專利名稱：機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及減振裝置，特別涉及利用機(jī)械原理進(jìn)行移頻的動(dòng)力吸振器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的動(dòng)力吸振器是對(duì)振動(dòng)進(jìn)行被動(dòng)控制的一種主要執(zhí)行件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便以及抑制單頻振動(dòng)效果顯著等特點(diǎn)。但是這種動(dòng)力吸振器通常其控制頻帶都很窄且不可調(diào)，所以一臺(tái)吸振器通常只能對(duì)一個(gè)固定的激振頻率的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)進(jìn)行減振。當(dāng)被減振對(duì)象的激振頻率偏離其控制頻帶，減振效果就會(huì)急劇劣化，甚至?xí)兊酶?。如果使用增加帶寬的辦法來解決，必將會(huì)使其變得非常粗笨而不可取。
CN96107066.8專利中公開了一種采用動(dòng)力吸振器原理設(shè)計(jì)的動(dòng)力吸振裝置。該裝置的減振帶寬仍然較窄，如果采用增加阻尼或減振器重物質(zhì)量以及采用多個(gè)減振重物質(zhì)量的方式來解決，其效果將不盡人意。因?yàn)樵黾幼枘釙?huì)降低減振效果，增加減振重物的質(zhì)量和數(shù)目會(huì)使減振器變得粗笨，而且這些方法對(duì)減振帶寬的增加值是非常有限的，一般僅有幾個(gè)赫茲。CN 02131043.2專利中公開了一種磁流變液阻尼式動(dòng)力吸振器及安裝方法，它能夠使用直線電動(dòng)機(jī)、金屬彈簧和磁流變液阻尼器來主動(dòng)改變系統(tǒng)控制力和阻尼等參數(shù)來達(dá)到“最佳調(diào)諧”目的。但是這種控制方法較為復(fù)雜，因?yàn)樗粌H需要推動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)，消耗較多能量，并且根據(jù)吸振器原理，改變這些參數(shù)對(duì)動(dòng)力吸振器的減振特性影響并不顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，它能根據(jù)減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)吸振器子系統(tǒng)自身的固有頻率，從而在較寬的頻率范圍內(nèi)都達(dá)到最佳的吸振效果。
本實(shí)用新型的目的通過以下方式實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，包括機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)兩部分，其特征在于，所述機(jī)械裝置包括一個(gè)由螺桿、螺母構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)付，其中螺桿一端與電動(dòng)機(jī)主軸連接，在該電動(dòng)機(jī)機(jī)座上鉸接有一彈性桿；所述螺母外緣上也鉸接有一彈性桿，兩根等長(zhǎng)的彈性桿的另一端分別鉸接在集中質(zhì)量塊的同一銷軸上，使兩根彈性桿和部分螺桿構(gòu)成一個(gè)底邊長(zhǎng)可變的等腰三角形；在螺桿上還安裝有一角度傳感器(碼盤)，該角度傳感器以及安裝在被減振對(duì)象上的加速度傳感器均由導(dǎo)線與控制系統(tǒng)中的信號(hào)采集輸入口導(dǎo)通。
在實(shí)際制作本吸振器時(shí)，所述集中質(zhì)量塊的質(zhì)量可選擇為被減震對(duì)象質(zhì)量5％～60％；所述彈性桿的長(zhǎng)度可根據(jù)具體安裝位置的尺寸選定，通?？墒箯椥詶U桿長(zhǎng)l在安裝位置尺寸的1/3-1/4范圍內(nèi)，并根據(jù)y1＝0.2l設(shè)定兩彈性桿在螺桿上的最小跨距(即上述等腰三角形的最小底邊長(zhǎng))y1的值，然后將被減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率f1～f2，及上述選定的m、l、y1代入下列公式f1=y12πlk2mf2=y22πlk2m,]]>計(jì)算得到兩彈性桿在螺桿上的最大跨距y2值及彈性桿的剛度系數(shù)k，最后由值y2來確定所需螺桿長(zhǎng)度，根據(jù)剛度系數(shù)k確定合適的彈性桿。
以上式中，f1是適用的被減振對(duì)象的最小振動(dòng)頻率，f2是適用的被減振對(duì)象的最大振動(dòng)頻率，l為彈性桿長(zhǎng)，m為集中質(zhì)量塊的質(zhì)量。
本實(shí)用新型的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，為了保證整體結(jié)構(gòu)的平衡，在實(shí)際制作時(shí)可以左右對(duì)稱地布置兩個(gè)完全一樣的等腰三角形機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器的控制系統(tǒng)包括現(xiàn)有技術(shù)中使用的信號(hào)采集與預(yù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和決策系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)。其中，信號(hào)采集與預(yù)處理系統(tǒng)包括加速度傳感器、角速度傳感器及其相應(yīng)的功率放大器。數(shù)據(jù)分析和決策系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換及運(yùn)算決策器。后處理系統(tǒng)是指相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。
