本發(fā)明涉及應(yīng)用于柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)減振等領(lǐng)域的減振裝置，特別是涉及一種基于磁流變技術(shù)的減振裝置。

背景技術(shù)：

減振器對(duì)于柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有重要作用。柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)，其振動(dòng)會(huì)影響設(shè)備的可靠性和壽命，并且會(huì)在設(shè)備的工作環(huán)境中引起噪聲和振動(dòng)。因此，針對(duì)柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)控制裝置有重要的意義。

為了減小柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)的影響，通常在振動(dòng)控制對(duì)象上附加一個(gè)減振器，適當(dāng)選擇減振器的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)力參數(shù)以及與目標(biāo)系統(tǒng)的耦合關(guān)系，改變振動(dòng)控制對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)，從而減小預(yù)期頻段上的振動(dòng)控制對(duì)象的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。按照其是否需要能量輸入及抑制振動(dòng)的形式，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制的方法，可以分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制和半主動(dòng)控制。被動(dòng)控制成本低，無(wú)自適應(yīng)能力，只適用于窄帶振動(dòng)控制；主動(dòng)控制屬于力控制，需要直接提供控制力的能源，能量消耗較大，成本較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；半主動(dòng)控制屬于參數(shù)控制，根據(jù)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)或動(dòng)載荷的信息實(shí)時(shí)改變結(jié)構(gòu)的參數(shù)，從而達(dá)到減振的目的。

磁流變彈性體(mre)是一種新型智能材料，這種材料的彈性模量可以通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。基于上述原理，將磁流變彈性體應(yīng)用于減振器中，通過(guò)調(diào)節(jié)外加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，控制磁流變彈性體所在振動(dòng)系統(tǒng)的剛度變化，實(shí)現(xiàn)減振器的剛度可隨外加磁場(chǎng)的改變而連續(xù)性改變。而且磁流變彈性體具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前，已有人利用磁流變彈性體的材料特性來(lái)設(shè)計(jì)減振裝置。例如，申請(qǐng)?zhí)?00520076452.4的專(zhuān)利公開(kāi)的磁流變彈性體移頻式吸振器，對(duì)于柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制具有較好的效果，但對(duì)大幅振動(dòng)控制難以實(shí)施。此外申請(qǐng)?zhí)?01310014657.9的專(zhuān)利公開(kāi)的一種基于磁流變技術(shù)的柔性機(jī)械臂減振裝置與方法，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)電磁線圈電壓改變減振器的剛度參數(shù)，但這種方法中鐵芯等作為減振系統(tǒng)的振子，對(duì)磁流變彈性體的強(qiáng)度有較高要求，限制了其吸振器的應(yīng)用。

本發(fā)明面向柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題，提出一種基于磁流變技術(shù)的減振器。根據(jù)振動(dòng)控制對(duì)象的主振動(dòng)頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)磁流變彈性體的剛度，改變減振器的固有頻率，從而實(shí)現(xiàn)在較寬頻率范圍內(nèi)和較大的頻率變化速度下始終達(dá)到最佳的減振效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于磁流變技術(shù)的減振器，該裝置為半主動(dòng)控制式減振器，主要是基于磁流變彈性體的剪切工作模式，可以根據(jù)振動(dòng)控制對(duì)象的主振動(dòng)頻率，按照設(shè)定的控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度改變磁流變彈性體的剛度，快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)調(diào)節(jié)減振器的固有頻率，從而實(shí)現(xiàn)在較寬頻率范圍內(nèi)和較大的頻率變化速度下始終達(dá)到良好的減振效果。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于，包括固定座(9)、減振模塊、控制模塊，其中：

所述減振模塊包括磁路鐵芯(1)、磁流變彈性體(2)、吸振質(zhì)量塊(3)、線圈擋板(4)、勵(lì)磁線圈(5)、上夾板(6)、隔磁塊(7)、下夾板(8)；所述磁路鐵芯(1)為回字型，回字型截面上端中間開(kāi)有一個(gè)缺口，回字型截面下端有兩個(gè)伸出板(10)；所述磁路鐵芯(1)缺口間隙的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面上分別固連有一片狀的磁流變彈性體(2)，所述吸振質(zhì)量塊(3)置于兩個(gè)磁流變彈性體(2)中間，并固連成整體；所述磁路鐵芯(1)的兩側(cè)長(zhǎng)方體分別繞有一個(gè)勵(lì)磁線圈(5)，并使用線圈擋板(4)限位；兩個(gè)所述隔磁塊(7)設(shè)置在磁路鐵芯(1)的兩個(gè)伸出板(10)與固定座(9)之間；所述磁路鐵芯(1)通過(guò)上夾板(6)與下夾板(8)相互配合定位于固定座(9)上，并通過(guò)螺栓、螺母夾緊；

所述控制模塊包括加速度傳感器(11)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(12)、控制主機(jī)(13)、直流電源(14)；兩個(gè)所述加速度傳感器(11)分別粘接在磁路鐵芯(1)和吸振質(zhì)量塊(3)上，用于采集磁路鐵芯(1)和吸振質(zhì)量塊(3)的振動(dòng)信號(hào)；勵(lì)磁線圈(5)與直流電源(14)輸出端相接，用于對(duì)磁流變彈性體(2)提供可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定磁場(chǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減振剛度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，消耗振動(dòng)能量。

