專利名稱：一種懸臂式半主動(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，特別是一種懸臂式半主動(dòng)吸振器。
背景技術(shù)：
在振動(dòng)控制工程領(lǐng)域中，被動(dòng)式動(dòng)力吸振器常用于控制特定的單一頻率振動(dòng)。當(dāng) 外部激勵(lì)的頻率發(fā)生變化時(shí)，被動(dòng)式動(dòng)力吸振器將起不到特定頻率振動(dòng)控制的作用，如果 通過(guò)剛度或質(zhì)量的改變，使得吸振器的固有頻率隨著外部激勵(lì)頻率的變化而變化，將拓寬 吸振器的吸振頻率范圍。這種可變自身頻率的動(dòng)力吸振器常被稱為半主動(dòng)吸振器或自調(diào)諧 吸振器。一般而言，半主動(dòng)吸振器改變剛度比改變質(zhì)量容易實(shí)現(xiàn)。目前改變剛度的方法常 有電磁式、電液式和機(jī)械式。在電磁式半主動(dòng)吸振器中，典型的有通過(guò)改變電流改變電磁剛 度(1張洪田，李玩幽，劉志剛等.電動(dòng)式主動(dòng)吸振技術(shù)研究[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2001， 14(1) :113-117)、改變間隙改變電磁剛度等形式(2錢小勇，胡海巖.可調(diào)間隙的半主動(dòng) 吸振器及其實(shí)現(xiàn)[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2001，14 ) =378-382)；電液式通過(guò)電流變液或磁流 變液實(shí)現(xiàn)剛度的改變(3徐振邦.自調(diào)諧吸振技術(shù)研究[D].合肥中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 2010 ；4王蓮花，龔興龍，倪正超，徐振邦，張?chǎng)w，陳海波等.多個(gè)磁流變彈性體自調(diào)諧式吸 振器的聯(lián)合控制研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2008，23 O) :97-10 。機(jī)械式常見(jiàn)的改變彈簧有效圈 數(shù)式(5徐振邦，龔興龍，陳現(xiàn)敏等.機(jī)械式頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器及其減振特性[J].振 動(dòng)與沖擊，2010, ) :1-6)、彎曲板簧式(6孫建民，陳玉強(qiáng).一種主動(dòng)調(diào)諧式內(nèi)燃機(jī) 吸振器的設(shè)計(jì)[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15 ) :45-47)、平行板滑塊式、空氣彈簧式 (7靳曉雄，肖勇，藺玉輝，朱娜等.空氣彈簧半主動(dòng)式動(dòng)力吸振器的研究[J].中國(guó)工程 機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，5 (3) :253-257)。懸臂梁式半主動(dòng)吸振器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性度好的優(yōu)點(diǎn)。最早由我國(guó)郝志勇、舒歌 群等人設(shè)計(jì)并在內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)控制中取得成功(8郝志勇，舒歌群.內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)動(dòng)力式主 動(dòng)吸振器的研究[J].設(shè)計(jì) 計(jì)算 研究，1999 (4) :9-10)，該半主動(dòng)吸振器將吸振質(zhì)量與驅(qū) 動(dòng)電機(jī)分離設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是懸臂梁的一個(gè)質(zhì)量，這種設(shè)計(jì)不僅含有質(zhì)量塊形成的主頻 率，也含有驅(qū)動(dòng)電機(jī)質(zhì)量形成的干擾頻率。1999年，Nagaya設(shè)計(jì)的通過(guò)絲杠上的支撐板移 動(dòng)來(lái)改變懸臂有效長(zhǎng)度(9Nagaya K, Kurusu A, Ikai S, et al. Vibration Control of a structureby using a tunable absorber and an optimal vibration absorber under auto-tuningcontrol[J]. Journal of Sound and Vibration,1999,228(4) :773-792)。 