本實(shí)用新型的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器的控制方法，首先將本吸振器機(jī)械裝置中的電動(dòng)機(jī)機(jī)座安裝在被減振對(duì)象上，采集被減振對(duì)象上的加速度傳感器的振動(dòng)信號(hào)，輸入到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)分析得到被減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率f；然后的步驟為(1)控制系統(tǒng)根據(jù)以下公式計(jì)算確定跨距y值(即兩彈性桿在螺桿上的跨距，也即上述等腰三角形的底長(zhǎng))f=y2πlk2m]]>
其中，l為彈性桿桿長(zhǎng)，m為集中質(zhì)量塊的質(zhì)量，k為彈性桿的剛度系數(shù)，f為被減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率；(2)控制系統(tǒng)將跨距y值轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，并使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行；(3)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，使螺母上下移動(dòng)，即改變兩根彈性桿之間的跨距，直到跨距等于上述公式計(jì)算值y時(shí)，控制系統(tǒng)令電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
在實(shí)際使用中，如果被減振對(duì)象包含多個(gè)需要控制的基本振動(dòng)頻率，可以同時(shí)使用組合的多個(gè)吸振器，分別來控制每一個(gè)頻率的振動(dòng)。
本實(shí)用新型能通過調(diào)節(jié)吸振器固有頻率，在較寬范圍內(nèi)跟蹤減振對(duì)象的振動(dòng)頻率，始終達(dá)到最佳的減振效果。和傳統(tǒng)的減振系統(tǒng)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1.吸振效果好，在被減振對(duì)象的振動(dòng)頻率基本穩(wěn)定的情況下，可以有效控制減震對(duì)象的振動(dòng)；2.由于二力桿跨距和系統(tǒng)固有頻率之間的線性關(guān)系，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)頻，便于設(shè)計(jì)控制律；3.減振頻帶較寬；4.消耗能量少，只要根據(jù)要求改變吸振器的幾何參數(shù)，不需要提供能量來抵消振動(dòng)能量；5.由于頻率可調(diào)，使用較小的吸振質(zhì)量也能達(dá)到需要的減振帶寬，所以質(zhì)量和體積較?。?.機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此系統(tǒng)可靠性高；而且由于是對(duì)常規(guī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，所以控制方法容易；7.容易實(shí)現(xiàn)模塊化，易于根據(jù)不同頻段的減振要求組合使用多個(gè)吸振器。
下面通過實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步描述。


附圖1為本實(shí)用新型的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是附圖1的吸振器中所述彈性桿的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是將附圖1的實(shí)施例使用于被減振對(duì)象的總體示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，螺桿1和螺母2構(gòu)成一個(gè)螺桿螺母運(yùn)動(dòng)付。在螺桿1的下端部安裝有用于測(cè)量螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角速度傳感器(碼盤)6，該螺桿的下端頭與電動(dòng)機(jī)7的轉(zhuǎn)軸固定連接，電動(dòng)機(jī)的機(jī)座8固定安裝在被減振對(duì)象上。集中質(zhì)量塊5通過兩根彈性桿3和4分別與螺母2和電動(dòng)機(jī)機(jī)座8相連，彈性桿件3的一端由銷軸鉸接在螺母2外緣上，彈性桿件4的一端由銷軸鉸接在電動(dòng)機(jī)機(jī)座8上。兩彈性桿3和4的另一端分別鉸接在集中質(zhì)量塊5的中軸上，兩根彈性桿3、4和螺桿1構(gòu)成一個(gè)底邊長(zhǎng)可變的等腰三角形。當(dāng)電動(dòng)機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)螺桿1旋轉(zhuǎn)，由于螺桿螺母的嚙合，使螺母2上下移動(dòng)，則使兩根彈性桿3和4之間的跨距y改變，即等腰三角形的底邊長(zhǎng)度改變。根據(jù)計(jì)算公式，吸振器的固有頻率與跨距y成正比關(guān)系，隨著跨距y的改變，該吸振器的固有頻率也將隨之改變。如果選擇合適的y值，則該吸振器的固有頻率將會(huì)被減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率相同，從而達(dá)到最好的吸振效果。
為了保證整體結(jié)構(gòu)的平衡，本實(shí)施例左右對(duì)稱地布置兩個(gè)完全一樣的機(jī)構(gòu)，使用計(jì)算公式時(shí)，其集中質(zhì)量塊的質(zhì)量m應(yīng)為單邊質(zhì)量塊質(zhì)量。
本實(shí)施例中，吸振器的參數(shù)為(1)單邊質(zhì)量塊的質(zhì)量為6kg，即m＝6kg，占被減震對(duì)象質(zhì)量的24％；(2)l＝100mm；(3)初始跨據(jù)y1＝0.2l＝20mm；(4)被減振對(duì)象的主振動(dòng)頻率的變化范圍20Hz～54Hz；(4)求解方程組f1=y12πlk2mf2=y22πlk2m]]>得到k＝4.733MPa和最大跨據(jù)y2＝54mm，則選定螺桿長(zhǎng)度為80mm，彈性桿的彈簧剛度為k＝4.733MPa。