所述的基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于：固定座(9)為振動(dòng)控制對(duì)象，屬于柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分結(jié)構(gòu)，用于安裝減振模塊，其結(jié)構(gòu)由實(shí)際情況確定。

所述的基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于：所述吸振質(zhì)量塊(3)作為減振器的振子在外激勵(lì)的作用下振動(dòng)，所述磁路鐵芯(1)和所述勵(lì)磁線圈(5)作為定質(zhì)量同固定座(9)一起隨外激勵(lì)振動(dòng)。

所述的基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于：所述吸振質(zhì)量塊(3)為啞鈴型結(jié)構(gòu)，其下端重量大于上端重量，在重力作用下其具有一定的自導(dǎo)向作用。

所述的基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于：所述勵(lì)磁線圈(5)由漆包銅導(dǎo)線繞制，作為電磁場(chǎng)中電流加載源頭，可以調(diào)節(jié)磁流變彈性體(2)上的外加電磁場(chǎng)強(qiáng)度。

所述的基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于：所述隔磁板(7)材料選用鋁合金2a12，屬于非導(dǎo)磁材料，可以隔斷磁路鐵芯(1)的底部磁場(chǎng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)減振效果明顯，能夠針對(duì)振動(dòng)控制對(duì)象的主振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)磁流變彈性體兩端的磁場(chǎng)強(qiáng)度，改變減振裝置的固有頻率，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制對(duì)象與減振裝置之間的振動(dòng)能量遷移，使減振裝置充分吸收目標(biāo)振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)能量，消減振動(dòng)控制對(duì)象的大幅振動(dòng)；

(2)減振頻率帶寬大，能夠調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度改變磁流變彈性體剛度，實(shí)現(xiàn)減振裝置在較寬的范圍內(nèi)滿足振動(dòng)控制對(duì)象的振動(dòng)頻率匹配的要求；

(3)能量消耗少，只需提供減振裝置正常工作的基本電壓、電流，無(wú)需提供能量來(lái)抵消振動(dòng)能量，可在柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)搭載能源的使用范圍內(nèi)；

(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制；

(5)容易模塊化，可以根據(jù)不同頻段的減振要求組合使用減振裝置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于磁流變技術(shù)的減振器示意圖；

圖2為本發(fā)明中減振模塊的正向視圖；

圖3為本發(fā)明中磁路鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中磁路鐵芯和固定座連接的結(jié)構(gòu)分解圖；

圖5為本發(fā)明中基于磁流變技術(shù)的減振器的工作原理示意圖。

以上的圖中有：磁路鐵芯(1)、磁流變彈性體(2)、吸振質(zhì)量塊(3)、線圈擋板(4)、勵(lì)磁線圈(5)、上夾板(6)、隔磁塊(7)、下夾板(8)、基座(9)、伸出板(10)、加速度傳感器(11)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(12)、控制主機(jī)(13)、直流電源(14)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。

在本發(fā)明中，需要理解的，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等方位關(guān)系為基于附圖所示的方位關(guān)系，僅為便于描述本發(fā)明的簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指裝置或原件必需具有的方位關(guān)系及構(gòu)造，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

如圖1所示，一種基于磁流變技術(shù)的減振器，其特征在于，包括固定座9、減振模塊、控制模塊，其中固定座9為振動(dòng)控制對(duì)象，屬于柔性機(jī)械臂、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一部分結(jié)構(gòu)，。

減振模塊主要由磁路鐵芯1、磁流變彈性體2、吸振質(zhì)量塊3、線圈擋板4、勵(lì)磁線圈5、上夾板6、隔磁塊7、下夾板8組成。

磁路鐵芯1可以采用多種適合的形狀結(jié)構(gòu)；本實(shí)施例中，優(yōu)選的磁路鐵芯1為回字型結(jié)構(gòu)，回字型上端中間開(kāi)有一個(gè)10mmm缺口，作為磁路鐵芯1的兩極間隙，回字型下端帶有兩個(gè)伸出板10；磁路鐵芯1材料選用電工純鐵dt4c，具有良好的導(dǎo)磁性，具體細(xì)節(jié)如圖3所示。

磁路鐵芯1缺口間隙內(nèi)左右兩面分別通過(guò)粘合劑與一個(gè)4mm厚的片狀的磁流變彈性體2外表面緊密相連；優(yōu)選的吸振質(zhì)量塊3為一個(gè)啞鈴型結(jié)構(gòu)，啞鈴型結(jié)構(gòu)中段置于兩個(gè)磁流變彈性體2中間，吸振質(zhì)量塊3外表面通過(guò)粘合劑與兩個(gè)磁流變彈性體2粘合成一體；優(yōu)選的勵(lì)磁線圈5選用直徑1.2mm的漆包銅線，并設(shè)置勵(lì)磁線圈匝數(shù)為1320匝，通電直流電流為5a，兩組勵(lì)磁線圈5分別纏繞在磁路鐵芯1的左右兩側(cè)長(zhǎng)方體上，并使用線圈擋板4限位，具體細(xì)節(jié)如圖2所示。

