一種動力調(diào)諧激振裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動力調(diào)諧激振裝置，所述動力調(diào)諧激振裝置包括：直線或環(huán)型振動載體，以及位于其上的多個振源，所述振動載體為壓電陶瓷、聲發(fā)射裝置、電磁激振器或機械式活塞；振源頻率為振動載體的固有頻率；在外激勵作用下，振動載體將產(chǎn)生行波，驅(qū)動與之接觸的動子平動或轉(zhuǎn)動，或使流體產(chǎn)生期望的流動；所述振源可產(chǎn)生包含多種諧波成分的矩形波、三角波或其它周期信號。本發(fā)明給出了針對振源均布的直線及環(huán)型對稱式傳動、驅(qū)動和流體輸送系統(tǒng)的一般激振條件，根據(jù)該條件可給出基本參數(shù)的恰當匹配，進而激起期望的振動，同時抑制有害的行波或駐波振動。本發(fā)明的最顯著有益效果是所述技術(shù)方案及相應發(fā)明裝置的多領(lǐng)域通用性。
【專利說明】一種動力調(diào)諧激振裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力調(diào)諧領(lǐng)域，尤其涉及一種動力調(diào)諧激振裝置，具體包括齒輪傳動、永磁電機、液壓馬達、超聲電機及滾動軸承等典型對稱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]振動抑制和利用是工程領(lǐng)域中的常見問題。其中，振動抑制是許多領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，例如:由嚙合力激起的行星齒輪傳動的振動、電磁激勵導致的永磁電機定子振動、流體力激起的液壓馬達振動，以及接觸力產(chǎn)生的滾動軸承的振動等，均需采用有效措施予以抑制，甚至徹底消除；同樣，振動利用也涉及許多領(lǐng)域，包括不同形式的定向驅(qū)動和各種物料的混合等，具體包括超聲、磁致及聲流驅(qū)動等，例如:超聲行波及駐波電機、磁致伸縮電機及聲表面電機等?；旌涎b置可用來混合氣體、液體或固體顆粒，例如:化學和生物等領(lǐng)域廣泛應用的快速、有效、主動的微流體混合等。
[0003]現(xiàn)有文獻提出了許多振動抑制措施，包括行星傳動的齒輪修形、永磁電機的斜極斜槽、液壓馬達的廓線改進、超聲電機拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以及滾動軸承加工及裝配精度的提高等。在振動利用方面，現(xiàn)有技術(shù)也給出了許多提升激振效果的措施，例如:增大激振力、多振源協(xié)同以及改進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。在眾多措施中，參數(shù)匹配是一種振動抑制和利用的通用方法。恰當匹配行星輪個數(shù)與中心輪齒數(shù)、轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子齒槽數(shù)、柱塞數(shù)與作用數(shù)及壓電陶瓷個數(shù)與運行波數(shù)，可改變振源的激振模式，從而改善振動抑制或利用效果。
[0004]事實上，如果可以揭示拓撲構(gòu)型、激勵方式及振動響應之間的影響關(guān)系，即可為振動抑制和利用工程提供解決問題的途徑。依據(jù)基本參數(shù)對動力學特性的調(diào)諧規(guī)律，協(xié)調(diào)各振源之間的超前或滯后時序關(guān)系，確實可以實現(xiàn)振動抑制和利用的良好效果，例如專利ZL201010562863.X.ZL201110093939.3 和 ZL201010525851.X 等。但應當指出的是，現(xiàn)有技術(shù)通常僅涉及減振降噪，尤其是僅適用某一特定領(lǐng)域的特定裝置。由于振動抑制和利用工程涉及許多領(lǐng)域，迄今還未提出高效的通用技術(shù)和相應裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種動力調(diào)諧激振裝置，本發(fā)明通過調(diào)整基本參數(shù)的組合來改變激勵相位，可增強或抑制各激振源的協(xié)同作用，實現(xiàn)高效激振或抑振，詳見下文描述。
[0006]一種動力調(diào)諧激振裝置，所述動力調(diào)諧激振裝置包括:直線或環(huán)型振動載體，以及位于振動載體上的多個振源。
[0007]所述振動載體為壓電陶瓷、聲發(fā)射裝置、電磁激振器或機械式活塞；振源的激勵頻率為振動載體的固有頻率；在外激勵作用下，振動載體將產(chǎn)生行波，驅(qū)動與之接觸的動子移動或轉(zhuǎn)動，或使流體產(chǎn)生定向流動；所述振源可產(chǎn)生包含多種諧波成分的矩形波、三角波或其它周期信號。對于直線型激振裝置，有以下結(jié)論:
