專利名稱：磁流變彈性體移頻式吸振器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于機械和電器設備上的減振裝置。
背景技術：
在以往的機械和電器設備中，由于缺少有效的吸振系統，致使機械和電器設備過早損壞或造成對環境的噪聲污染。
現有的振動控制方法可分為主動控制、被動控制、半主動控制。被動控制完全沒有調節能力，有其局限性，只適合窄帶振動控制。主動控制優于被動控制，可以進行主動調節，適合寬帶振動控制。但主動控制屬于力控制，需要直接提供控制力的能源，造價較高，技術較復雜。半主動控制屬于參數控制，不需要提供控制力的能源，它是依賴于結構的振動反應或動荷載的信息實時改變結構的參數來減小結構的反應。傳統的吸振器是振動被動控制的一種主要執行件，具有質量輕、結構簡單、安裝方便以及抑制單頻振動和噪聲效果顯著等特點。但是傳統被動式吸振器存在很多缺點，如控制頻帶很窄且不可調，所以只能對一個固定的激振頻率的穩態振動進行減振，當激振頻率稍微偏離一點，減振效果就會急劇劣化，甚至會變得更差。而增加帶寬將使其變得粗笨等。
申請號96107066.8的發明專利中提到的吸振裝置就是采用被動吸振器原理設計的，由于減振帶寬較窄，只有采用增加阻尼或減振器重物質量以及采用多個減振重物的方式來解決，但增加阻尼會降低減振效果，增加減振重物的質量和數目會使減振器粗笨，此外這種方法對減振帶寬的增加非常有限，一般僅有幾個赫茲。此外申請號02131043.2的發明專利中提到了一種主動式磁流變液阻尼式吸振器及安裝方法，能夠使用直線電動機、金屬彈簧和磁流變液阻尼器來主動改變系統控制力和阻尼等參數來達到“最佳調諧”目的，但是這種控制方法復雜，因為需要推動直線電動機，會消耗較多能量，并且根據吸振器原理，改變這些參數對吸振器的特性影響并不顯著。
發明內容本實用新型的目的在于設計一種磁流變彈性體移頻式吸振器及控制方法，它能根據減振對象的主振動頻率，按照設定的控制方法，通過改變磁流變彈性體的剛度和阻尼等特性，自動調節吸振器自身的固有頻率，在較寬的頻率范圍內始終達到最佳的吸振效果。
本實用新型的技術方案一種磁流變彈性體移頻式吸振器，包括執行部件、控制部件和傳感器，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體和吸振質量塊、基座構成；所說的導磁件由內套筒和外套筒構成，套筒內部有空腔、一側壁有開口，其縱截面為C形，側壁的C形開口處用環形隔磁環封閉，空腔內安置線圈；內套筒和外套筒同軸相套，外套筒的C形開口位于內側壁，內套筒的C形開口位于外側壁，在內、外套筒之間充填著磁流變彈性體，內套筒上固定著吸振質量塊，外套筒上設置基座；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
上面所說的內外套筒、線圈和磁流變彈性體可以是直筒狀，也可以是錐筒狀。
上述的磁流變彈性體移頻式吸振器的替代結構一，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體、吸振質量塊和基座構成，其中導磁件是由U形鐵芯和銜鐵構成，U形鐵芯底部繞有線圈，銜鐵和U形鐵芯之間充填著磁流變彈性體，銜鐵上固定著吸振質量塊，U形鐵芯上設置基座；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
