一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器的制作方法

本發明屬于機械振動的技術領域，具體涉及一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器。

背景技術：

車輛發動機在工作的過程中，在慣性力的作用下會發生振動，這種振動通過發動機懸置傳給車身，進而引起車輛的振動。駕駛員長時間工作在這種環境中，很容易感到疲勞，發生交通事故。針對發動機振動，主要有隔振與吸振兩種解決方法，后者的減振效果優于前者。

近幾年出現了一種新型的磁流變材料——磁流變彈性體。磁流變彈性體是高分子化合物與磁性顆粒混合組成的復合材料。將微米級別的磁性顆粒投入到高分子化合物中，攪拌均勻，放置在強磁場下進行固化，磁性顆粒沿磁場方向形成鏈狀結構。磁流變彈性體兼有彈性體和磁流變材料的特點，響應迅速、具有可逆性、結構簡單、穩定性好，在振動控制領域具有廣泛的應用前景。

磁流變彈性體有兩種工作模式：壓縮模式和剪切模式。壓縮模式彈性體的剛度變化范圍小于剪切模式，減振效果不理想；剪切模式彈性體粘接于基座上，容易脫落。工作于剪切模式下的磁流變彈性體，其剪切模量隨著磁場的變化而變化。剪切模量的變化可引起磁流變彈性體所在振動系統的剛度變化，從而改變整個系統的固有頻率。

為了解決發動機振動的問題，本發明設計了一種工作在剪切模式下的磁流變彈性體減振裝置，該裝置利用吸振的方法控制發動機的振動，并針對磁流變彈性體容易脫落的缺點，進行了結構改進。

技術實現要素：

本發明的目的是：針對發動機的振動問題，提供一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器，該吸振器具有結構簡單，磁流變彈性體彈性模量調節范圍大，穩定性好的特點，并解決了剪切模式下彈性體容易脫落的問題。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器，包括安裝底座、振動單元、第一彈性體安裝基座和第二彈性體安裝基座，其中：

所述安裝底座與車輛發動機頂蓋通過螺栓固連，第一彈性體安裝基座通過螺釘與第二彈性體安裝基座相互配合并固定在安裝底座上；

所述振動單元呈對稱布置，每一側由2個拐角鐵芯、1個平直鐵芯、2個磁流變彈性體和1個直流線圈組成，拐角鐵芯通過2個螺釘與平直鐵芯固連，直流線圈利用微量過盈緊固在平直鐵芯上，磁流變彈性體分別與第一彈性體安裝基座、第二彈性體安裝基座和拐角鐵芯粘結，利用連接桿將振動單元兩側連接起來形成一個整體。

其中，所述安裝底座為一“t”形的安裝支座，底部設有4個通孔，4個螺釘通過該通孔將吸振裝置與發動機頂蓋固連。底部上表面為平直的矩形懸臂，第一彈性體安裝基座和第二彈性體安裝基座與該懸臂相固連。

其中，所述第一彈性體安裝基座為一“t”形支座，底部設有4個螺紋通孔與第二彈性體安裝基座的4個通孔配合。底部下表面設有凹槽，該凹槽與安裝底座的懸臂配合，便于安裝定位。底部上表面設有平直的矩形懸臂，沿懸臂方向設有2個長通孔，該通孔與連接桿配合。

其中，所述第二彈性體安裝基座為一“t”形支座，底部設有4個通孔，4個螺釘穿過該通孔與第一彈性體安裝基座的螺紋通孔形成螺紋連接。底部下表面設有凹槽，該凹槽與安裝底座的懸臂配合。底部上表面設有平直的矩形懸臂，沿懸臂方向設有2個長通孔，該通孔與連接桿配合。

其中，所述拐角鐵芯底部設有4個通孔，底部下表面與磁流變彈性體相粘接。底部上表面設有矩形懸臂，該懸臂頂端設有2個螺紋孔與平直鐵芯的通孔配合。

其中，所述平直鐵芯呈“凸”字形狀，較薄的兩側分別設有2個通孔，4個螺釘穿過該通孔將2個拐角鐵芯固定到1個平直鐵芯上。

其中，所述磁流變彈性體為長方體，彈性體底面與第一彈性體安裝基座和第二彈性體安裝基座的懸臂側面相粘結，頂面與拐角鐵芯的底部下表面粘結。

其中，所述直流線圈呈圓柱形，中間為通孔，該通孔直徑稍小于平直鐵芯橫切面的對角線長度，以便形成過盈連結，將直流線圈緊固在平直鐵芯上。

其中，所述連接桿為類似于螺栓的圓柱體，一端直徑較大，另一端設有螺紋。連接桿分別穿過第一彈性體安裝基座和第二彈性體安裝基座上的長通孔以及拐角鐵芯上的通孔，末端螺紋用于安裝螺母。連接桿的桿部直徑略小于彈性體基座長通孔的寬度便于安裝。

