[發(fā)明專利]一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)及其構(gòu)成的多維磁負(fù)剛度減振系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811427114.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109356962B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜偉;陳學(xué)東;戴鵬輝;吳九林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F15/02
• 分類號(hào): F16F15/02;F16F15/023;F16F15/04;F16F15/06;F16F15/08;F16F6/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明涉及減振領(lǐng)域，公開(kāi)了一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)及其構(gòu)成的多維磁負(fù)剛度減振系統(tǒng)。該多維減振系統(tǒng)由正剛度機(jī)構(gòu)、多維負(fù)剛度機(jī)構(gòu)、浮動(dòng)框架、被減振體和安裝基座構(gòu)成。其中，正剛度機(jī)構(gòu)是傳統(tǒng)的彈性元件，連接被減振體和安裝基座，提供X向、Y向和Z向的支撐力和基本減振功能。多維負(fù)剛度機(jī)構(gòu)由至少兩個(gè)負(fù)剛度磁組構(gòu)成，每個(gè)負(fù)剛度磁組可以提供一維或者二維的負(fù)剛度，通過(guò)至少兩個(gè)負(fù)剛度磁組的串聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)二維或者三維的負(fù)剛度效果，提升系統(tǒng)多個(gè)維度上的減振性能。本發(fā)明所提供的一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)及由其構(gòu)成的多維磁負(fù)剛度減振系統(tǒng)，利用多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)被減振體的大承載力，又實(shí)現(xiàn)了多維高性能減振的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于減振領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)及由其構(gòu)成的多維減振系統(tǒng)。

背景技術(shù)

振動(dòng)問(wèn)題普遍地存在于工業(yè)生產(chǎn)和工程的各個(gè)領(lǐng)域，隨著各種機(jī)械設(shè)備向著高速、高精、高穩(wěn)定性發(fā)展，它們對(duì)振動(dòng)的要求越來(lái)越嚴(yán)格。需要利用減振器隔離設(shè)備向其固定支座的傳遞，或者需要利用減振器隔離機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)向相關(guān)設(shè)備的傳遞。

減振器的性能主要有承載性能和減振性能。傳統(tǒng)形式的減振器，如金屬?gòu)椈?、橡膠結(jié)構(gòu)、金屬-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)、氣體彈簧等，都存在承載性能和減振性能互相矛盾的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在減小系統(tǒng)剛度時(shí)，可以提高系統(tǒng)的減振性能，但是會(huì)降低系統(tǒng)的承載性能。目前較好的解決方法是在減振系統(tǒng)中引入磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，其有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

1)在保證系統(tǒng)承載性能不降低的情況下提升系統(tǒng)的減振性能；

2)磁場(chǎng)力為非接觸力，不會(huì)引入摩擦及其帶來(lái)的非線性問(wèn)題。

但是，目前磁負(fù)剛度技術(shù)應(yīng)用于減振領(lǐng)域尚存在一些技術(shù)難點(diǎn)，例如難以實(shí)現(xiàn)較大的負(fù)剛度，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定線性的負(fù)剛度，難以實(shí)現(xiàn)多維度的負(fù)剛度等，這限制了磁負(fù)剛度技術(shù)在減振系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對(duì)難以實(shí)現(xiàn)多維負(fù)剛度這一技術(shù)難點(diǎn)，減振領(lǐng)域存在著發(fā)展一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種利用永磁體構(gòu)建的多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)將不同方向的磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)進(jìn)行整合，結(jié)合剛度數(shù)值的設(shè)定，產(chǎn)生三維負(fù)剛度或者二維負(fù)剛度，并以此為基礎(chǔ)提出了一種多維減振系統(tǒng)，結(jié)合正剛度機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)正剛度與負(fù)剛度的多維度串并聯(lián)復(fù)合減振，從而能在多種工況下提高系統(tǒng)多個(gè)維度的減振性能，同時(shí)保證承載能力，提高減振系統(tǒng)的綜合性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，包括：安裝基座、浮動(dòng)框架、二維磁負(fù)剛度單元和一維磁負(fù)剛度單元；

二維磁負(fù)剛度單元包括至少一個(gè)二維負(fù)剛度磁組，一維磁負(fù)剛度單元包括至少一個(gè)一維負(fù)剛度磁組；

浮動(dòng)框架包括直線導(dǎo)軌和永磁體安裝架；永磁體安裝架沿直線導(dǎo)軌做一維直線運(yùn)動(dòng)；以主承載方向?yàn)閆向建立三維直角坐標(biāo)系OXYZ，則直線導(dǎo)軌沿Z向布置，二維負(fù)剛度磁組的兩個(gè)負(fù)剛度方向分別沿X向和Y向布置，一維負(fù)剛度磁組的負(fù)剛度方向沿Z向布置；

二維負(fù)剛度磁組包括沿Z向直線排布的兩個(gè)二維動(dòng)磁鐵和位于其間的一個(gè)二維定磁鐵；二維定磁鐵和二維動(dòng)磁鐵均沿Z向充磁，兩個(gè)二維定磁鐵充磁方向相同且與二維動(dòng)磁鐵充磁方向相反；

一維負(fù)剛度磁組包括垂直于Z向直線排布的兩個(gè)一維定磁鐵和位于其間的一個(gè)一維動(dòng)磁鐵；

直線導(dǎo)軌和兩個(gè)一維定磁鐵均固定于安裝基座上，兩個(gè)二維定磁鐵均固定于被減振體上；或者，直線導(dǎo)軌和兩個(gè)一維定磁鐵均固定于被減振體上，兩個(gè)二維定磁鐵均固定于安裝基座上；

一維動(dòng)磁鐵和一維動(dòng)磁鐵均固定于永磁體安裝架上，以隨永磁體安裝架一同沿直線導(dǎo)軌做Z向的一維直線運(yùn)動(dòng)；

整個(gè)多維磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)在Z向上的等效剛度k_z滿足如下關(guān)系：