一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，包括導(dǎo)磁外筒、安裝在導(dǎo)磁外筒兩端的上端蓋和下端蓋、設(shè)置在導(dǎo)磁外筒內(nèi)的銜鐵、中心軸，導(dǎo)磁外筒的內(nèi)表面、銜鐵的外表面均設(shè)置有齒圈，銜鐵的上端與上端蓋之間設(shè)置有第一彈簧，銜鐵的下端與下端蓋之間設(shè)置有第二彈簧，中心軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內(nèi)六角螺栓與下端蓋固定連接，中心軸與銜鐵之間設(shè)置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設(shè)置有凹槽，凹槽中纏繞有線圈，線圈的導(dǎo)線穿過銜鐵上設(shè)置的引線孔后、繞過中心軸、沿著下端蓋上設(shè)置的導(dǎo)線槽伸出至下端蓋外部。本發(fā)明具有極高的線性度，高線性度電磁剛度的實(shí)現(xiàn)使得本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的線性區(qū)域更寬，故而吸振器銜鐵允許行程亦隨之加大。
【專利說明】
-種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種吸振器，尤其設(shè)及一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，屬于振動(dòng) 控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁式半主動(dòng)吸振器是一種在一定范圍內(nèi)頻率可調(diào)的半主動(dòng)吸振器，其基本原理 是通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，改變吸振器的電磁彈黃剛度，從而達(dá)到改變吸振器固有頻率使其跟 蹤被控頻率的目的。相比于其它類型半主動(dòng)隔振器，其具有機(jī)構(gòu)緊湊、安裝方便、調(diào)諧迅速 等優(yōu)點(diǎn)（[1]馮肖肖.電磁式半主動(dòng)吸振器設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2013)。然 而，電磁式半主動(dòng)隔振器所產(chǎn)生的電磁剛度僅在靜平衡位置兩側(cè)的很小一段范圍內(nèi)為線性 特性，當(dāng)動(dòng)子偏離平衡位置稍大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的非線性，運(yùn)一點(diǎn)使其實(shí)際應(yīng)用受到很大的 局限。
[0003] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102364156 AW及授權(quán)公告號(hào)為CN 102410336 B的中國(guó)專利分 別提供了一種封閉結(jié)構(gòu)線圈內(nèi)置式半主動(dòng)吸振器W及一種封閉結(jié)構(gòu)線圈外置式半主動(dòng)吸 振器。運(yùn)兩種電磁式半主動(dòng)吸振器的磁齒結(jié)構(gòu)W及原理相同，在勵(lì)磁線圈通電時(shí)，外殼體、 銜鐵、氣隙構(gòu)成的封閉磁路中形成磁場(chǎng)，銜鐵與外殼體的臨近位置皆加工有相同齒寬、齒距 W及齒數(shù)的齒形結(jié)構(gòu)，在銜鐵與外殼體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸向便產(chǎn)生了試圖使相對(duì)位移消 除的電磁力。然而，運(yùn)兩種電磁式半主動(dòng)吸振器僅在平衡位置附近很小的一段范圍內(nèi)具有 較好的線性度，在相對(duì)偏置稍大時(shí)，其非線性剛度會(huì)更加明顯。非線性的存在不但會(huì)使吸振 器的動(dòng)力學(xué)特性更為復(fù)雜，而且亦使得半主動(dòng)控制更加困難，大大影響了電磁式半主動(dòng)吸 振器的實(shí)際應(yīng)用。