本發明的工作原理及流程簡介如下：

吸振裝置的安裝底座2底部下表面與發動機頂蓋1緊靠，通過螺釘與發動機緊固連接。第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9的底部下表面的凹槽分別緊靠安裝底座2懸臂兩側面，第一彈性體安裝基座6的4個螺紋通孔與第二彈性體安裝基座9的4個通孔對齊，用4個螺釘將安裝底座2、第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9固連在一起。4個磁流變彈性體8分別粘結在第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9的懸臂兩側。4個拐角鐵芯3的螺紋孔分別與2個平直鐵芯4的通孔對齊，用8個螺釘將其固定。對齊每兩個相對的拐角鐵芯3的4個通孔，4個拐角鐵芯3的底部下表面分別與4個磁流變彈性體8粘結，連接桿7分別穿過第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9上的長通孔以及拐角鐵芯4上的通孔，在連接桿7末端螺紋處安裝螺母。擰緊螺母直至螺母與拐角鐵芯3的表面貼合，將整個振動單元連接在一起，所有的鐵芯組成閉合的磁通道。連接桿7只能在第一彈性體安裝基座6(第二彈性體安裝基座9)的長通孔長度方向移動，限制了振動單元的振動方向。

將減振裝置按照上述的連接方式與發動機連接后，該系統即具有特定的結構參數，發動機在懸置的作用下具有特定的固有頻率，此時可以調節減振轉置的固有頻率，從而建立內共振模態能量交互通道，并實現內共振能量的遷移和耗散。具體為：在給定減振裝置安裝位置的前提下，按照上述的過程組裝減振裝置，調節通過直流線圈的電流，改變減振裝置的固有頻率，建立形成內共振的頻率條件，構建模態能量的交互通道，將發動機振動能量轉移到吸振器上，吸振器的結構阻尼使振動能量被迅速耗散，從而實現最佳的振動能量耗散的效果。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)減振頻帶寬，減振效果好。本發明利用磁流變彈性體的剪切工作模式，通過調節外加磁場的強度可以調節彈性體的剛度，具有剛度可變范圍大的優點，能夠適應發動機振動頻帶寬的特點。

(2)利用連接桿和螺母之間的預緊力，將磁流變彈性體固定在工作位置，解決了剪切模式磁流變彈性體容易脫落的問題。

(3)相比于主動式吸振器，本發明具有能耗小的特點。電源只需提供外加磁場所需的電壓即可。

附圖說明

圖1為本發明的一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器示意圖。

圖2為本發明振動單元示意圖。

圖3為本發明中安裝底座示意圖。

圖4為本發明中彈性體基座示意圖。

圖5為本發明中拐角鐵芯示意圖。

圖6為本發明中平直鐵芯示意圖。

圖7為本發明中直流線圈示意圖。

圖8為本發明中磁流變彈性體示意圖。

圖9為本發明中連接桿示意圖。

圖10為本發明中彈性體安裝示意圖。

圖11為本發明中鐵芯組裝示意圖。

圖12為本發明減振裝置實際工作原理圖。

附圖中：1為發動機頂蓋，2為安裝底座，3為拐角鐵芯，4為平直鐵芯，5為直流線圈，6為第一彈性體安裝基座，7為連接桿，8為磁流變彈性體，9為第二彈性體安裝基座，10為加速度傳感器，11為電荷放大器，12為程控電源，13為pc上位機，14為數據采集系統。

具體實施方式：

以下結合附圖及具體實例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的實施不限于此。

如圖1所示，本發明一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器，包括安裝底座2、拐角鐵芯3、平直鐵芯4、直流線圈5、第一彈性體安裝基座6、連接桿7、磁流變彈性體8和第二彈性體安裝基座9。

所述安裝底座2為一“t”形的安裝支座，底部設有4個通孔，4個螺釘通過該通孔將吸振裝置與發動機頂蓋固連。底部上表面為平直的矩形懸臂，第一彈性體安裝基座6和第二彈性安裝基座9與該懸臂相固連。

所述第一彈性體安裝基座6為一“t”形支座，底部設有4個螺紋通孔與第二彈性體安裝基座9的4個通孔配合。底部下表面設有凹槽，該凹槽與安裝底座2的懸臂配合，便于安裝定位。底部上表面設有平直的矩形懸臂，沿懸臂方向設有2個長通孔，該通孔與連接桿7配合。