Carneal將驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接作為振動(dòng)質(zhì)量塊，這樣使得結(jié)構(gòu)更加緊湊(10Carneal J P， Charette F,Fuller CR. Minimization of sound radiation from plates using adaptive tunedvibrationabsorber s[J]. Journal of Sound and Vibration,2004,270(4-5) 781-792)。上述三種懸臂梁式半主動(dòng)吸振器中的橫梁均是兩端固定，質(zhì)量塊在中間的結(jié)構(gòu)， 質(zhì)量塊的驅(qū)動(dòng)均是通過(guò)絲杠來(lái)完成的。這種結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)安裝點(diǎn)；懸臂梁的有效長(zhǎng)度只有 梁長(zhǎng)度的一半，造成了空間的閑置；要求絲杠的加工精度高，當(dāng)吸振器發(fā)揮作用時(shí)，絲杠也以共振頻率進(jìn)行振動(dòng)，磨損快，降低了吸振裝置的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種僅需單個(gè)安裝點(diǎn)、無(wú)閑置梁長(zhǎng)度、具有高抗振性和可 靠性的懸臂式半主動(dòng)吸振器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括懸臂梁、方箱、直流電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵以及主動(dòng)控 制器，懸臂梁上帶燕尾槽，懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊帶有齒條，方箱的下部帶有與懸臂梁上的燕尾 槽相匹配的梯形塊，兩部直流電機(jī)安裝在方箱兩側(cè)，安裝在直流電機(jī)軸上的傳動(dòng)齒輪與齒 條相嚙合，由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵置于方箱中，主動(dòng)控制器控制直流電機(jī)和電磁鐵。所述的方箱由與梯形塊連成一體的方箱底座和方箱上端蓋組成。懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊上的齒條是在懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊上直接加工而成。也可以是將 兩根齒條分別固定在懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊上。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主要包括帶燕尾槽和側(cè)邊齒條的懸臂梁、兩部直流電機(jī)和傳動(dòng)齒 輪、帶梯形塊的方箱、鐵芯線圈構(gòu)成的電磁鐵和主動(dòng)控制器等。其中懸臂梁的一端通過(guò)螺栓 等方式固定于待減振機(jī)器的機(jī)角等部位，從另一端起開通一定長(zhǎng)度的燕尾槽，和方箱的梯 形塊配合，作為方箱和電機(jī)組合體的滑動(dòng)軌道。方箱的作用主要是作為吸振器的可調(diào)質(zhì)量 元件以及電機(jī)的安裝平臺(tái)。方箱通過(guò)懸臂梁燕尾槽開通的一端進(jìn)入軌道，與懸臂梁組合。方 箱兩側(cè)固定兩部直流電機(jī)，電機(jī)輸出軸與懸臂梁所在平面垂直，軸上安裝的齒輪與懸臂梁 側(cè)面加工出的齒條狀輪廓嚙合。雙側(cè)同時(shí)傳動(dòng)，有利于運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。方箱由外殼和內(nèi)部 電磁鐵組成外殼可以拆裝，內(nèi)部電磁鐵的線圈兩極連接到方箱外部，電流的通斷狀態(tài)由控 制器發(fā)出的指令控制。各部分的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在懸臂梁導(dǎo)軌的作用是支撐質(zhì)量元件，提供齒條傳動(dòng)副，開通的燕尾型槽同時(shí)起到 固定質(zhì)量元件和提供滑動(dòng)軌道的作用，其最主要的意義在于作為吸振器的剛度元件，配合 質(zhì)量元件在懸臂梁上的不同位置，可以提供不同的剛度特性。懸臂梁的固定端根據(jù)調(diào)試類 似吸振器的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)成圓弧外廓，螺孔周圍以設(shè)計(jì)螺紋型號(hào)對(duì)應(yīng)的螺母外徑為直徑銑出 淺槽(沉孔)，這些設(shè)計(jì)有助于優(yōu)化懸臂梁的固定效果，減少傳遞途徑對(duì)安裝點(diǎn)的吸振效果 的消極影響。