本發(fā)明屬于半主動式吸振器，具體涉及一種機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器。屬于機(jī)械振動領(lǐng)域。具體可應(yīng)用于發(fā)動機(jī)吸振與柔性機(jī)械臂吸振等多種場合。

背景技術(shù)：

機(jī)器在運(yùn)行過程中經(jīng)常會產(chǎn)生有害振動。這種有害振動可能會干擾精密機(jī)械的運(yùn)行、引起操作人員的不適，甚至造成機(jī)構(gòu)的損傷。

例如，車輛發(fā)動機(jī)在工作過程中會因?yàn)樽陨磉\(yùn)作與路面顛簸而產(chǎn)生振動。這種振動通過車體結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至駕駛艙，使駕駛艙內(nèi)產(chǎn)生噪聲與抖動。若駕駛員長時(shí)間處于這種噪聲與抖動之中，就極易產(chǎn)生視覺疲勞、精神不集中以及肢體麻木等不良反應(yīng)。這很容易導(dǎo)致交通安全事故。

再例如，柔性機(jī)械臂在運(yùn)行過程中會因?yàn)樨?fù)載與驅(qū)動力的變化導(dǎo)致柔性臂發(fā)生反復(fù)形變，從而產(chǎn)生振動。這種振動會會影響機(jī)械臂末端的定位精度，振動幅度過大時(shí)，甚至可能導(dǎo)致機(jī)械臂的控制系統(tǒng)失穩(wěn)。

為減少有害振動對于機(jī)器與人員的影響，主要有兩種方法被應(yīng)用于振動控制，即隔振與吸振。

例如，目前，大部分車輛采用隔振的方法來消減發(fā)動機(jī)振動對于駕駛艙的影響，具體做法是在發(fā)動機(jī)與車架間添加懸置，從而減少發(fā)動機(jī)傳導(dǎo)至駕駛艙的振動。但是這種方式十分被動，在面對不同的發(fā)動機(jī)工況與不同的路況時(shí)，減振效果差異很大，因此減振效果一般。而在柔性機(jī)械臂的場合，振動源自于系統(tǒng)整體，無法選出一部分作為振源進(jìn)行隔離，所以無法應(yīng)用隔振法。

吸振是進(jìn)行振動控制的另一項(xiàng)重要技術(shù)。這種方法通過在被控對象的特定部位附加一個(gè)具有質(zhì)量和剛度的子系統(tǒng)，即動力吸振器，來改變被控對象的振動狀態(tài)，將被控對象上的振動能量轉(zhuǎn)移到子系統(tǒng)上，再通過子系統(tǒng)的阻尼將振動能量耗散掉，從而達(dá)到減振的目的。改變該子系統(tǒng)的動力參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式及與被控對象的耦合關(guān)系，就可以有效吸收各種工況下的振動。動力吸振器主要可以劃分為三種類型：被動式吸振器、半主動式吸振器和主動式吸振器。其中半主動吸振器具有吸振頻帶寬、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，已成為吸振技術(shù)的重要發(fā)展方向。

通常情況下，線性振動理論被用于吸振器的數(shù)學(xué)建模與控制。但實(shí)際工程中，很多振動不能單純地視為線性振動。

例如，某些特種發(fā)動機(jī)的振動形式復(fù)雜，振動頻帶寬。這種振動不能簡單地視為線性振動的疊加，必須考慮振動中的非線性項(xiàng)；柔性機(jī)械臂是一個(gè)剛?cè)狁詈系膹?fù)雜動力學(xué)系統(tǒng)，而柔性臂作為其重要組成部分具有很強(qiáng)的非線性，因此柔性機(jī)械臂的振動也具有很強(qiáng)的非線性。

因此，使用非線性振動理論來進(jìn)行吸振器的建模與控制是值得研究的。

內(nèi)共振為非線性振動系統(tǒng)特有的現(xiàn)象。對于振動系統(tǒng)中的兩個(gè)固有頻率，在滿足內(nèi)共振條件時(shí)，兩個(gè)振動模態(tài)強(qiáng)烈地耦合，發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動的現(xiàn)象，稱為非線性系統(tǒng)振動的內(nèi)共振現(xiàn)象。通過內(nèi)共振可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同模態(tài)之間的能量傳遞。如果某一階內(nèi)共振模態(tài)存在著一定的阻尼，那么該模態(tài)就會利用內(nèi)共振所建立的能量交換機(jī)制不斷從其它內(nèi)共振模態(tài)那里獲取能量并且通過阻尼耗散其振動能量。因此可以通過內(nèi)共振來實(shí)現(xiàn)被控對象的吸振。

