵芯柱上，用于阻擋定位勵(lì)磁線圈2.10；所述上夾板2.7位于雙口形鐵芯2.8中部?jī)蓚?cè)的上表面，共有兩塊，用于與下夾板2.6配合夾緊雙口形鐵芯2.8，同時(shí)為三角支架2.13提供支座；所述下夾板2.6位于雙口形鐵芯2.8中部?jī)蓚?cè)的下表面，共有兩塊，和上夾板2.7相配合；所述夾板緊固件2.16為螺栓螺母組件，共有四組，用于使上夾板2.7和下夾板2.6夾緊雙口形鐵芯2.8；所述三角支架2.13安裝于上夾板2.7兩側(cè)的安裝面上，為擺動(dòng)軸2.12提供支撐；所述支架緊固件2.15為螺栓螺母組件，共有四組，用于將三角支架2.13固定于上夾板2.7上；所述支撐軸承2.14采用過盈方式安裝于三角支架2.13頂部的安裝孔中，用于安裝定位擺動(dòng)軸2.12；所述擺動(dòng)軸2.12兩端安裝于兩個(gè)支撐軸承2.14的安裝孔中，用于安裝振子2.11和擺錘2.5；所述振子2.11為頂端開孔的長(zhǎng)條形銅片，頂端利用緊定螺釘固定于擺動(dòng)軸2.12上，下端位于兩塊磁流變彈性體2.17之間，用于剪切磁流變彈性體2.17；所述磁流變彈性體2.17為兩塊，分別固定粘接于雙口形鐵芯2.8的開口端兩側(cè)，中間與振子2.11固定粘接，用于根據(jù)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)自身的屈服強(qiáng)度，進(jìn)而控制減振裝置2的固有頻率；所述擺錘2.5上端利用緊定螺釘固定于擺動(dòng)軸2.12一端，下端為實(shí)心擺動(dòng)球，利用擺錘2.12的特性產(chǎn)生擺動(dòng)，使得振子2.11可以剪切磁流變彈性體2.17。

進(jìn)一步的，所述振動(dòng)臂1為一長(zhǎng)條形鋼板，是振動(dòng)控制對(duì)象，即振動(dòng)源；同時(shí)，減振裝置2安裝于振動(dòng)臂1上。

進(jìn)一步的，所述雙口形鐵芯2.8中部的柱體中加工有一個(gè)開口，鐵芯底端兩側(cè)伸出有兩個(gè)安裝板，整體鐵芯為一體化構(gòu)件。

進(jìn)一步的，所述上夾板2.7上部為矩形鋁合金板，后部?jī)蓚?cè)又伸出兩個(gè)安裝板，下部垂直加工有一燕尾形滑塊，與下夾板2.6配合；所述下夾板2.6下部為矩形鋁合金板，上部垂直加工有一燕尾槽，上夾板2.7利用燕尾形滑塊可在下夾板2.6燕尾槽中滑動(dòng)；上夾板2.7上部加工有四個(gè)安裝孔，下夾板2.6下部加工有兩個(gè)安裝孔，上下夾板的夾緊面均加工有定位槽。

進(jìn)一步的，所述磁流變彈性體2.17為自行制備，制備過程為硅膠和羰基鐵粉按1:2比例混合，并加入少量硅油，在真空室中進(jìn)行脫泡處理后，放置于800-900mt靜態(tài)磁場(chǎng)中完全固化后形成。

如圖10所示，本發(fā)明中基于磁流變技術(shù)的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)實(shí)際工作原理圖還包括，電荷放大器3.1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.2、程控電源3.3、上位機(jī)3.4、加速度傳感器3.5；加速度傳感器3.5的信號(hào)經(jīng)過電荷放大器3.1簡(jiǎn)單處理后傳遞至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.2，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.2對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理收集，然后傳遞給上位機(jī)3.4，由上位機(jī)3.4中的程序進(jìn)行最終的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果以控制信號(hào)的方式發(fā)送至程控電源3.3，程控電源3.3調(diào)整電壓和電流，使得勵(lì)磁磁場(chǎng)符合要求，進(jìn)而使得減振裝置2的頻率為振動(dòng)臂1振動(dòng)固有頻率的一半。

本發(fā)明一種基于磁流變彈性體的擺動(dòng)式減振系統(tǒng)的工作原理和具體步驟為：

(1)安裝：將減振裝置2安裝于振動(dòng)臂1上，確保減振裝置2相對(duì)于振動(dòng)臂1的合理位置，同時(shí)，擰緊裝置中的緊固件，確保減振裝置2的固定性，防止在振動(dòng)過程中出現(xiàn)不合理的滑移現(xiàn)象。

(2)控制處理：根據(jù)非線性內(nèi)共振理論，在減振裝置2的固有頻率為待減振裝置固有頻率的一半時(shí)，振動(dòng)消減較快；提前在控制裝置3中以非線性內(nèi)共振為基礎(chǔ)編輯好處理程序；控制裝置3檢測(cè)到振動(dòng)臂1的振動(dòng)固有頻率，再根據(jù)編寫的程序進(jìn)行處理，計(jì)算出減振裝置2應(yīng)有頻率。

(3)結(jié)果執(zhí)行：控制裝置3根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)磁流變彈性體2.17的屈服強(qiáng)度，改變減振裝置2的固有頻率為振動(dòng)臂1振動(dòng)固有頻率的一半，構(gòu)成內(nèi)共振現(xiàn)象，振動(dòng)臂1的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移至減振裝置2，并在減振裝置2的阻尼機(jī)構(gòu)中快速耗散，達(dá)到良好的減振效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，往復(fù)循環(huán)控制處理和結(jié)果執(zhí)行兩個(gè)步驟，實(shí)時(shí)地根據(jù)振動(dòng)臂1的振動(dòng)情況調(diào)整減振裝置2的固有頻率，使得減振裝置2的固有頻率始終為振動(dòng)臂1振動(dòng)固有頻率的一半，保持內(nèi)共振狀態(tài)，進(jìn)行快速、大幅度的減振處理。

以上所述，僅為本基于磁流變技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)減振器具體實(shí)施例，是為了便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)理解和應(yīng)用本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于此，在本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上做出不需要經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)的等效結(jié)構(gòu)變化或者各種替換都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。