電機(jī)采用雙側(cè)布置，使整個(gè)結(jié)構(gòu)受力均勻、方箱滑動(dòng)順暢。電機(jī)由主動(dòng)控制器發(fā)出 的指令控制。兩部電機(jī)接收的指令均為同步信號(hào)。電磁鐵的作用在于當(dāng)一次調(diào)節(jié)控制完成時(shí)，開通電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，方箱和懸臂梁 配合面之間產(chǎn)生較大的磁吸引力，起到固定方箱位置的作用。主動(dòng)控制器的作用是根據(jù)懸臂梁吸振器的固有頻率與質(zhì)量元件位置的關(guān)系決定 的控制律和誤差通道傳感器拾取的誤差信號(hào)發(fā)出電機(jī)控制信號(hào)，并且控制電磁鐵電流的通 斷以配合電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。主動(dòng)控制器可以設(shè)計(jì)成基于整個(gè)隔振系統(tǒng)的多通道誤差辨識(shí)和 多通道控制信號(hào)輸出的實(shí)時(shí)綜合控制器，也可以設(shè)計(jì)成各個(gè)吸振器專用的內(nèi)置控制器。燕尾槽和梯形塊的配合面要求一定的加工平面度，保證磁力固定的效果和滑動(dòng)的 順暢?；蹆?nèi)可能無(wú)法上油潤(rùn)滑，以免引入油膜剛度影響吸振器固有頻率。另外由于燕尾
4槽屬于較開放的結(jié)構(gòu)形式，潤(rùn)滑油有溢出或滲透到懸臂梁工作面上的可能，也許會(huì)影響電 磁鐵的固定效果。懸臂梁與方箱的配合區(qū)域在開通燕尾槽之前銑出淺槽，用以限制方箱的 橫向偏移。與已有的懸臂梁式半主動(dòng)吸振器相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在1、本發(fā)明僅需要一個(gè)安裝點(diǎn)，更加利于工程實(shí)施。2、本發(fā)明整個(gè)梁的長(zhǎng)度均是可調(diào)剛度的有效長(zhǎng)度，無(wú)閑置長(zhǎng)度，拓寬了吸振頻帶。3、本發(fā)明采用齒條驅(qū)動(dòng)振動(dòng)質(zhì)量，不僅加工精度可比絲杠低，降低了成本，而且齒 條的低精度要求還提高了整個(gè)裝置的抗振性和可靠性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是方箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是齒條的結(jié)構(gòu)示意圖。
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)的描述結(jié)合圖1-圖3。本發(fā)明的懸臂式半主動(dòng)吸振器包括懸臂梁10、方箱2、直流電機(jī) 6、傳動(dòng)齒輪8、由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵5以及主動(dòng)控制器9，懸臂梁上帶燕尾槽，懸臂梁 的兩個(gè)側(cè)邊帶有齒條1，方箱的下部帶有與懸臂梁上的燕尾槽相匹配的梯形塊，兩部直流電 機(jī)安裝在方箱兩側(cè)，安裝在直流電機(jī)軸7上的傳動(dòng)齒輪與齒條相嚙合，由鐵芯與線圈構(gòu)成 的電磁鐵置于方箱中，主動(dòng)控制器控制直流電機(jī)和電磁鐵。方箱由與梯形塊連成一體的方 箱底座3和方箱上端蓋4組成。上述組成部分組合后構(gòu)成懸臂梁滑軌、質(zhì)量元件、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)組件、電磁離合裝置和 主動(dòng)控制器。其中懸臂梁滑軌一端作為螺栓連接的固定部位，另一端開通燕尾槽，其長(zhǎng)度由 設(shè)計(jì)的頻率調(diào)節(jié)范圍決定。梁的兩側(cè)加工為齒條形式，長(zhǎng)度可參考燕尾槽的長(zhǎng)度。梁上存 在兩個(gè)配合面，一是螺栓孔處，一是質(zhì)量塊與懸臂梁接觸表面的掃掠區(qū)域。這兩個(gè)配合面銑 成淺槽用于改善配合面的穩(wěn)定性。質(zhì)量元件為一方箱，有端蓋可以開啟和封閉，內(nèi)部有空腔 用于容納電磁離合裝置。端蓋有孔用于電磁離合裝置的導(dǎo)線布置。方箱下部有梯形梁狀結(jié) 構(gòu)，用于同懸臂梁上開通的燕尾槽的配合。任何的安裝或者懸掛方式，均由梯形塊與燕尾槽 的不同配合面承受主要壓力，以保護(hù)齒輪副。方箱兩側(cè)固定直流步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)輸出軸指 向有梯形梁的一側(cè)，軸端裝有齒輪，與懸臂梁兩側(cè)的齒條分別嚙合。兩部電機(jī)接受同步信 號(hào)。