一種高線性度電磁式半主動吸振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高線性度電磁式半主動吸振器，包括導磁外筒、安裝在導磁外筒兩端的上端蓋和下端蓋、設置在導磁外筒內的銜鐵、中心軸，導磁外筒的內表面、銜鐵的外表面均設置有齒圈，銜鐵的上端與上端蓋之間設置有第一彈簧，銜鐵的下端與下端蓋之間設置有第二彈簧，中心軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內六角螺栓與下端蓋固定連接，中心軸與銜鐵之間設置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設置有凹槽，凹槽中纏繞有線圈，線圈的導線穿過銜鐵上設置的引線孔后、繞過中心軸、沿著下端蓋上設置的導線槽伸出至下端蓋外部。本發(fā)明具有極高的線性度，高線性度電磁剛度的實現(xiàn)使得本發(fā)明所實現(xiàn)的線性區(qū)域更寬，故而吸振器銜鐵允許行程亦隨之加大。
【專利說明】
-種高線性度電磁式半主動吸振器
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種吸振器，尤其設及一種高線性度電磁式半主動吸振器，屬于振動 控制領域。
【背景技術】
[0002] 電磁式半主動吸振器是一種在一定范圍內頻率可調的半主動吸振器，其基本原理 是通過調節(jié)勵磁電流，改變吸振器的電磁彈黃剛度，從而達到改變吸振器固有頻率使其跟 蹤被控頻率的目的。相比于其它類型半主動隔振器，其具有機構緊湊、安裝方便、調諧迅速 等優(yōu)點（[1]馮肖肖.電磁式半主動吸振器設計及實驗研究[D].哈爾濱工程大學，2013)。然 而，電磁式半主動隔振器所產生的電磁剛度僅在靜平衡位置兩側的很小一段范圍內為線性 特性，當動子偏離平衡位置稍大時，會產生很強的非線性，運一點使其實際應用受到很大的 局限。
[0003] 申請公布號為CN 102364156 AW及授權公告號為CN 102410336 B的中國專利分 別提供了一種封閉結構線圈內置式半主動吸振器W及一種封閉結構線圈外置式半主動吸 振器。運兩種電磁式半主動吸振器的磁齒結構W及原理相同，在勵磁線圈通電時，外殼體、 銜鐵、氣隙構成的封閉磁路中形成磁場，銜鐵與外殼體的臨近位置皆加工有相同齒寬、齒距 W及齒數的齒形結構，在銜鐵與外殼體發(fā)生相對運動時，軸向便產生了試圖使相對位移消 除的電磁力。然而，運兩種電磁式半主動吸振器僅在平衡位置附近很小的一段范圍內具有 較好的線性度，在相對偏置稍大時，其非線性剛度會更加明顯。非線性的存在不但會使吸振 器的動力學特性更為復雜，而且亦使得半主動控制更加困難，大大影響了電磁式半主動吸 振器的實際應用。
[0004] 授權公告號為CN 103573908 B的中國專利提供了一種半主動/全主動一體化式電 磁吸振器，其突出之處在于：當勵磁線圈通W直流，激勵線圈斷開，定子與動子之間發(fā)生相 對豎向位移時，氣隙中磁感線發(fā)生扭曲，產生反方向的磁拉力，形成電磁剛度，該電磁剛度 可通過調節(jié)通入勵磁線圈電流大小調節(jié)，實現(xiàn)半主動吸振；當勵磁線圈通W直流電流，激勵 線圈通有控制電流時，實現(xiàn)主動吸振。然而，其磁拉力產生時所帶來的附加非線性剛度問題 依舊未予解決。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了提供一種高線性度電磁式半主動吸振器。
[0006] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：包括導磁外筒、安裝在導磁外筒兩端的上端蓋和下 端蓋、設置在導磁外筒內的銜鐵、中屯、軸，導磁外筒的內表面、銜鐵的外表面均設置有齒圈， 銜鐵的上端與上端蓋之間設置有第一彈黃，銜鐵的下端與下端蓋之間設置有第二彈黃，中 屯、軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內六角螺栓與下端蓋固定連接，中屯、軸與銜鐵 之間設置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設置有凹槽，凹槽中纏繞有線圈，線圈的端部穿 過銜鐵上設置的引線孔后、繞過中屯、軸、沿著下端蓋上設置的導線槽伸出至下端蓋外部。
[0007] 本發(fā)明還包括運樣一些結構特征：