[0008]當激振條件為:Nxd(η+1Ζ)/2 η = q17 Nxd(η-1Z)/2 π.φ q2時,動態(tài)響應為反向行波；[0009]當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 3i ^ Q1, Nxd(n_lZ)/2 π = q2時，動態(tài)響應為正向行波；
[0010]當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 31 =QpNxd(I1-1Z)Z^Ji = q2時,動態(tài)響應為駐波響應；
[0011]當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2JT Φ Q1, Nxd(n-lZ)/2 Ji Φ q2時，動態(tài)響應為抑制波動；
[0012]其中，N為振源個數(shù)，I為激振源的諧波階數(shù)，Xd為振源之間的距離，η為波數(shù)，Z為實數(shù)，Q1和q2均為整數(shù)。
[0013]對于環(huán)型激振裝置，有以下結(jié)論:
[0014]當激振條件為:(n+lZ)/N = q3, (η_1Ζ)/Ν Φ q4時,動態(tài)響應為反向行波；
[0015]當激振條件為:(η+1Ζ)/Ν Φ q3, (η_1Ζ)/Ν = q4時,動態(tài)響應為正向行波；
[0016]當激振條件為:(n+lZ)/N = q3, (η_1Ζ)/Ν = q4時,動態(tài)響應為駐波響應；
[0017]當激振條件為:(η+1Ζ)/Ν Φ q3，(η_1Ζ)/Ν Φ q4時，動態(tài)響應為抑制波動；
[0018]其中，％和％均為整數(shù)，其它參數(shù)與直線型激振裝置相同。
[0019]本發(fā)明給出了針 對振源均布的直線及環(huán)型對稱式傳動、驅(qū)動和流體輸送及混合裝置的激振條件，根據(jù)該條件可直接給出基本參數(shù)的恰當匹配，激起期望的彈性振動，同時抑制有害的行波或駐波振動。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0020]1、最顯著的有益效果是給出了適用于多個領(lǐng)域的通用激振及抑振技術(shù)，在不改變本質(zhì)的前提下，可依據(jù)該技術(shù)快速構(gòu)建高效激振裝置或者提出抑振措施，更好地指導工程實踐。
[0021]2、本發(fā)明抑振和激振措施可在工程設(shè)計初始階段實施，因此顯著節(jié)省了設(shè)計和制造成本。
[0022]3、本發(fā)明的一般激振條件提供了多種激振可能性，提高了振源個數(shù)及位置選擇的靈活性，方便了工程設(shè)計和制造。
[0023]4、根據(jù)本發(fā)明的激振條件，合理選擇參數(shù)可分別激起正向行波、反向行波或駐波，或三者的組合，進而改善氣體、液體或固體顆粒的混合效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為直線型激振裝置及激振分析模型；
[0025]圖2為直線型聲場驅(qū)動流體諧振裝置；
[0026]圖3為環(huán)型聲場驅(qū)動流體諧振裝置；
[0027]圖4為直線型活塞驅(qū)動流體諧振裝置；
[0028]圖5為環(huán)型活塞驅(qū)動流體諧振裝置；
[0029]圖6為直線型蠕動流體諧振裝置；
[0030]圖7為環(huán)型蠕動流體諧振裝置；
[0031]圖8為直線型壓電驅(qū)動流體諧振裝置；
[0032]圖9為環(huán)型壓電驅(qū)動流體諧振裝置。
【具體實施方式】[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0034]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的振動抑制效果較差及通用性不好的缺點，同時提高振動利用裝置的激振方式單一及激振效率較低的技術(shù)難題，本發(fā)明揭示了廣泛存在于各類對稱式傳動、驅(qū)動和流體輸送及混合系統(tǒng)的動力調(diào)諧關(guān)系，給出了激振和抑振措施，發(fā)明了一種激振裝置。
[0035]本發(fā)明提出的對稱系統(tǒng)的動力調(diào)諧技術(shù)，包括振動抑制和利用兩個方面。其中，振動抑制是通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)來改變激勵的超前或滯后相位關(guān)系，進而實現(xiàn)抑制有害振動的目的，具體參數(shù)包括但不限于行星傳動的行星輪個數(shù)與中心輪齒數(shù)、永磁電機的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子齒槽數(shù)、徑向柱塞馬達的柱塞數(shù)與作用數(shù)，以及滾動軸承的滾動體個數(shù)和滾道波紋數(shù)等。同樣，調(diào)整基本參數(shù) 的組合來改變激勵相位，可增強各激振源的協(xié)同效果，實現(xiàn)高效激振，具體參數(shù)如超聲電機的壓電陶瓷個數(shù)與運行波數(shù)，或者流體混合裝置的振源個數(shù)及相位。