[0004] 授權(quán)公告號(hào)為CN 103573908 B的中國(guó)專利提供了一種半主動(dòng)/全主動(dòng)一體化式電 磁吸振器，其突出之處在于：當(dāng)勵(lì)磁線圈通W直流，激勵(lì)線圈斷開，定子與動(dòng)子之間發(fā)生相 對(duì)豎向位移時(shí)，氣隙中磁感線發(fā)生扭曲，產(chǎn)生反方向的磁拉力，形成電磁剛度，該電磁剛度 可通過調(diào)節(jié)通入勵(lì)磁線圈電流大小調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)吸振；當(dāng)勵(lì)磁線圈通W直流電流，激勵(lì) 線圈通有控制電流時(shí)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)吸振。然而，其磁拉力產(chǎn)生時(shí)所帶來的附加非線性剛度問題 依舊未予解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了提供一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器。
[0006] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：包括導(dǎo)磁外筒、安裝在導(dǎo)磁外筒兩端的上端蓋和下 端蓋、設(shè)置在導(dǎo)磁外筒內(nèi)的銜鐵、中屯、軸，導(dǎo)磁外筒的內(nèi)表面、銜鐵的外表面均設(shè)置有齒圈， 銜鐵的上端與上端蓋之間設(shè)置有第一彈黃，銜鐵的下端與下端蓋之間設(shè)置有第二彈黃，中 屯、軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內(nèi)六角螺栓與下端蓋固定連接，中屯、軸與銜鐵 之間設(shè)置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設(shè)置有凹槽，凹槽中纏繞有線圈，線圈的端部穿 過銜鐵上設(shè)置的引線孔后、繞過中屯、軸、沿著下端蓋上設(shè)置的導(dǎo)線槽伸出至下端蓋外部。
[0007] 本發(fā)明還包括運(yùn)樣一些結(jié)構(gòu)特征：
[0008] 1.所述導(dǎo)磁外筒內(nèi)表面的齒圈的齒寬大于銜鐵外表面的齒圈的齒寬。
[0009] 2.所述第二彈黃有四個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在銜鐵的下端與下端蓋之間。
[0010] 3.所述上端蓋上還設(shè)置有限制銜鐵運(yùn)動(dòng)的限位螺栓。
[0011] 4.所述下端蓋外部設(shè)置有護(hù)線板，線圈的端部穿過護(hù)線板后伸至外部。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、不同于傳統(tǒng)的等齒寬結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中銜 鐵齒圈的齒寬與導(dǎo)磁外筒齒圈的齒寬并不相等，而是滿足某一特定比例關(guān)系，此種設(shè)計(jì)使 得所實(shí)現(xiàn)的電磁剛度具有極高的線性度，運(yùn)是現(xiàn)有電磁式吸振器所不能做到的；2、相比于 傳統(tǒng)電磁式吸振器，在同等條件下，高線性度電磁剛度的實(shí)現(xiàn)使得本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的線性區(qū) 域更寬，故而吸振器銜鐵允許行程亦隨之加大。3、在對(duì)導(dǎo)線的處理上，本發(fā)明電磁式半主動(dòng) 吸振器采取環(huán)繞中屯、軸的方式布置，如此一來，相比于傳統(tǒng)引出方式，線圈受往復(fù)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo) 致斷裂的可能性被大大降低。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的下端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3(a)是本發(fā)明的磁齒結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)是傳統(tǒng)的磁齒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是吸振器在不同齒寬比下的力-位移曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018] 實(shí)施例一:結(jié)合圖1~2,本發(fā)明電磁式半主動(dòng)吸振器主要包括上端蓋13、導(dǎo)磁外筒 14、銜鐵05、中屯、軸07、下端蓋03等部分。導(dǎo)磁外筒14分別通過內(nèi)六角螺栓09、內(nèi)六角螺栓17 與上端蓋13、下端蓋03相連接，組成本發(fā)明吸振器的外殼體。作為吸振質(zhì)量，銜鐵05分別通 過第一機(jī)械彈黃11W及第二機(jī)械彈黃04與上端蓋13W及下端蓋03相連接，銜鐵與彈黃連接 部位皆設(shè)計(jì)有安裝槽或者定位盤16。