進(jìn)一步的，所述吸振質(zhì)量塊3的材料選用銅，其啞鈴型結(jié)構(gòu)下端重量大于上端重量，在重力作用下其具有一定的自導(dǎo)向作用，避免了使用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，降低了機(jī)構(gòu)復(fù)雜度，其上下兩個(gè)平面為加速度傳感器11安裝面，用以采集振動(dòng)信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述磁流變彈性體2由作為基體的704硅膠、作為磁性顆粒的羰基鐵粉以及作為潤(rùn)滑劑的少量自制硅油按照一定的質(zhì)量比組成。

隔磁塊7、上夾板6和下夾板8可以采用多種適合的形狀結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，優(yōu)選的隔磁塊7、上夾板6和下夾板8截面為凹字型，并加工有四個(gè)的通孔；隔磁塊7設(shè)置在磁路鐵芯1的兩個(gè)伸出板10與固定座9之間，隔磁塊7的凹面配合定位在固定座9上；磁路鐵芯1的兩個(gè)伸出板10通過(guò)上夾板6與下夾板8相互配合定位于固定座9上，且通過(guò)八套m4×20螺栓、m4螺母夾緊。所述隔磁塊7、上夾板6和下夾板8材料選用鋁合金2a12，屬于非導(dǎo)磁材料，用于限制磁力線的流向，使其絕大部分只能從磁流變彈性體2中穿過(guò)，具體細(xì)節(jié)如圖4所示。

控制回路主要由加速度傳感器11、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12、控制主機(jī)13、直流電源14組成；優(yōu)選的加速度傳感器11，兩個(gè)加速度傳感器11分別粘接在磁路鐵芯1和吸振質(zhì)量塊3上，用于測(cè)量磁路鐵芯1和吸振質(zhì)量塊3的振動(dòng)信號(hào)；勵(lì)磁線圈5與直流電源14輸出端相接，用于對(duì)磁流變彈性體2提供可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定磁場(chǎng)。

本實(shí)施例中，基于磁流變技術(shù)的減振器的減振模塊主要工作在豎直方向，為了避免磁流變彈性體2由于振子質(zhì)量過(guò)大，導(dǎo)致其剪切變形過(guò)大而破壞，在減振器工作過(guò)程中，吸振質(zhì)量塊3作為減振器的振子在外激勵(lì)的作用下振動(dòng)，所述磁路鐵芯1和所述勵(lì)磁線圈5作為減振器的定質(zhì)量同固定座9一起隨外激勵(lì)振動(dòng)。

本發(fā)明的基于磁流變技術(shù)的減振器的工作原理如下，

(1)根據(jù)上述實(shí)施方式裝配減振器，通過(guò)螺栓、螺母將減振模塊安裝在固定座9上，并確保加速度傳感器11的正確安裝；

(2)確定固定座9的固有頻率范圍，啟動(dòng)所有硬件設(shè)備并使固定座9振動(dòng)，加速度傳感器11采集磁路鐵芯1和吸振質(zhì)量塊3的振動(dòng)信號(hào)；

(3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12獲取加速度傳感器11的信號(hào)，并傳入控制主機(jī)13；

(4)根據(jù)振動(dòng)理論中模態(tài)分析法的峰值檢測(cè)法，控制主機(jī)13對(duì)輸入振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而得到減振器的固有頻率；

(5)根據(jù)設(shè)定的振動(dòng)控制方法，控制主機(jī)13調(diào)節(jié)直流電源14的輸出端電壓與電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈5兩端的電壓和電流；

(6)磁路鐵芯1、磁流變彈性體2、吸振質(zhì)量塊3形成磁回路，勵(lì)磁線圈5內(nèi)部的電流改變，磁流變彈性體2的剪切模量將隨外加磁場(chǎng)變化而改變，從而減振器的固有頻率改變；

(7)當(dāng)振動(dòng)控制對(duì)象中固定座9振動(dòng)時(shí)，吸振質(zhì)量塊3振動(dòng)，吸振質(zhì)量塊3帶動(dòng)磁流變彈性體2發(fā)生剪切變形；

(8)吸振質(zhì)量塊3和磁流變彈性體2在振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)能量從振動(dòng)控制對(duì)象遷移至減振器中，并由磁流變彈性體2的結(jié)構(gòu)阻尼快速消散，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)控制對(duì)象進(jìn)行吸振和減振的功能；

(9)重復(fù)步驟(1)～步驟(8)的過(guò)程，通過(guò)改變勵(lì)磁線圈5中電流即可改變減振器的固有頻率，實(shí)時(shí)維持振動(dòng)控制對(duì)象進(jìn)行減振的頻率要求，并滿足振動(dòng)控制對(duì)象寬頻帶減振的功能要求。

以上所述，僅為本基于磁流變技術(shù)的減振器具體實(shí)施例，是為了便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)理解和應(yīng)用本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于此，在本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上做出不需要經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等效結(jié)構(gòu)變化或者各種替換都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。