電磁離合裝置是由鐵芯和線圈構(gòu)成的電磁鐵，其電流的通斷由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)決定，共 同受主動(dòng)控制器發(fā)出的信號(hào)控制。安裝時(shí)將電磁鐵線圈繞組放入質(zhì)量元件內(nèi)部腔體中并做好固定，確保導(dǎo)線延伸到 外部并封閉方箱端蓋。在方箱兩側(cè)固定安裝兩部直流步進(jìn)電機(jī)，確保輸出軸的方向指向梯 形梁一側(cè)。將齒輪安裝到電機(jī)輸出軸端(鍵)，把組裝好的質(zhì)量結(jié)構(gòu)嵌入到懸臂梁上，梯形 塊對(duì)準(zhǔn)燕尾槽，兩側(cè)齒輪對(duì)準(zhǔn)兩側(cè)齒條，手動(dòng)將傳動(dòng)副和配合面組裝完畢后連接控制電路 并安裝燕尾槽端部止動(dòng)塊以及固定端的螺栓。工作時(shí)由主動(dòng)控制器根據(jù)設(shè)定的控制算法，將拾取的誤差通道信號(hào)進(jìn)行處理并輸出控制信號(hào)，令電磁離合裝置處于松脫狀態(tài)，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量元件在滑軌中運(yùn)動(dòng)，搜索或 直接實(shí)現(xiàn)指定的最佳工作點(diǎn)，最后控制電磁離合裝置鎖定質(zhì)量元件的位置。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)以離合器的松脫狀態(tài)為前提條件，離合器的鎖閉狀態(tài)以電機(jī)的待機(jī)狀態(tài)為前提條件?？?制回路的設(shè)計(jì)中考慮上述的邏輯約束，以免發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的矛盾。
權(quán)利要求
1.一種懸臂式半主動(dòng)吸振器，包括懸臂梁、方箱、直流電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、由鐵芯與線圈構(gòu) 成的電磁鐵以及主動(dòng)控制器，其特征是懸臂梁上帶燕尾槽，懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊帶有齒條， 方箱的下部帶有與懸臂梁上的燕尾槽相匹配的梯形塊，兩部直流電機(jī)安裝在方箱兩側(cè)，安 裝在直流電機(jī)軸上的傳動(dòng)齒輪與齒條相嚙合，由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵置于方箱中，主 動(dòng)控制器控制直流電機(jī)和電磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸臂式半主動(dòng)吸振器，其特征是所述的方箱由與梯形 塊連成一體的方箱底座和方箱上端蓋組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種懸臂式半主動(dòng)吸振器，其特征是懸臂梁的兩個(gè)側(cè) 邊上的齒條是在懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊上直接加工而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種懸臂式半主動(dòng)吸振器，其特征是懸臂梁的兩個(gè)側(cè) 邊上的齒條是將兩根齒條分別固定在懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊上。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種懸臂式半主動(dòng)吸振器。包括懸臂梁、方箱、直流電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵以及主動(dòng)控制器，懸臂梁上帶燕尾槽，懸臂梁的兩個(gè)側(cè)邊帶有齒條，方箱的下部帶有與懸臂梁上的燕尾槽相匹配的梯形塊，兩部直流電機(jī)安裝在方箱兩側(cè)，安裝在直流電機(jī)軸上的傳動(dòng)齒輪與齒條相嚙合，由鐵芯與線圈構(gòu)成的電磁鐵置于方箱中，主動(dòng)控制器控制直流電機(jī)和電磁鐵。本發(fā)明的一種懸臂梁式半主動(dòng)吸振器，僅需單個(gè)安裝點(diǎn)、無(wú)閑置梁長(zhǎng)度、具有高抗振性和可靠性的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16F15/03GK102116357SQ20111005748
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者盧熙群, 周盼, 張博, 張森森, 李玩幽, 率志君, 翁俊, 肖友洪, 胡寅寅 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)