中屯、軸07從上到下先后穿過上端蓋13、銜鐵05,最后通 過內(nèi)六角螺栓20與下端蓋固定，用W保證銜鐵在工作時(shí)始終沿著軸向運(yùn)動(dòng)。為降低摩擦力， 銜鐵05與中屯、軸07之間安裝有直線軸承06與定位套08,直線軸承的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情 況進(jìn)行調(diào)整。銜鐵下部加工有引線孔21，用W引出中部環(huán)形槽纏繞的線圈。下端蓋上加工有 引線槽，與導(dǎo)磁外筒底部的開孔相配合，引出線圈的導(dǎo)線。所述銜鐵與導(dǎo)磁外筒之間存在很 小的氣隙，上端蓋上加工有制動(dòng)孔。
[0019] 本發(fā)明電磁式半主動(dòng)吸振器屬于線圈內(nèi)置式范疇，銜鐵中部加工有環(huán)形槽，線圈 安裝于環(huán)形槽內(nèi)，具體的說是線圈15纏繞于銜鐵05凹槽之內(nèi)，線圈15的導(dǎo)線通過銜鐵05上 的引線孔21向下引出。銜鐵上下部位加工有環(huán)形齒圈，同時(shí)導(dǎo)磁外筒亦加工有與銜鐵齒圈 相對(duì)應(yīng)的環(huán)形齒圈，兩者之間留有一定氣隙。為降低銜鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)所造成的線圈損傷，線圈 導(dǎo)線在吸振器內(nèi)部螺旋纏繞于中屯、軸07之上并通過壓線板18與盤頭十字螺釘19對(duì)位置加 W固定。
[0020] 實(shí)施例二:基于實(shí)施案例一:本發(fā)明的銜鐵齒圈的齒寬與導(dǎo)磁外筒的齒寬并不相 等，而是滿足某一特定比例關(guān)系，此為本發(fā)明高線性度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。
[0021] 圖3(a)與圖3(b)為本發(fā)明磁齒結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)磁齒結(jié)構(gòu)的對(duì)比圖，其中圖3(a)與圖3 (b)分別代表本發(fā)明所提出的不等寬磁齒結(jié)構(gòu)W及傳統(tǒng)的等寬磁齒結(jié)構(gòu)。從圖中可W看出： 本發(fā)明中，導(dǎo)磁外筒14齒圈齒寬與銜鐵05齒圈齒寬并不相等，而是前者大于后者且滿足某 一特定比例關(guān)系。此為本發(fā)明高線性度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在，也是現(xiàn)有相似類型電磁式吸振器 發(fā)明所不具備的。本發(fā)明高線性度實(shí)現(xiàn)原理詳細(xì)介紹如下：
[0022] 本發(fā)明電磁式吸振器銜鐵05相對(duì)于導(dǎo)磁外筒14軸向移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電磁恢復(fù)力 為：
[0023] Fem=ax+fe^
[0024] 式中，X為相對(duì)位移量，a、e代表X不同次幕項(xiàng)的系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，0的符號(hào)（sgn(e)) 與導(dǎo)磁外筒14齒圈的齒寬(WS)和銜鐵05齒圈的齒寬(Wa)的比值丫（丫 =WS/Wa巧關(guān)，存在某 一臨界值Y C，使得S抑(0)滿足：
[0025]
[0026] 可W看出，在丫 = 丫。的情況下，電磁恢復(fù)力與相對(duì)位移量之間為線性變化關(guān)系， 可滿足高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器的設(shè)計(jì)需要。
[0027] 圖4給出了本發(fā)明的電磁式半主動(dòng)吸振器在不同丫值下的電磁恢復(fù)力-位移曲線。 由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難建立精確的解析解表達(dá)式，為說明本發(fā)明的合理性，故此使 用商業(yè)化軟件進(jìn)行有限元仿真驗(yàn)證。本發(fā)明中采用具有強(qiáng)大計(jì)算能力W及高度精確數(shù)值仿 真解的COMSOL Multiphysics 5.1作為驗(yàn)證軟件，圖4中所展示的數(shù)據(jù)皆來自于該軟件，相 關(guān)研究人員均可W使用該軟件對(duì)本發(fā)明中所設(shè)及的高線性度電磁恢復(fù)力實(shí)現(xiàn)方法加W驗(yàn) 證。等齒寬情況下，丫 = 1.000，〇〉0、e<0，此時(shí)可獲得漸軟剛度曲線;在丫增大到1.363時(shí)，此 時(shí)口〉〇、0>〇,此時(shí)可獲得近似線性剛度曲線；丫繼續(xù)增大時(shí)，a〉〇、於0,此時(shí)可獲得漸硬剛度 曲線。在充分的仿真計(jì)算基礎(chǔ)上，可確定丫。=1.363,最后可完成電磁式半主動(dòng)吸振器具體 尺寸的確定。需要說明的是，1.363只是針對(duì)于本方案的一個(gè)臨界值，其值根據(jù)不同的設(shè)計(jì) 情況可能存在些許浮動(dòng)，但該高線性度實(shí)現(xiàn)方法皆適用。