上述的磁流變彈性體移頻式吸振器的替代結構二，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體和吸振質量塊、基座構成，所說的導磁件是由上板、下板和柱狀鐵芯構成，柱狀鐵芯外繞有線圈，固定在上板和下板之間，上板和下板之間充填著磁流變彈性體，上板和下板的一端固定在基座上、另一端懸空，構成懸臂梁，梁的懸空端部固定吸振質量塊；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
綜上所述，本實用新型使用智能材料磁流變彈性體作為吸振器的彈性元件和阻尼元件，并采用移頻的控制方法，形成半主動控制式的吸振器，通過調節線圈上的控制電壓，就可調節磁流變彈性體剛度和彈性，從而在不改變結構和尺寸的情況下調節吸振器的固有頻率，控制的最終目標是使吸振器固有頻率和減振對象的吸振頻率相同。如果減振對象包含多個需要控制的基本振動頻率，可以采用多個吸振器的組合，分別控制每一個頻率的振動。和傳統的吸振器相比，具有以下顯著優點1.吸振效果好，在減振對象的振動頻率基本穩定的情況下，可以有效控制低頻和高頻的各種頻率的振動；2.消耗能量少，只要提供改變吸振器固有頻率的基本電壓，不需要提供能量來抵消振動能量；3.減振頻率帶寬大，通過調節吸振器固有頻率，可以在較寬范圍內跟蹤減振對象的振動頻率，始終達到最佳的減振效果；4.由于頻率可調，使用較小的吸振質量也能達到需要的減振帶寬，所以質量和體積較小；5.結構簡單，控制方法容易，因此系統可靠性高；6.容易實現模塊化，易于根據不同頻段的減振要求組合使用多個吸振器。
附圖1為剪切型磁流變彈性體移頻式吸振器的執行部件結構示意圖。
附圖2為圖1的縱剖面圖。
附圖3為剪切擠壓復合型磁流變彈性體移頻式吸振器的執行部件結構示意圖的縱剖面圖。
附圖4為拉壓型磁流變彈性體移頻式吸振器的執行部件結構示意圖。
附圖5為扭彎復合型磁流變彈性體移頻式吸振器的執行部件結構示意圖。
附圖6為本實用新型的原理示意圖。
其中1.吸振質量塊；2.U形鐵芯，3.內套筒，4.外套筒；5.線圈，；6隔磁環；7柱狀鐵芯，8.磁流變彈性體；9.銜鐵；10上板；11.下板；12.基座；13.吸振器執行部件；14減振對象；15傳感器，16.電荷放大器；17.控制器；18.功率放大器；m1、k1、c1是減振對象的等效質量、等效剛度和等效阻尼；m1上作用有激振力P1sinωt，x1代表其位移；m2、k2、c2是吸振器的等效吸振質量、等效剛度和等效阻尼，后兩者代表了磁流變彈性體的特性，x2代表吸振質量塊的位移。
具體實施方式
實施例一如圖1、圖2所示的剪切型磁流變彈性體移頻式吸振器，是由內套筒3和外套筒4、線圈5、隔磁環6、磁流變彈性體8和吸振質量塊1、基座12構成，套筒和基座用電工純鐵制成，隔磁環用黃銅制成，吸振質量塊也用黃銅制成。外套筒4為圓筒狀，其半邊的截面形狀為C形，C形開口朝內，即套筒內部有空腔、內側壁有開口，空腔內正好安置線圈5，內側壁的C形開口處用環形隔磁環6封閉，內套筒3為柱狀或圓筒狀(即其軸心處可以有縱向通孔或沒有縱向通孔)，其半邊的截面形狀也為C形，C形開口朝外，即套筒內部亦有空腔、外側壁有開口，空腔內正好安置線圈5，外側壁的C形開口處用環形隔磁環6封閉，隔磁環的目的在于限制磁力線的流向，使其絕大部分只能從磁流變彈性體中穿過，內、外套筒同軸嵌套在一起，在內外套筒之間充填著磁流變彈性體8，使磁流變彈性體也形成筒狀，內套筒3上用螺紋固定著吸振質量塊1，整個吸振器執行部件用螺釘通過外套筒底部設置的基座上的螺孔固定到減振對象。線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