磁流變彈性體是一種高分子化合物與磁性顆?；旌辖M成的復(fù)合材料。將微米級別的磁性顆粒投入到高分子化合物中，攪拌均勻，放置在強(qiáng)磁場下進(jìn)行固化后可制成磁流變彈性體。改變通過磁流變彈性體的磁場的強(qiáng)度，就可以改變磁流變彈性體的剛度。利用這一特性，可以使用磁流變彈性體制作剛度可控，即固有頻率可控的吸振器。

磁流變彈性體兼有彈性體和磁流變材料的特點(diǎn)，具有可逆性、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好并且其模量變化對于磁場變化的響應(yīng)十分迅速。但是磁流變彈性體的磁致模量變化范圍只有2mpa左右，單純地改變磁流變彈性體的剛度并不足以使吸振器適應(yīng)各種被控對象。

為解決以上問題，本發(fā)明提出一種“機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器”，調(diào)節(jié)吸振器的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以使其適應(yīng)不同的被控對象。吸振器工作時(shí)，通過控制磁流變彈性體的剛度來控制自身的固有頻率，與被控對象構(gòu)成內(nèi)共振系統(tǒng)，吸收被控對象振動的能量并由阻尼耗散掉，達(dá)到減小被控對象振動的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨減小機(jī)器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的有害振動對于機(jī)器與人員的不良影響，提出了一種機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器。這種吸振器通過控制磁流變彈性體的剛度來控制自身的固有頻率，與被控對象構(gòu)成內(nèi)共振系統(tǒng)，吸收被控對象振動的能量并由阻尼耗散掉，達(dá)到減小被控對象振動的目的。并且，針對磁流變彈性體的磁致模量變化范圍不大的缺陷，本發(fā)明在吸振器結(jié)構(gòu)中加入了機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，使得吸振器可以適應(yīng)多種類型的被控對象。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器，包括被控對象與安裝在被控對象上的吸振器；吸振器通過四個(gè)螺釘安裝在被控對象的固定孔上。

吸振器包括1個(gè)安裝基座、1個(gè)轉(zhuǎn)軸座、1個(gè)擺動振子以及勵磁控制部分；吸振器與發(fā)動機(jī)連接用的安裝孔位于安裝基座上；轉(zhuǎn)軸座通過螺釘固定在安裝基座上；擺動振子通過1個(gè)轉(zhuǎn)軸螺釘與轉(zhuǎn)軸座連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動副。

勵磁控制部分包括1個(gè)勵磁裝置底板、1個(gè)磁流變彈性體、1個(gè)磁流變彈性體固定件、1個(gè)磁流變彈性體振子連接件、1個(gè)c型鎖緊件、1個(gè)蝶形螺釘、1個(gè)導(dǎo)磁鐵芯、2個(gè)鐵芯固定座、2個(gè)鐵芯固定板、1個(gè)勵磁線圈、4個(gè)t型槽螺栓、4個(gè)蝶形螺母；導(dǎo)磁鐵芯包括導(dǎo)磁鐵芯主體與導(dǎo)磁鐵芯支臂，這兩部分通過螺釘固定；勵磁線圈套在導(dǎo)磁鐵芯主體上，并通過螺釘固定在勵磁裝置底板上；兩組鐵芯固定座與鐵芯固定板夾住導(dǎo)磁鐵芯，并通過螺釘螺母夾緊，使鐵芯固定座與導(dǎo)磁鐵芯固定在一起；兩個(gè)鐵芯固定座通過螺釘固定在勵磁裝置底板上，使得導(dǎo)磁鐵芯與勵磁裝置底板相對固定。磁流變彈性體固定件通過螺釘固定在勵磁裝置底板上；磁流變彈性體的一面與磁流變彈性體固定件通過專用膠粘接固定在一起；磁流變彈性體的另一面與磁流變彈性體振子連接件通過專用膠粘接固定在一起；磁流變彈性體振子連接件通過一個(gè)轉(zhuǎn)軸螺釘與c型鎖緊件連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動副；c型鎖緊件套在擺動振子桿部，形成一個(gè)移動副，同時(shí)使用蝶形螺釘固定移動位置，固定后擺動振子的擺動就受到磁流變彈性體的限制，并且擺動振子桿部刻有刻度，可以精確指示c型鎖緊件在擺動振子桿部的位置；勵磁裝置底板通過4個(gè)t型槽螺栓與安裝基座上的2個(gè)t型槽連接，形成一個(gè)移動副，同時(shí)使用蝶形螺母固定移動位置。

