專(zhuān)利名稱：高速電磁阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種高速電磁阻尼器。特別涉及一種應(yīng)用于高速末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁阻尼器，屬于減振技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為確保高速焊線機(jī)、貼片機(jī)等設(shè)備的精密工作件與工作面間接觸力控制在精確的范圍內(nèi)，電機(jī)緩沖與末端阻尼器往往在考慮范圍內(nèi)。由于設(shè)備工作頻率的提高，利用改變供電信號(hào)控制電機(jī)緩沖的難度越來(lái)越大，而且因?yàn)殡姍C(jī)自身的慣性因素，可靠性逐漸降低，這時(shí)，末端阻尼器的優(yōu)勢(shì)逐漸明顯。阻尼器可以直接影響到接觸工作面的受力狀態(tài)，其決定了設(shè)備的加工質(zhì)量，此外，其還影響到設(shè)備的使用壽命。高速執(zhí)行過(guò)程中，末端阻尼器件多采用彈簧阻尼器、永磁體磁性阻尼器、電磁阻尼器以及特種材料阻尼器。彈簧阻尼器制作簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，使用較為普遍。但隨著工作頻率急劇升高，彈簧阻尼器的頻響逐漸到達(dá)極限，而且彈簧阻尼器容易產(chǎn)生疲勞，而且伴隨噪聲，隨著設(shè)備的升級(jí)，逐漸不適用于目前的高頻加工設(shè)備。永磁體磁性阻尼器是也是目前應(yīng)用較廣的阻尼產(chǎn)品，由于極性相同的永磁面間永不接觸，理論上不存在疲勞和磨損。但永磁體阻尼器也存在一定的缺陷，其對(duì)材料要求嚴(yán)格，要求較高的矯頑力，而且由于漏磁的產(chǎn)生，也影響其應(yīng)用精度和使用壽命。特種材料阻尼器是目前研究的熱門(mén)領(lǐng)域，由于其涉及到材料領(lǐng)域，研發(fā)的過(guò)程較長(zhǎng)，參數(shù)較為單一，材料的穩(wěn)定性也存在一定的不確定性，多用在特種設(shè)備和特殊環(huán)境中，相對(duì)成本也較聞。電流的磁效應(yīng)早在一百年多年前就被人們發(fā)現(xiàn)，由此產(chǎn)生的電磁鐵得到了較為廣泛的應(yīng)用。隨著被動(dòng)阻尼器應(yīng)用的局限越來(lái)越明顯，主動(dòng)阻尼器逐漸得到產(chǎn)業(yè)界的重視。因?yàn)殡姶盆F可以通過(guò)改變經(jīng)過(guò)繞線電流，較為方便地控制磁軛間的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這也意味著可以通過(guò)外部控制，動(dòng)態(tài)改變阻尼器的阻尼力，可以更為靈活的對(duì)精密運(yùn)動(dòng)件的碰撞接觸，進(jìn)行高精度的阻尼控制，從而改善接觸面的受力狀態(tài)，使得末端器件得到良好的緩沖，提高加·工質(zhì)量和部件的使用壽命。隨著脈寬調(diào)制式(PWM)功率放大器的研制成功，解決了效率和功率之間的矛盾。國(guó)外采用PWM技術(shù)制造出了集成電路元件，如美國(guó)德州儀器和APEX公司相繼推出了 PWM型音頻功放用集成電路元件。APEX公司的SA60，效率可達(dá)97%，輸出電流達(dá)10A。Bang-Bang控制、采樣保持控制和滯后控制等多種控制方法也相繼用十電磁軸承系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)功放的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上。目前，開(kāi)關(guān)功放正在向大功率化發(fā)展，英國(guó)LDS(Ling Dynamic System Ltd)公司的SPAK開(kāi)關(guān)功放采用多個(gè)開(kāi)關(guān)功放模塊并聯(lián)，最大功率可達(dá)280kW，開(kāi)關(guān)頻率150kHz，效率達(dá)到93%，但其模塊之間存在均流問(wèn)題。新型的開(kāi)關(guān)功放正在嘗試采用DSP芯片開(kāi)發(fā)DPPC (數(shù)字脈沖功率轉(zhuǎn)換器)，它的載頻可變，頻率高達(dá)兆赫茲。目前，ANSYS軟件的不斷升級(jí)，對(duì)于有限元的分析能得到更好的模擬，對(duì)通過(guò)磁場(chǎng)的分析，從而更有效地去控制磁場(chǎng)的變化和對(duì)周?chē)骷挠绊?。