所述第二彈性體安裝基座9為一“t”形支座，底部設有4個通孔，4個螺釘穿過該通孔與第一彈性體安裝基座6的螺紋通孔形成螺紋連接。底部下表面設有凹槽，該凹槽與安裝底座2的懸臂配合。底部上表面設有平直的矩形懸臂，沿懸臂方向設有2個長通孔，該通孔與連接桿7配合。

所述拐角鐵芯3底部設有4個通孔，底部下表面與磁流變彈性體8相粘接。底部上表面設有矩形懸臂，該懸臂頂端設有2個螺紋孔與平直鐵芯7的通孔配合。

所述平直鐵芯4呈“凸”字形狀，較薄的兩側分別設有2個通孔，4個螺釘穿過該通孔將2個拐角鐵芯3固定到1個平直鐵芯上。

所述磁流變彈性體8為長方體，彈性體底面與第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9的懸臂側面相粘結，頂面與拐角鐵芯3的底部下表面粘結。

所述直流線圈5呈圓柱形，中間為通孔，該通孔直徑稍小于平直鐵芯4橫切面的對角線長度，以便形成過盈連結，將直流線圈5緊固在平直鐵芯4上。

所述連接桿7為類似于螺栓的圓柱體，一端直徑較大，另一端設有螺紋。連接桿7分別穿過第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9上的長通孔以及拐角鐵芯4上的通孔，末端螺紋用于安裝螺母。連接桿7的桿部直徑略小于彈性體基座長通孔的寬度便于安裝。

吸振裝置的安裝底座2底部下表面與發動機頂蓋1緊靠，通過4個m5×18的螺釘與發動機緊固連接。第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9的底部下表面的凹槽分別緊靠安裝底座2懸臂兩側面，第一彈性安裝體基座6的4個螺紋通孔與第二彈性體安裝基座9的4個通孔對齊，用4個m5×18螺釘將安裝底座2、第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9固連在一起。利用502強力膠將4個磁流變彈性體8分別粘結在第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9的懸臂兩側，如圖10所示。4個拐角鐵芯3的螺紋孔分別與2個平直鐵芯4的通孔對齊，用8個m4×10螺釘將其固定，如圖11所示。對齊每兩個相對的拐角鐵芯3的4個通孔，利用502強力膠將4個拐角鐵芯3的底部下表面分別與4個磁流變彈性體8粘結，連接桿7分別穿過第一彈性體安裝基座6和第二彈性體安裝基座9上的長通孔以及拐角鐵芯4上的通孔，在8個連接桿7末端螺紋處分別安裝m5的螺母。擰緊螺母直至螺母與拐角鐵芯3的表面貼合，將整個振動單元連接在一起，所有的鐵芯組成閉合的磁通道。連接桿7只能在彈性體基座的長通孔長度方向移動，限制了振動單元的振動方向。

如圖12所示，本發明中減振裝置實際工作原理圖還包括，加速度傳感器10、電荷放大器11，程控電源12，pc上位機13、數據采集系統14。加速度傳感器10的反饋信號經過電荷放大器放大，由數據采集系統14采集該信號，傳給pc上位機13進行處理。pc上位機根據處理結果向程控電源發送控制信號，改變直流線圈5兩端電壓，調節減振裝置的固有頻率。

直流線圈5采用直徑1.2mm的漆包銅線繞制；磁流變彈性體8使用704硅膠作為基體，羥基鐵粉作為磁性顆粒；加速度傳感器10為b&k公司生產的三軸向加速度傳感器；數據采集系統14為江蘇聯能電子技術有限公司生產的ye6261b數據采集系統；電荷放大器11為江蘇聯能電子技術有限公司生產的ye5871電荷放大器；其他部件均為自己設計加工。

本發明利用2:1內共振的方法控制發動機的振動，該方法具體步驟如下：

步驟一：將一種可調頻率的對稱式車輛發動機吸振器正確安裝到發動外殼上，確保減振裝置和發動機的相對空間位置。

步驟二：確定減振裝置的固有頻率，由實驗可得發動機振動的固有頻率，吸振器的固有頻率為發動機振動頻率的一半。

步驟三：確定程控電源的輸出電壓，根據減振裝置固有頻率與磁流變彈性體剪切剛度之間的關系以及直流線圈的輸入電壓與磁流變彈性體剪切剛度之間的關系可得到電源的輸出電壓。

步驟四：重復步驟一～步驟三，實現對發動機的實時控制。通過調整直流線圈兩端的電壓，使減振裝置的固有頻率滿足形成內共振的條件；減振裝置與發動機之間形成內共振之后，發動機的振動能量轉移到減振裝置上，通過減振裝置的結構阻尼將其耗散，從而實現發動機減振的目的。