[發(fā)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

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• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106763445B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢鳳榮;曹榮康;馬騰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 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(wù)所12201
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能材料減振器領(lǐng)域，尤其涉及一種變剛度變阻尼減振器。

背景技術(shù)

機械振動普遍存在于各動力機械及機械產(chǎn)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(chǎn)生不良影響。在航空、航天、機械、汽車、建筑、精密儀器等領(lǐng)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(shù)剛度和阻尼系數(shù)一旦確定無法改變，減振性能在某一承載質(zhì)量與某一激勵頻率下效果最佳，結(jié)構(gòu)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(chǔ)上附加可控制力發(fā)生器，通過控制力發(fā)生器的作用力大小實現(xiàn)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(shù)可調(diào)節(jié)，其減振性能優(yōu)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(fā)展迅速，目前應(yīng)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(shù)可在磁場作用下迅速發(fā)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(jié)構(gòu)磁流變液減振器，減振器外缸筒與內(nèi)缸筒之間留有間隙，活塞在內(nèi)缸筒中運動，推動磁流變液在內(nèi)缸筒及內(nèi)、外缸筒的間隙處流動，磁場調(diào)節(jié)裝置固定于減振器底座上，通過調(diào)節(jié)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(shè)置在缸筒內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生電能并給車載蓄電池充電，通過控制磁流變彈性體外側(cè)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(yīng)，但液體懸浮介質(zhì)中的磁性顆粒易沉降、穩(wěn)定性差、顆粒易磨損，阻礙了其在工程實際中進一步應(yīng)用。磁流變彈性體是在磁流變液的基礎(chǔ)上發(fā)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(diào)節(jié)減振器的阻尼參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，改進減振器結(jié)構(gòu)，并針對改進后的減振器提供一種剛度及阻尼參數(shù)均可控制的減振器控制方法。本發(fā)明的技術(shù)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(nèi)的傳力彈簧12，缸筒2內(nèi)放置有變剛度機構(gòu)，拉力彈簧12置于變剛度機構(gòu)的上方，變剛度機構(gòu)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(gòu)主體的側(cè)面設(shè)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(shè)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(cè)面設(shè)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(jù)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(chǎn)生不同磁感應(yīng)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(fā)生變化，進而擠壓摩擦片9使之與缸筒2的內(nèi)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(chǎn)生不同磁感應(yīng)強度大小的磁場，使磁流變彈性體薄片15的擠壓剛度發(fā)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(lián)傳力彈簧12共同調(diào)節(jié)減振器剛度變化。

其中，變剛度機構(gòu)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(dǎo)磁性材料制成。由超磁致伸縮材料7制成的塊體為圓環(huán)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(shè)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(huán)5。在缸筒2的下部外周開設(shè)有螺紋，缸筒2底部通過螺紋與下吊環(huán)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。