[0036]根據(jù)上述技術(shù)，并結(jié)合工程實際的需求，本發(fā)明提出一種動力調(diào)諧激振裝置，該裝置由:直線或環(huán)型振動載體及位于其上的多個振源組成。振源可以為壓電陶瓷、聲發(fā)射裝置、電磁激振器或機械式活塞等。振源的時空相位差可均為90°或本發(fā)明公開的其它相位，并且振源的激勵頻率為振動載體的固有頻率。在外激勵作用下,振動載體將產(chǎn)生行波,驅(qū)動與之接觸的動子移動或轉(zhuǎn)動，或使流體產(chǎn)生定向流動，實現(xiàn)均勻混合的良好效果。
[0037]為了更好地說明本發(fā)明的有益效果，下面首先進行振動抑制和激振性能的理論預測。鑒于直線型與環(huán)型激振裝置的本體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動機理的相似性(參見圖1)，本發(fā)明僅以直線型為例進行理論分析，然后將其推廣至環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0038]假設(shè)振源頻率為ω，個數(shù)為N，同時假定坐標系{o-xy}的原點位于第一振源El與振動載體的對稱中心線的交點，坐標軸與該中心線重合。假定第i(i = 1,2,3,……N)個振源激起的第I階諧波響應為
[0039]W' = A' COShIkX ΧΙΛ -T Xi )cos/(._+yu +4 )(I)
[0040]式中4、η和X分別為諧波振幅、波數(shù)和位置角，1和為激勵與響應之間的空間和時間相位差，X i與S i為第i個振源激起響應的空間和時間相位。根據(jù)結(jié)構(gòu)和激勵的對稱性可知，不同振源激起的諧波振幅滿足(/=2, 3，4?…….V).應當指出的是，
盡管該振幅^未知，但不影響本發(fā)明關(guān)心的預測過程及具體結(jié)果。事實上，完全可以借助理
論分析、有限元計算或?qū)嶒灉y試確定這些物理量，進而給出定量結(jié)果。
[0041]假定第一振源E1位于坐標原點(X1 = O)，則第i振源Ei的位置為
[0042]Xi = xd(1-l) (2)
[0043]xd為振源之間的距離，假定時空相位滿足
[0044]δ j = XiZ (3)
[0045]式中Z為實數(shù)，該實數(shù)描述了激勵的時空相位關(guān)系。為了簡化分析，假定其為常數(shù)。
[0046]總響應為
【權(quán)利要求】
1.一種動力調(diào)諧激振裝置，其特征在于，所述動力調(diào)諧激振裝置包括:直線或環(huán)型振動載體，以及位于振動載體上的多個振源， 所述振動載體為壓電陶瓷、聲發(fā)射裝置、電磁激振器或機械式活塞；振源的激勵頻率為振動載體的固有頻率；在外激勵作用下，振動載體將產(chǎn)生行波，驅(qū)動與之接觸的動子移動或轉(zhuǎn)動，或使流體產(chǎn)生定向流動；所述振源為包含多種諧波成分的矩形波、三角波或其它周期信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動力調(diào)諧激振裝置，其特征在于， 當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 = q1； Nxd(n-lZ)/2 π古q2時,動態(tài)響應為反向行波； 當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 關(guān)Q1, NXd(n-lZ)/2 π = q2時，動態(tài)響應為正向行波； 當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 = q1; Nxd(n_lZ)/2 = q2時,動態(tài)響應為駐波響應； 當激振條件為:Nxd(n+lZ)/2 ^ q1； Nxd(n-lZ)/2 π ^ q2時，動態(tài)響應為抑制波動； 其中，N為振源個數(shù)，I為諧波響應的階數(shù)，Xd為振源之間的距離，η為波數(shù)，Z為實數(shù)， Q1和q2均為整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動力調(diào)諧激振裝置，其特征在于， 當激振條件為:(n+lZ) /N = q3, (η_1Ζ)/Ν Φ q4時,動態(tài)響應為反向行波；
當激振條件為:(η+1Ζ)/Ν Φ q3，(η-1Ζ)/Ν = q4時，動態(tài)響應為正向行波； 當激振條件為:(n+lZ) /N = q3, (η_1Ζ)/Ν = q4時,動態(tài)響應為駐波響應； 當激振條件為:(η+1Ζ)/Ν Φ q3，(η-1Ζ)/Ν Φ q4時，動態(tài)響應為抑制波動； 其中，N為振源個數(shù)，I為諧波響應的階數(shù)，η為波數(shù)，Z為實數(shù)，q3和q4均為整數(shù)。
【文檔編號】H02N2/08GK104009668SQ201410244816
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】王世宇, 王堯堯, 趙志福, 謝幫 申請人:天津大學