[0008] 1.所述導磁外筒內表面的齒圈的齒寬大于銜鐵外表面的齒圈的齒寬。
[0009] 2.所述第二彈黃有四個，對稱設置在銜鐵的下端與下端蓋之間。
[0010] 3.所述上端蓋上還設置有限制銜鐵運動的限位螺栓。
[0011] 4.所述下端蓋外部設置有護線板，線圈的端部穿過護線板后伸至外部。
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：1、不同于傳統(tǒng)的等齒寬結構，本發(fā)明中銜 鐵齒圈的齒寬與導磁外筒齒圈的齒寬并不相等，而是滿足某一特定比例關系，此種設計使 得所實現(xiàn)的電磁剛度具有極高的線性度，運是現(xiàn)有電磁式吸振器所不能做到的；2、相比于 傳統(tǒng)電磁式吸振器，在同等條件下，高線性度電磁剛度的實現(xiàn)使得本發(fā)明所實現(xiàn)的線性區(qū) 域更寬，故而吸振器銜鐵允許行程亦隨之加大。3、在對導線的處理上，本發(fā)明電磁式半主動 吸振器采取環(huán)繞中屯、軸的方式布置，如此一來，相比于傳統(tǒng)引出方式，線圈受往復運動而導 致斷裂的可能性被大大降低。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的下端蓋的結構示意圖；
[0015] 圖3(a)是本發(fā)明的磁齒結構示意圖，圖3(b)是傳統(tǒng)的磁齒結構示意圖；
[0016] 圖4是吸振器在不同齒寬比下的力-位移曲線圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0018] 實施例一:結合圖1~2,本發(fā)明電磁式半主動吸振器主要包括上端蓋13、導磁外筒 14、銜鐵05、中屯、軸07、下端蓋03等部分。導磁外筒14分別通過內六角螺栓09、內六角螺栓17 與上端蓋13、下端蓋03相連接，組成本發(fā)明吸振器的外殼體。作為吸振質量，銜鐵05分別通 過第一機械彈黃11W及第二機械彈黃04與上端蓋13W及下端蓋03相連接，銜鐵與彈黃連接 部位皆設計有安裝槽或者定位盤16。中屯、軸07從上到下先后穿過上端蓋13、銜鐵05,最后通 過內六角螺栓20與下端蓋固定，用W保證銜鐵在工作時始終沿著軸向運動。為降低摩擦力， 銜鐵05與中屯、軸07之間安裝有直線軸承06與定位套08,直線軸承的數量可根據實際應用情 況進行調整。銜鐵下部加工有引線孔21，用W引出中部環(huán)形槽纏繞的線圈。下端蓋上加工有 引線槽，與導磁外筒底部的開孔相配合，引出線圈的導線。所述銜鐵與導磁外筒之間存在很 小的氣隙，上端蓋上加工有制動孔。
[0019] 本發(fā)明電磁式半主動吸振器屬于線圈內置式范疇，銜鐵中部加工有環(huán)形槽，線圈 安裝于環(huán)形槽內，具體的說是線圈15纏繞于銜鐵05凹槽之內，線圈15的導線通過銜鐵05上 的引線孔21向下引出。銜鐵上下部位加工有環(huán)形齒圈，同時導磁外筒亦加工有與銜鐵齒圈 相對應的環(huán)形齒圈，兩者之間留有一定氣隙。為降低銜鐵往復運動所造成的線圈損傷，線圈 導線在吸振器內部螺旋纏繞于中屯、軸07之上并通過壓線板18與盤頭十字螺釘19對位置加 W固定。
[0020] 實施例二:基于實施案例一:本發(fā)明的銜鐵齒圈的齒寬與導磁外筒的齒寬并不相 等，而是滿足某一特定比例關系，此為本發(fā)明高線性度實現(xiàn)的關鍵所在。
[0021] 圖3(a)與圖3(b)為本發(fā)明磁齒結構與傳統(tǒng)磁齒結構的對比圖，其中圖3(a)與圖3 (b)分別代表本發(fā)明所提出的不等寬磁齒結構W及傳統(tǒng)的等寬磁齒結構。從圖中可W看出： 本發(fā)明中，導磁外筒14齒圈齒寬與銜鐵05齒圈齒寬并不相等，而是前者大于后者且滿足某 一特定比例關系。此為本發(fā)明高線性度實現(xiàn)的關鍵所在，也是現(xiàn)有相似類型電磁式吸振器 發(fā)明所不具備的。本發(fā)明高線性度實現(xiàn)原理詳細介紹如下：
[0022] 本發(fā)明電磁式吸振器銜鐵05相對于導磁外筒14軸向移動時所產生的電磁恢復力 為：
[0023] Fem=ax+fe^
[0024] 式中，X為相對位移量，a、e代表X不同次幕項的系數。研究發(fā)現(xiàn)，0的符號（sgn(e)) 與導磁外筒14齒圈的齒寬(WS)和銜鐵05齒圈的齒寬(Wa)的比值丫（丫 =WS/Wa巧關，存在某 一臨界值Y C，使得S抑(0)滿足：