同時(shí)可以利用ANSYS軟件模擬高速電磁阻尼器電磁鐵產(chǎn)生的三維磁場(chǎng)，從而仿真出電磁鐵的磁力線分布情況，然后計(jì)算出磁隙間的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，驗(yàn)證模擬的正確性。ANSYS可以給出電磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度總量和分量的分布特征，實(shí)現(xiàn)電磁鐵磁場(chǎng)的可視化。采用ADAMS對(duì)電磁阻尼減振系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)仿真分析，可以通過(guò)仿真結(jié)果，合理設(shè)置阻尼比，能夠有效抑制諧振峰值，大幅度提高低頻減振效果，并且可以對(duì)對(duì)減振平臺(tái)諧振頻率和高頻性能影響很小。采用ADAMS和MATLAB2種軟件以及傳統(tǒng)PID(比例積分微分)、不完全微分PID和模糊自調(diào)整PID3種控制方法分別對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真。因此，由電磁 鐵裝置構(gòu)成的高集成度高速可控阻尼器具備了實(shí)現(xiàn)的可能性，可以實(shí)現(xiàn)高速工作下的可編程定量控制，延展了末端阻尼器的使用范圍，降低了重復(fù)研發(fā)的時(shí)間和工業(yè)應(yīng)用的成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便于在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器末端進(jìn)行組裝，運(yùn)行可靠性高的高速電磁阻尼器。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的高速電磁阻尼器，包括有缸體、磁軛、纏繞導(dǎo)電線圈、導(dǎo)軌、導(dǎo)電墊片、導(dǎo)電滑輪、端蓋、端蓋緊固螺栓、連接桿、運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極、固定電磁鐵電極、固定電磁鐵緊固螺栓、彈簧，其中缸體為圓柱形空心結(jié)構(gòu)，一端為封閉結(jié)構(gòu)，一端為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，由磁軛纏繞導(dǎo)電線圈構(gòu)成的兩組電磁鐵裝設(shè)在缸體的兩端，兩組電磁鐵分別為固定電磁鐵及運(yùn)動(dòng)電磁鐵，其中固定電磁鐵中的磁軛通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓固定在缸體的左端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵固定在缸體的右端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的磁軛與連接桿連接，端蓋通過(guò)端蓋緊固螺栓與缸體連接，固定電磁鐵與運(yùn)動(dòng)電磁鐵間安裝有非磁性彈簧，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的導(dǎo)電線圈的兩端與導(dǎo)電滑輪連接，導(dǎo)電滑輪嵌入缸體所設(shè)的導(dǎo)軌中，且與導(dǎo)軌內(nèi)的導(dǎo)電墊片相接觸，導(dǎo)電墊片與運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極相連，固定電磁鐵中的導(dǎo)電線圈兩端穿過(guò)缸體左端面與固定電磁鐵電極相連。上述電磁鐵緊固螺栓穿過(guò)缸體的左端面將固定電磁鐵中的磁軛固定在缸體的左端。上述缸體的幾何中心線與磁軛、彈簧、端蓋以及連接桿的各幾何中心線均在同一
直線上。上述缸體的柱面軸對(duì)稱開(kāi)有4個(gè)定位孔，4個(gè)定位孔上分別裝設(shè)有定位螺栓，端蓋上還設(shè)有對(duì)稱設(shè)置、并能貫穿端蓋緊固螺栓的通孔。上述缸體的左端面也設(shè)有裝設(shè)固定電磁鐵緊固螺栓的通孔。上述缸體的左端面設(shè)有穿設(shè)運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極及固定電磁鐵電極的通孔。上述導(dǎo)電滑輪嵌入導(dǎo)軌內(nèi)，導(dǎo)電墊片能沿導(dǎo)軌一維自由滑動(dòng)。上述固定電磁鐵的磁軛為圓柱體，磁軛通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓固定在缸體的左端，且磁軛的幾何中心線與缸體的幾何中心線在同一直線上。