參見圖2，所述的彈性桿由中間的拉簧9及分設(shè)兩邊的圓柱體10、11構(gòu)成，兩圓柱體分別與拉簧的兩端固連，兩圓柱體的兩外端均被加工成片狀，并設(shè)有用于穿套銷軸的孔，兩內(nèi)端均設(shè)有一段細(xì)圓柱，用于穿套拉簧。在實(shí)際使用中，所述的彈性桿也可以直接使用弧形的彈簧板來制作。
參見圖3，圖1所示的機(jī)械裝置通過其電動(dòng)機(jī)機(jī)座固定在被減振對(duì)象12上，16是設(shè)置在被減振對(duì)象12上的加速度傳感器。角速度傳感器6的轉(zhuǎn)角信號(hào)和經(jīng)電荷放大器13放大后的加速度傳感器16采集的振動(dòng)信號(hào)，分別經(jīng)導(dǎo)線輸送到主控制器14中，驅(qū)動(dòng)電路15的輸入端與主控制器14相連，它的輸出端與電動(dòng)機(jī)7連通。
其具體工作過程是首先將被減振對(duì)象12上的加速度傳感器16的振動(dòng)信號(hào)輸入到主控制器14，主控制器14分析得到減振對(duì)象12的振動(dòng)主頻率f，并利用公式(1)計(jì)算出跨據(jù)值y；將該跨據(jù)值與吸振器初始跨據(jù)值進(jìn)行比較，如果其大于初始值，則主控制器14給出+信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電路15輸出正向電壓，輸出端和吸振器電動(dòng)機(jī)7的輸入端相連，使電動(dòng)機(jī)7正轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)螺桿，推動(dòng)螺母增加跨距，一直到兩值相同；如果其小于初始值，則主控制器14給出-信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電路15輸出反向電壓，使電動(dòng)機(jī)7反轉(zhuǎn)縮小跨距，直到兩值相同。兩個(gè)跨據(jù)值相同后即可停止電動(dòng)機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)。
本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)7選用普通汽車用雨刷電機(jī)(江西瑞安市東大摩托車實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)的永磁刮水器電機(jī)，型號(hào)12V，30W)；加速度傳感器16為江蘇省聯(lián)能電子技術(shù)有限公司的CA-YD-107；主控制器14為TMS320F240型DSP電路，電荷放大器型號(hào)YE5858；驅(qū)動(dòng)電路15為AS3952SB芯片。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，包括機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)兩部分，其特征在于，所述機(jī)械裝置包括一個(gè)由螺桿、螺母構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)付，其中螺桿一端與電動(dòng)機(jī)主軸連接，在該電動(dòng)機(jī)機(jī)座上鉸接有一彈性桿；所述螺母外緣上也鉸接有一彈性桿，兩根等長(zhǎng)的彈性桿的另一端分別鉸接在集中質(zhì)量塊的同一銷軸上，使兩根彈性桿和部分螺桿構(gòu)成一個(gè)底邊長(zhǎng)可變的等腰三角形；在螺桿上還安裝有一角度傳感器，該角度傳感器以及安裝在被減振對(duì)象上的加速度傳感器均由導(dǎo)線與控制系統(tǒng)中的信號(hào)采集輸入口導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，其特征在于，所述機(jī)械裝置中左右對(duì)稱地布置有兩個(gè)完全一樣的等腰三角形機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及減振裝置，該吸振器包括機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)兩部分，其機(jī)械裝置包括一個(gè)由螺桿、螺母構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)付，螺桿與電動(dòng)機(jī)主軸連接，在該電動(dòng)機(jī)機(jī)座上鉸接有一彈性桿；螺母外緣上也鉸接有一彈性桿，兩根等長(zhǎng)的彈性桿的另一端分別鉸接在集中質(zhì)量塊的同一銷軸上，構(gòu)成一底邊長(zhǎng)可變的等腰三角形；螺桿上的角度傳感器及被減振對(duì)象上的加速度傳感器均由導(dǎo)線與控制系統(tǒng)中信號(hào)采集輸入口導(dǎo)通。在實(shí)際制作時(shí)可以左右對(duì)稱地布置兩個(gè)完全一樣的等腰三角形機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型通過調(diào)節(jié)吸振器固有頻率，在較寬范圍內(nèi)跟蹤被減振對(duì)象的振動(dòng)頻率，達(dá)到最佳減振效果，并且其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，系統(tǒng)可靠性高；由于是對(duì)常規(guī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，所以控制方法容易。
文檔編號(hào)F16F15/06GK2869442SQ20052013952
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者李劍鋒, 張先舟, 龔興龍, 張培強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)