擺動振子可繞其轉(zhuǎn)軸做擺動，并由磁流變彈性體為其提供回復(fù)力與阻尼，因此擺動振子在磁流變彈性體的限制下做小幅度擺動振動，構(gòu)成了吸振器的振動系統(tǒng)。調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，使吸振器與發(fā)動機(jī)構(gòu)成內(nèi)共振系統(tǒng)，吸收被控對象振動的能量并由阻尼耗散掉，達(dá)到減小被控對象振動的目的；

當(dāng)c型鎖緊件與擺動振子間的移動副以及勵磁裝置底板與安裝基座間的移動副均未鎖緊時(shí)，可以調(diào)節(jié)磁流變彈性體與擺動振子相互作用的位置，這改變了振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而可以在比較大的范圍內(nèi)改變吸振器的固有頻率，鎖緊兩個(gè)移動副后，吸振器就有了一個(gè)基本固有頻率；在基本固有頻率的基礎(chǔ)上，通過磁流變彈性體在一定范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率；

勵磁電流通過勵磁線圈產(chǎn)生磁場，該磁場經(jīng)由導(dǎo)磁鐵芯的引導(dǎo)穿過磁流變彈性體。通過控制勵磁電流的大小就可以在一定范圍內(nèi)精確控制磁流變彈性體剛度的大小，即在一定范圍內(nèi)精確控制了振動系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可以在一定范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率；

在安裝吸振器前，根據(jù)被控對象調(diào)整并固定磁流變彈性體與擺動振子相互作用的位置；吸振器工作時(shí)，通過控制磁流變彈性體的剛度來精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，與被控對象構(gòu)成內(nèi)共振系統(tǒng)，吸收被控對象振動的能量并由阻尼耗散掉，達(dá)到減小被控對象振動的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明通過內(nèi)共振構(gòu)造被控對象與吸振器間的能量交換通道，可以有效吸收被控對象產(chǎn)生的振動。

2.本發(fā)明使用磁流變彈性體對吸振器的固有頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以適應(yīng)被控對象工況的快速變化。

3.本發(fā)明為了克服了磁流變彈性體磁致模量變化范圍較小的缺點(diǎn)，采用了先機(jī)械調(diào)節(jié)再電磁控制的雙級調(diào)節(jié)的方式，使吸振器既可以適應(yīng)多種類型的被控對象，又可以精確控制自身的固有頻率，以確保吸振的效果，大大提高了吸振器的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器的安裝示意圖。

圖2a、b為擺動振子安裝示意圖。

圖3為一種機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器的示意圖。

圖4為導(dǎo)磁鐵芯示意圖。

圖5為導(dǎo)磁裝置示意圖。

圖6為導(dǎo)磁鐵芯固定座安裝示意圖。

圖7為擺動振子與磁流變彈性體連接示意圖。

圖8為勵磁裝置底板與安裝基座形成的移動副示意圖。

圖9為機(jī)械調(diào)節(jié)吸振器基本固有頻率示意圖。

圖10本發(fā)明減振裝置實(shí)際工作原理圖。

附圖中：1、被控對象，2、安裝基座，3、擺動振子，4、轉(zhuǎn)軸座，5、c型鎖緊件，6、磁流變彈性體振子連接件，7、蝶形螺釘，8、磁流變彈性體，9、磁流變彈性體固定件，10、勵磁裝置底板，11、蝶形螺母，12、t型槽螺栓，13、鐵芯固定座，14、鐵芯固定板，15、導(dǎo)磁鐵芯主體，16、勵磁線圈，17、導(dǎo)磁鐵芯支臂，18、程控電源，19、計(jì)算機(jī)，20、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，21、電荷放大器，22、加速度傳感器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖與實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種機(jī)械調(diào)節(jié)與電磁控制相結(jié)合的半主動式吸振器通過四個(gè)螺釘安裝在被控對象1上；吸振器包括安裝基座2、擺動振子3、轉(zhuǎn)軸座4以及勵磁控制部分；轉(zhuǎn)軸座4通過螺釘固定在安裝基座2上；

如圖2-a、b所示，擺動振子3通過1個(gè)轉(zhuǎn)軸螺釘與轉(zhuǎn)軸座4連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動副。

如圖3所示，勵磁控制部分包括c型鎖緊件5、磁流變彈性體振子連接件6、蝶形螺釘7、磁流變彈性體8、磁流變彈性體固定件9、勵磁裝置底板10、蝶形螺母11、t型槽螺栓12、鐵芯固定座13、鐵芯固定板14、導(dǎo)磁鐵芯主體15、勵磁線圈16、導(dǎo)磁鐵芯支臂17；

如圖4所示，導(dǎo)磁鐵芯主體15與導(dǎo)磁鐵芯支臂17組成導(dǎo)磁鐵芯，這兩部分通過螺釘固定在一起；

如圖5所示，勵磁線圈16套在導(dǎo)磁鐵芯主體15上，并通過螺釘固定在勵磁裝置底板10上；兩組鐵芯固定座13與鐵芯固定板14夾住導(dǎo)磁鐵芯，并通過螺釘螺母夾緊，使鐵芯固定座13與導(dǎo)磁鐵芯固定在一起；