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)I)本實(shí)用新型通過(guò)彈簧和電磁鐵磁場(chǎng)對(duì)機(jī)構(gòu)減振，未使用永磁體材料，避免了消磁的影響。2)本實(shí)用新型利用彈簧力和電磁鐵斥力作為阻尼力，根據(jù)胡克定律可知，彈簧彈力屬于線性力，然而電磁鐵斥力屬于非線性力變化，所以總阻尼力為線性力與非線性力的耦合，可以得到更好的變化曲線，提高減振質(zhì)量。3)本實(shí)用新型使用電磁鐵可以通過(guò)可編程電流源實(shí)時(shí)改變磁場(chǎng)，電磁阻尼力可以根據(jù)具體的情況設(shè)定，做到實(shí)時(shí)控制，優(yōu)化阻尼系數(shù)，提高減振效果，擴(kuò)大器件的使用范圍。4)本實(shí)用新型阻尼器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，將電磁鐵、彈簧、連接桿、缸體等部件集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，便于在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器末端進(jìn)行組裝，運(yùn)行可靠性高。本實(shí)用新型是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的高速電磁阻尼器。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型安裝在高速運(yùn)動(dòng)執(zhí)行末端夾具時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實(shí)用新型的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3所示，本實(shí)用新型的高速電磁阻尼器，包括有缸體I、磁軛2、纏繞導(dǎo)電線圈3、導(dǎo)軌5、導(dǎo)電墊片6、導(dǎo)電滑輪7、端蓋8、端蓋緊固螺栓9、連接桿10、運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極11、固定電磁鐵電極12、固定電磁鐵緊固螺栓13、彈簧14，其中缸體I為圓柱形空心結(jié)構(gòu)，一端為封閉結(jié)構(gòu)，一端為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，由磁軛2纏繞導(dǎo)電線圈3構(gòu)成的電磁鐵分別裝設(shè)在缸體I的兩端，裝設(shè)在缸體I的兩端的兩組電磁鐵分別為固定電磁鐵及運(yùn)動(dòng)電磁鐵，其中固定電磁鐵中的磁軛2通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓13固定在缸體I的左端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵固定在缸體I的右端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的磁輒2與連接桿10連接，端蓋8通過(guò)端蓋緊固螺栓9與缸體I連接，固定電磁鐵與運(yùn)動(dòng)電磁鐵間安裝有非磁性彈簧14，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的導(dǎo)電線圈3的兩端與導(dǎo)電滑輪7連接，導(dǎo)電滑輪7嵌入缸體I所設(shè)的導(dǎo)軌5中，且與導(dǎo)軌5內(nèi)的導(dǎo)電墊片6相接觸,導(dǎo)電墊片6與運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極11相連，固定電磁鐵中的導(dǎo)電線圈3兩端穿過(guò)缸體I左端面與固定電磁鐵電極12相連。本實(shí)施例中，上述電磁鐵緊固螺栓13穿過(guò)缸體I的左端面將固定電磁鐵中的磁軛2固定在缸體I的左端。此外，上述缸體I的幾何中心線與磁軛2、彈簧14、端蓋8以及連接桿10的各幾何中心線均在同一直線上。本實(shí)施例中，上述缸體I的柱面軸對(duì)稱開(kāi)有4個(gè)定位孔，4個(gè)定位孔上分別裝設(shè)有定位螺栓4，端蓋8上設(shè)有對(duì)稱設(shè)置、并能貫穿端蓋緊固螺栓9的通孔。另外，上述缸體I的左端面也設(shè)有裝設(shè)固定電磁鐵緊固螺栓13的通孔。