[0028] 實(shí)施例基于上述實(shí)施例，本發(fā)明還可W是:銜鐵與下端蓋之間安裝有第二機(jī)械 彈黃，且第二機(jī)械彈黃的數(shù)量為4。
[0029] 實(shí)施例四：基于上述實(shí)施例，本發(fā)明還可W是:上端蓋13上設(shè)計(jì)有限位螺栓IOW及 限位開口墊片12,用W限制銜鐵運(yùn)動(dòng)，防止吸振器在運(yùn)輸或某些特殊情況下由于碰撞或跌 落而造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞。
[0030] 實(shí)施例五:基于上述實(shí)施例，本發(fā)明還可W是:所述下端蓋外部設(shè)置有護(hù)線板，線 圈的導(dǎo)線穿過護(hù)線板后伸至外部。也即護(hù)線板Ol通過十字盤頭螺釘02與下端蓋03連接，用 W引出并保護(hù)導(dǎo)線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:包括導(dǎo)磁外筒、安裝在導(dǎo)磁外筒兩 端的上端蓋和下端蓋、設(shè)置在導(dǎo)磁外筒內(nèi)的銜鐵、中心軸，導(dǎo)磁外筒的內(nèi)表面、銜鐵的外表 面均設(shè)置有齒圈，銜鐵的上端與上端蓋之間設(shè)置有第一彈簧，銜鐵的下端與下端蓋之間設(shè) 置有第二彈簧，中心軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內(nèi)六角螺栓與下端蓋固定連 接，中心軸與銜鐵之間設(shè)置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設(shè)置有凹槽，凹槽中纏繞有線 圈，線圈的導(dǎo)線穿過銜鐵上設(shè)置的引線孔后、繞過中心軸、沿著下端蓋上設(shè)置的導(dǎo)線槽伸出 至下端蓋外部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述導(dǎo)磁外 筒內(nèi)表面的齒圈的齒寬大于銜鐵外表面的齒圈的齒寬。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述第 二彈簧有四個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在銜鐵的下端與下端蓋之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述上 端蓋上還設(shè)置有限制銜鐵運(yùn)動(dòng)的限位螺栓。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述上端蓋 上還設(shè)置有限制銜鐵運(yùn)動(dòng)的限位螺栓。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述下 端蓋外部設(shè)置有護(hù)線板，線圈的導(dǎo)線穿過護(hù)線板后伸至外部。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設(shè)置有護(hù)線板，線圈的導(dǎo)線穿過護(hù)線板后伸至外部。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設(shè)置有護(hù)線板，線圈的導(dǎo)線穿過護(hù)線板后伸至外部。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高線性度電磁式半主動(dòng)吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設(shè)置有護(hù)線板，線圈的導(dǎo)線穿過護(hù)線板后伸至外部。
【文檔編號(hào)】F16F6/00GK105909713SQ201610312370
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉學(xué)廣, 韓超, 吳牧云
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)