如圖6所示，兩個(gè)鐵芯固定座13通過螺釘固定在勵磁裝置底板10上，使得導(dǎo)磁鐵芯與勵磁裝置底板10相對固定；

如圖7所示，磁流變彈性體固定件9通過螺釘固定在勵磁裝置底板10上；磁流變彈性體8的一面與磁流變彈性體固定件9通過專用膠粘接固定在一起；磁流變彈性體8的另一面與磁流變彈性體振子連接件6通過專用膠粘接固定在一起；磁流變彈性體振子連接件6通過一個(gè)轉(zhuǎn)軸螺釘與c型鎖緊件5連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動副；c型鎖緊件5套在擺動振子3桿部，形成一個(gè)移動副，同時(shí)使用蝶形螺釘7固定移動位置，固定后擺動振子3的擺動就受到磁流變彈性體8的限制，并且擺動振子3桿部刻有刻度，可以精確指示c型鎖緊件5在擺動振子3桿部的位置；

如圖8所示，勵磁裝置底板10通過4個(gè)t型槽螺栓12與安裝基座2上的2個(gè)t型槽連接，形成一個(gè)移動副，同時(shí)使用4個(gè)蝶形螺母11與4個(gè)鎖緊墊圈固定移動位置。

擺動振子3可繞其轉(zhuǎn)軸做擺動，并由磁流變彈性體8為其提供回復(fù)力與阻尼，因此擺動振子3在磁流變彈性體8的限制下做小幅度擺動振動，構(gòu)成了吸振器的振動系統(tǒng)。調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，使吸振器與被控對象構(gòu)成內(nèi)共振系統(tǒng)，吸收被控對象振動的能量并由阻尼耗散掉，達(dá)到減小被控對象振動的目的；

如圖9所示，當(dāng)c型鎖緊件5與擺動振子3間的移動副，以及勵磁裝置底板10與安裝基座2間的移動副均未鎖緊時(shí)，可以調(diào)節(jié)磁流變彈性體8與擺動振子3相互作用的位置，這改變了振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而可以在比較大的范圍內(nèi)改變吸振器的固有頻率，鎖緊兩個(gè)移動副后，吸振器就有了一個(gè)基本固有頻率；在基本固有頻率的基礎(chǔ)上，通過磁流變彈性體在一定范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率；

勵磁電流通過勵磁線圈16產(chǎn)生磁場，該磁場經(jīng)由導(dǎo)磁鐵芯的引導(dǎo)穿過磁流變彈性體8。通過控制勵磁電流的大小就可以在一定范圍內(nèi)精確控制磁流變彈性體8剛度的大小，即在一定范圍內(nèi)精確控制了吸振器振動系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可以在一定范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率；

如圖10所示，本發(fā)明中吸振器實(shí)際工作原理圖還包括，程控電源18、計(jì)算機(jī)19、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)20、電荷放大器21和加速度傳感器22。加速度傳感器22采集發(fā)動機(jī)振動的反饋信號，該信號經(jīng)過電荷放大器21放大，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)20采集該信號，傳給計(jì)算機(jī)19進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)19根據(jù)處理結(jié)果向程控電源18發(fā)送控制信號，改變勵磁線圈16中的勵磁電流，調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，使得吸振器與被控對象1可以持續(xù)形成內(nèi)共振，保證最大程度的吸振效果。

本發(fā)明利用內(nèi)共振方法控制被控對象的振動，該方法具體步驟如下:

1.在安裝吸振器前，根據(jù)被控對象的種類與型號調(diào)整并固定磁流變彈性體8與擺動振子3相互作用的位置，確定吸振器的基本固有頻率，使之大致為被控對象工作時(shí)的固有頻率的一半；

2.將吸振器與加速度傳感器22正確安裝到被控對象上；

3.被控對象工作時(shí)，加速度傳感器22采集發(fā)動機(jī)振動的反饋信號，該信號經(jīng)過電荷放大器21放大，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)20采集該信號，傳給計(jì)算機(jī)19進(jìn)行處理；

4.計(jì)算機(jī)19根據(jù)處理結(jié)果向程控電源18發(fā)送控制信號，改變勵磁線圈16中的勵磁電流，從而通過改變磁流變彈性體8的剛度來精確調(diào)節(jié)吸振器的固有頻率，使得吸振器與被控對象1可以持續(xù)形成內(nèi)共振，并不斷耗散振動能量，保證最大程度的減振。