這里所說的內外套筒、線圈和磁流變彈性體可以是上述直筒狀(其工作在剪切狀態，可以消除與減振對象振動方向一致的直線振動)，也可以是錐筒狀(如圖3所示)，即圓筒的母線和軸線有夾角，構成剪切擠壓復合型的吸振器。這樣不僅對與減振對象振動平行的方向上有減振作用，同時對與減振對象振動垂直的方向上也有一定的減振效果。
上述結構的設計原則為按照減振對象的減振頻率范圍的需要，使吸振器執行部件在無磁場下的固有頻率比需要減振的頻率低約20～50％。設f為吸振器執行部件在無磁場下的固有頻率，f=12πkm,]]>其中k為磁流變彈性體無磁場下的剛度，m為吸振質量塊的質量。如果磁流變彈性體的圓筒高度為h，厚度為t，周長為L，彈性體剪切模量為G，則k≈GLh/t，吸振質量塊的質量m一般選擇為減振對象質量的5％～40％，按照上面所說的公式改變磁流變彈性體圓筒的尺寸就可以調節吸振器執行部件在無磁場下的固有頻率，使吸振器執行部件13在無磁場下的固有頻率比需要減振的頻率低約20％～50％。
吸振器工作過程為如圖6所示，減振對象14和吸振器執行部件13上分別粘接上傳感器15，傳感器的輸出信號通過電荷放大器16送入控制器17，通過FFT分析得到減振對象的振動頻譜特性和吸振器執行部件的振動頻譜特性。兩者進行比較，如果吸振器執行部件13的主振動頻率低于減振對象14的振動頻率，控制器17給出“+”信號，控制功率放大器18增加輸出電壓，控制部件的輸出端(在此實施例中即為功率放大器的輸出端)和吸振器執行部件中的線圈5(內外套筒中的線圈5中的電流方向均相同)的輸入端相連，增加的電壓增強了吸振器執行部件13的內部磁場，使磁流變彈性體8的剛度增加，提高了吸振器執行部件13的固有頻率，一直到和減振對象14的振動頻率相同。反之控制器17給出“-”信號，降低線圈5的電壓，降低吸振器執行部件13的固有頻率直到和減振對象14的振動頻率相同。
或者通過事先測量得到吸振器執行部件13的固有頻率和其線圈輸入電壓之間的對應關系(即建立不同固有頻率所對應的電壓的數據庫)，減振時只要測出減振對象的主振動頻率(而無需再測吸振器執行部件13的固有頻率)，通過數據庫找到其對應的電壓，給出該適合的電壓使吸振器執行部件13的固有頻率和減振對象的主振動頻率相同。
控制的目標是使吸振器執行部件13和減振對象14的振動頻率相同，達到最佳的吸振的目的。如果減振對象14包含多個需要控制的基本振動頻率，可以采用多個吸振器并聯工作的方式，使每一個需要控制的振動頻率都可以由一個吸振器來控制，從而達到在很寬頻帶內完全控制振動的目的。
上述的磁流變彈性體，是一種新型智能材料，一般是由微米尺寸的可在磁場下磁化的軟鐵磁性的固體顆粒嵌入彈性體(高分子聚合物如橡膠等)并固化后得到，其在磁場作用下具有許多獨特的性能，如材料的剛度(包括剪切模量和楊氏模量)和阻尼可由磁場控制。由于其顆粒被固定在基體中，不存在顆粒沉降問題，因而與普通磁流變液相比，磁流變彈性體不但具有可控性、可逆性、響應迅速等高技術特征，還具有穩定性好、結構設計簡單、制備成本低等獨特的優點。磁流變彈性體可以由美國的Lord公司購得。
實施例二如圖4所示的拉壓型磁流變彈性體移頻式吸振器，由U形鐵芯2、磁流變彈性體8、銜鐵9、吸振質量塊1、基座12和線圈5構成，其中U形鐵芯2和銜鐵9為工業純鐵制成，U形鐵芯底部繞有線圈5，上部橫放銜鐵9，銜鐵為條狀。銜鐵9和U形鐵芯2之間固接著片狀磁流變彈性體8，銜鐵9上用螺紋固定著吸振質量塊1，整個吸振器執行部件13可以用螺釘通過柱狀鐵芯下方所設置的基座12上的螺孔固定到減振對象上去，其它控制方式同實施例一。其工作在拉壓狀態，可以消除與減振對象振動方向一致的直線振動。