[0025]
[0026] 可W看出，在丫 = 丫。的情況下，電磁恢復力與相對位移量之間為線性變化關系， 可滿足高線性度電磁式半主動吸振器的設計需要。
[0027] 圖4給出了本發(fā)明的電磁式半主動吸振器在不同丫值下的電磁恢復力-位移曲線。 由于本發(fā)明結構的復雜性，很難建立精確的解析解表達式，為說明本發(fā)明的合理性，故此使 用商業(yè)化軟件進行有限元仿真驗證。本發(fā)明中采用具有強大計算能力W及高度精確數值仿 真解的COMSOL Multiphysics 5.1作為驗證軟件，圖4中所展示的數據皆來自于該軟件，相 關研究人員均可W使用該軟件對本發(fā)明中所設及的高線性度電磁恢復力實現(xiàn)方法加W驗 證。等齒寬情況下，丫 = 1.000，〇〉0、e<0，此時可獲得漸軟剛度曲線;在丫增大到1.363時，此 時口〉〇、0>〇,此時可獲得近似線性剛度曲線；丫繼續(xù)增大時，a〉〇、於0,此時可獲得漸硬剛度 曲線。在充分的仿真計算基礎上，可確定丫。=1.363,最后可完成電磁式半主動吸振器具體 尺寸的確定。需要說明的是，1.363只是針對于本方案的一個臨界值，其值根據不同的設計 情況可能存在些許浮動，但該高線性度實現(xiàn)方法皆適用。
[0028] 實施例基于上述實施例，本發(fā)明還可W是:銜鐵與下端蓋之間安裝有第二機械 彈黃，且第二機械彈黃的數量為4。
[0029] 實施例四：基于上述實施例，本發(fā)明還可W是:上端蓋13上設計有限位螺栓IOW及 限位開口墊片12,用W限制銜鐵運動，防止吸振器在運輸或某些特殊情況下由于碰撞或跌 落而造成內部結構損壞。
[0030] 實施例五:基于上述實施例，本發(fā)明還可W是:所述下端蓋外部設置有護線板，線 圈的導線穿過護線板后伸至外部。也即護線板Ol通過十字盤頭螺釘02與下端蓋03連接，用 W引出并保護導線。
【主權項】
1. 一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:包括導磁外筒、安裝在導磁外筒兩 端的上端蓋和下端蓋、設置在導磁外筒內的銜鐵、中心軸，導磁外筒的內表面、銜鐵的外表 面均設置有齒圈，銜鐵的上端與上端蓋之間設置有第一彈簧，銜鐵的下端與下端蓋之間設 置有第二彈簧，中心軸從上到下依次穿過上端蓋、銜鐵后通過內六角螺栓與下端蓋固定連 接，中心軸與銜鐵之間設置有直線軸承，所述銜鐵的中間位置設置有凹槽，凹槽中纏繞有線 圈，線圈的導線穿過銜鐵上設置的引線孔后、繞過中心軸、沿著下端蓋上設置的導線槽伸出 至下端蓋外部。2. 根據權利要求1所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述導磁外 筒內表面的齒圈的齒寬大于銜鐵外表面的齒圈的齒寬。3. 根據權利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述第 二彈簧有四個，對稱設置在銜鐵的下端與下端蓋之間。4. 根據權利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述上 端蓋上還設置有限制銜鐵運動的限位螺栓。5. 根據權利要求3所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述上端蓋 上還設置有限制銜鐵運動的限位螺栓。6. 根據權利要求1或2所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述下 端蓋外部設置有護線板，線圈的導線穿過護線板后伸至外部。7. 根據權利要求3所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設置有護線板，線圈的導線穿過護線板后伸至外部。8. 根據權利要求4所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設置有護線板，線圈的導線穿過護線板后伸至外部。9. 根據權利要求5所述的一種高線性度電磁式半主動吸振器，其特征在于:所述下端蓋 外部設置有護線板，線圈的導線穿過護線板后伸至外部。
【文檔編號】F16F6/00GK105909713SQ201610312370
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉學廣, 韓超, 吳牧云
【申請人】哈爾濱工程大學