[發明專利]一種智能材料減振器的變阻尼變剛度控制方法

有效

• 申請號: 201710010137.9
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106763445B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 畢鳳榮;曹榮康;馬騰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及智能材料減振器領域，尤其涉及一種變剛度變阻尼減振器。

背景技術

機械振動普遍存在于各動力機械及機械產品中，振動會引起機械零部件損壞，影響精密儀器的工作效果，甚至對人體產生不良影響。在航空、航天、機械、汽車、建筑、精密儀器等領域中，通過減振器來消除振動的不良影響，目前減振器的類型按控制方式可分為被動控制型、主動控制型和半主動控制型。

被動式減振器由彈簧和阻尼器組成，其性能參數剛度和阻尼系數一旦確定無法改變，減振性能在某一承載質量與某一激勵頻率下效果最佳，結構簡單，制造成本低，可靠性高；主動式減振器是在被動式減振器的基礎上附加可控制力發生器，通過控制力發生器的作用力大小實現減振控制，其主動減振效果良好，但需要外界提供控制力的能源裝置，制造成本高，能耗大，可靠性低；半主動控制減振器的特點是，剛度或阻尼系數可調節，其減振性能優于被動式減振器，耗能量低于主動控制減振器，綜合性能較高。

近年來，磁流變智能材料發展迅速，目前應用較為廣泛的是磁流變液及磁流變彈性體材料。該新型智能材料的剛度及阻尼系數可在磁場作用下迅速發生變化，利用磁流變材料的磁流變特性研制出了許多新型可控減振器。中國專利CN104595412B提供一種基于流動模式的雙筒結構磁流變液減振器，減振器外缸筒與內缸筒之間留有間隙，活塞在內缸筒中運動，推動磁流變液在內缸筒及內、外缸筒的間隙處流動，磁場調節裝置固定于減振器底座上，通過調節磁場強度改變磁流變液的粘度，達到控制減振器阻尼力的目的。中國專利CN105508495B提供一種饋能式磁流變彈性體車輛減振裝置，其減振裝置本體包括缸筒和設置在缸筒內的活塞桿，活塞桿的中部套裝有多個壓電模塊和多個磁流變彈性體，壓電模塊中鑲嵌有壓電振子，通過正壓電效應產生電能并給車載蓄電池充電，通過控制磁流變彈性體外側的勵磁線圈電路電流大小，改變其所處磁場強度大小來控制磁流變彈性體的擠壓剛度，最終達到控制減振器剛度的目的。

磁流變液材料雖然有著很好的磁流變效應，但液體懸浮介質中的磁性顆粒易沉降、穩定性差、顆粒易磨損，阻礙了其在工程實際中進一步應用。磁流變彈性體是在磁流變液的基礎上發展起來的，通過高分子聚合物替代磁流變液母液，克服了磁流變液的缺點，但是基于磁流變彈性體材料的減振器只能控制剛度變化，難以調節減振器的阻尼參數。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，改進減振器結構，并針對改進后的減振器提供一種剛度及阻尼參數均可控制的減振器控制方法。本發明的技術方案如下：

一種智能材料減振器的變阻尼變剛度控制方法，針對一種智能材料減振器進行控制，此種減振器包括缸筒2和置于其內的傳力彈簧12，缸筒2內放置有變剛度機構，拉力彈簧12置于變剛度機構的上方，變剛度機構的主體由硅鋼片14與磁流變彈性體薄片15相互疊加組成，在變剛度機構主體的側面設置有下線圈繞組3，缸筒2的底部作為減振器固定端；拉力彈簧12的上端與活塞16相連，活塞16作為減振器活動端，在拉力彈簧12上方設置有由超磁致伸縮材料7制成的塊體，塊體的外形與活塞16的下部相匹配，在塊體的側面設置有上線圈繞組8，上線圈繞組的外周通過摩擦片9與缸筒2相接觸；

根據加速度傳感器檢測出振動信號大小，通過控制上線圈繞組8以及下線圈繞組3通電電流的大小，分別進行減振器阻尼及剛度的控制：控制通過上線圈繞組8的電流大小并產生不同磁感應強度大小的磁場，使由超磁致伸縮材料7制成的塊體的伸縮率發生變化，進而擠壓摩擦片9使之與缸筒2的內缸壁正壓力改變進而改變接觸庫倫阻尼大小；控制通過下線圈繞組3的電流大小并產生不同磁感應強度大小的磁場，使磁流變彈性體薄片15的擠壓剛度發生變化，多層磁流變彈性體薄片15與硅鋼片14相互疊加并串聯傳力彈簧12共同調節減振器剛度變化。

其中，變剛度機構與下線圈繞組3之間通過保護套筒4相隔離，保護套筒4由導磁性材料制成。由超磁致伸縮材料7制成的塊體為圓環狀，活塞16上帶有擋體17，塊體為位于拉力彈簧12與擋體17之間并與活塞16下部及擋體17相配合。在缸筒2的上端開口處設置有滑動軸承6；活塞16通過滑動軸承6與缸筒2相連，活塞16上端固定有上吊環5。在缸筒2的下部外周開設有螺紋，缸筒2底部通過螺紋與下吊環1相連。在傳力彈簧12的上端和下端分別固定有上彈簧卡盤11和下彈簧卡盤13固定，活塞16的底端與上彈簧卡盤11固定連接。