實施例三如圖5所示的扭彎復合型磁流變彈性體移頻式吸振器，由上板10、下板11、線圈5、柱狀鐵芯7、磁流變彈性體8、基座12和吸振質量塊1構成，上板10、下板11和柱狀鐵芯7為工業純鐵制成，基座12用鋁制成，柱狀鐵芯7外繞線圈5，柱狀鐵芯7上下用螺紋固定在上板10和下板11的一端或中間任意部位，兩塊板之間的其余部位再固接著塊狀的磁流變彈性體8，上板10、下板11、磁流變彈性體8形成一個夾心餅干式的夾層梁整體并將其一端焊接固定在基座上，構成懸臂梁，懸臂梁的另一端部固定吸振質量塊1，吸振器主要工作在彎曲或扭轉的模態下，整個吸振器執行部件13可以用螺釘通過基座上的螺孔固定到減振對象上去，其它控制方式同實施例一。其工作在扭轉或彎曲狀態，可以消除減振對象的扭轉或彎曲振動。
權利要求1.一種磁流變彈性體移頻式吸振器，包括執行部件、控制部件和傳感器，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體和吸振質量塊、基座構成；所說的導磁件由內套筒和外套筒構成，套筒內部有空腔、一側壁有開口，其縱截面為C形，側壁的C形開口處用環形隔磁環封閉，空腔內安置線圈；內套筒和外套筒同軸相套，外套筒的C形開口位于內側壁，內套筒的C形開口位于外側壁，在內、外套筒之間充填著磁流變彈性體，內套筒上固定著吸振質量塊，外套筒上設置基座；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
2.如權利要求1所說的磁流變彈性體移頻式吸振器，其特征在于內外套筒、線圈和磁流變彈性體是直筒狀。
3.如權利要求1所說的磁流變彈性體移頻式吸振器，其特征在于內外套筒、線圈和磁流變彈性體是錐筒狀。
4.一種磁流變彈性體移頻式吸振器，包括執行部件、控制部件和傳感器，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體、吸振質量塊和基座構成，其中導磁件是由U形鐵芯和銜鐵構成，U形鐵芯底部繞有線圈，銜鐵和U形鐵芯之間充填著磁流變彈性體，銜鐵上固定著吸振質量塊，U形鐵芯上設置基座；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
5.一種磁流變彈性體移頻式吸振器，包括執行部件、控制部件和傳感器，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體和吸振質量塊、基座構成，所說的導磁件是由上板、下板和柱狀鐵芯構成，柱狀鐵芯外繞有線圈，固定在上板和下板之間，上板和下板之間充填著磁流變彈性體，上板和下板的一端固定在基座上、另一端懸空，構成懸臂梁，梁的懸空端部固定吸振質量塊；線圈的接頭與控制部件的輸出端相接。
專利摘要一種磁流變彈性體移頻式吸振器，包括執行部件、控制部件和傳感器，其特征在于它的執行部件是由導磁件、線圈、磁流變彈性體和吸振質量塊、基座構成；所說的導磁件由內套筒和外套筒構成，或者由U形鐵芯和銜鐵構成，或者由上板、下板和柱狀鐵芯構成，在內外套筒之間、U形鐵芯和銜鐵之間或上下板之間充填著磁流變彈性體，通過調節線圈上所對應的電壓、從而調節磁流變彈性體的剛度和彈性使之振動頻率發生變化，直至吸振器執行部件的振動頻率與減振對象的振動頻率相同。本實用新型吸振效果好，消耗能量少，減振頻率帶寬大，質量和體積較小，結構簡單，控制方法容易，可以根據不同頻段的減振要求組合使用多個吸振器。
文檔編號F16F9/53GK2842078SQ20052007645
公開日2006年11月29日 申請日期2005年10月15日 優先權日2005年10月15日
發明者鄧華夏, 龔興龍, 張先舟, 張培強 申請人:中國科學技術大學