本實(shí)施例中，上述缸體I的左端面設(shè)有穿設(shè)運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極11及固定電磁鐵電極12的通孔。本實(shí)施例中，上述導(dǎo)電滑輪7嵌入導(dǎo)軌5內(nèi)，導(dǎo)電墊片6能沿導(dǎo)軌5 —維自由滑動(dòng)。本實(shí)施例中，上述固定電磁鐵的磁軛2為圓柱體，磁軛2通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓13固定在缸體I的左端，且磁軛2的幾何中心線與缸體I的幾何中心線在同一直線上。[0035]本實(shí)用新型安裝時(shí)，將阻尼器固定到執(zhí)行末端夾具15上，通過(guò)定位螺栓4，穿過(guò)末端定位夾具15，進(jìn)行固定。將雙輸出可編程電源16的兩對(duì)輸出線，分別連接到兩對(duì)電極11、12，根據(jù)具體使用要求，選擇末端執(zhí)行器固定在連接桿10上即可。雙輸出可編程電源輸出端分別接阻尼器內(nèi)兩個(gè)電磁鐵的兩極，電流流入兩個(gè)電磁鐵線圈的方向相反。本實(shí)用新型的工作原理如下在高速工作接觸時(shí)，連接桿對(duì)工作面形成沖擊，由于執(zhí)行器制動(dòng)距離往往超過(guò)預(yù)定停止為止一定距離，即阻尼器下沖Λ d。為了緩沖連接桿對(duì)于接觸面多余的沖擊力，在連接桿遇到接觸面停止時(shí)，阻尼器雖然下沖Λ d距離，但連接桿不再下沖，僅固定電磁鐵會(huì)繼續(xù)下行Λ d，在此過(guò)程中，彈簧彈力與電磁鐵間斥力將對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行緩沖，使得連接桿與接觸面的沖擊力控制在精確的范圍內(nèi)。有電流的磁效應(yīng)原理可知，通過(guò)可編程電流源，完全可以實(shí)現(xiàn)電磁阻尼的瞬態(tài)控制。而在執(zhí)行機(jī)構(gòu)回程與進(jìn)程加速過(guò)程時(shí)，通過(guò)可編程電流源也可瞬間改變其間磁性斥力，使得阻尼器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng)一致，使其應(yīng)用的頻域更廣，達(dá)到良好的緩沖減振作用，同時(shí)期工作頻率可以超過(guò)30L/s，通過(guò)合理的控制編程，還可以進(jìn)一步提高。本實(shí)用新型阻尼器高速工作過(guò)程中，加速階段，可編程電流源供給特定電流，電磁鐵產(chǎn)生反向斥力，結(jié)合彈簧的彈力，給予活動(dòng)端電磁鐵同等的加速度，當(dāng)阻尼器端桿即將接觸到工作面時(shí)，可編程電源改變供給電流，調(diào)整電磁鐵間斥力大小，結(jié)合彈簧的彈力，為下沖一段距離的端桿提供阻尼力，防止端桿在接觸面過(guò)沖，造成界面損壞。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)可編程電源，控制工作器件在運(yùn)動(dòng)、接觸過(guò)程中的阻尼力，通過(guò)編程，可以實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)動(dòng)下的實(shí)時(shí)控制，將端桿與工作面間的接觸力控制在較為精確的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高速電磁阻尼器，其特征在于包括有缸體(I)、磁軛(2)、纏繞導(dǎo)電線圈(3)、導(dǎo)軌(5)、導(dǎo)電墊片(6)、導(dǎo)電滑輪(7)、端蓋(8)、端蓋緊固螺栓(9)、連接桿(10)、運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極(11)、固定電磁鐵電極(12)、固定電磁鐵緊固螺栓(13)、彈簧(14)，其中缸體(I)為圓柱形空心結(jié)構(gòu)，一端為封閉結(jié)構(gòu)，一端為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，由磁軛(2)纏繞導(dǎo)電線圈(3)構(gòu)成的兩組電磁鐵裝設(shè)在缸體(I)的兩端，兩組電磁鐵分別為固定電磁鐵及運(yùn)動(dòng)電磁鐵，其中固定電磁鐵中的磁軛(2 )通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓(13 )固定在缸體(I)的左端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵固定在缸體(I)的右端，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的磁軛(2)與連接桿(10)連接，端蓋(8)通過(guò)端蓋緊固螺栓(9)與缸體(I)連接，固定電磁鐵與運(yùn)動(dòng)電磁鐵間安裝有非磁性彈簧(14)，運(yùn)動(dòng)電磁鐵中的導(dǎo)電線圈(3)的兩端與導(dǎo)電滑輪(7)連接，導(dǎo)電滑輪(7)嵌入缸體(I)所設(shè)的導(dǎo)軌(5)中，且與導(dǎo)軌(5)內(nèi)的導(dǎo)電墊片(6)相接觸，導(dǎo)電墊片(6)與運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極(11)相連，固定電磁鐵中的導(dǎo)電線圈(3)兩端穿過(guò)缸體(I)左端面與固定電磁鐵電極(12)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述電磁鐵緊固螺栓(13)穿過(guò)缸體(I)的左端面將固定電磁鐵中的磁軛(2)固定在缸體(I)的左端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述缸體(I)的幾何中心線與磁軛(2)、彈簧(14)、端蓋(8)以及連接桿(10)的各幾何中心線均在同一直線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述缸體(I)的柱面軸對(duì)稱開(kāi)有4個(gè)定位孔，4個(gè)定位孔上分別裝設(shè)有定位螺栓(4)，端蓋(8)上設(shè)有對(duì)稱設(shè)置、并能貫穿端蓋緊固螺栓(9)的通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述缸體(I)的左端面也設(shè)有裝設(shè)固定電磁鐵緊固螺栓(13)的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述缸體(I)的左端面設(shè)有穿設(shè)運(yùn)動(dòng)電磁鐵電極(11)及固定電磁鐵電極(12 )的通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述導(dǎo)電滑輪(7)嵌入導(dǎo)軌(5)內(nèi)，導(dǎo)電墊片(6)能沿導(dǎo)軌(5) —維自由滑動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速電磁阻尼器，其特征在于上述固定電磁鐵的磁軛(2)為圓柱體，磁軛(2 )通過(guò)固定電磁鐵緊固螺栓(13 )固定在缸體(I)的左端，且磁軛(2 )的幾何中心線與缸體(I)的幾何中心線在同一直線上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種高速電磁阻尼器。包括缸體、導(dǎo)電線圈、磁軛、導(dǎo)軌、導(dǎo)電墊片、導(dǎo)電滑輪、連接桿、端蓋。缸體兩側(cè)分別裝有固定及可軸向運(yùn)動(dòng)的可控電磁鐵，電磁鐵由軟鐵磁軛和導(dǎo)電線圈組成，導(dǎo)電線圈的繞向相反，通入同向直流電時(shí)產(chǎn)生相斥磁力，形成磁性阻尼。固定電磁鐵與運(yùn)動(dòng)電磁鐵供電電極均在缸體的左端，其中運(yùn)動(dòng)電磁鐵線圈兩端連接兩個(gè)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)電滑輪，限制在缸體內(nèi)部滑槽中運(yùn)動(dòng)，滑槽底部鋪設(shè)導(dǎo)電墊片，導(dǎo)電滑輪與導(dǎo)電墊片接觸，導(dǎo)電墊片與外部電極連接。運(yùn)動(dòng)電磁鐵的磁軛與連接桿一體，與連接桿隨動(dòng)。缸體右端由端蓋封閉，兩塊電磁鐵間由非磁性彈簧連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便于在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器末端進(jìn)行組裝，運(yùn)行可靠性高。
文檔編號(hào)F16F7/00GK202746472SQ201220240079
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月26日
發(fā)明者王晗, 陳新, 陳新度, 劉強(qiáng), 李克天, 趙蓉麗, 楊志軍, 夏鴻建, 歐陽(yáng)祥波, 朱自明, 李炯杰, 嚴(yán)志彬 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)