[發明專利]一種具有非對稱阻尼特性電磁減振器及非對稱特性設計方法

有效

• 申請號: 202110072058.7
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112901695B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 李競;王佩犇;沈驍鸞;關棟;張純;高悅文;沈輝;龔俊杰;楊征睿;朱仲文
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00;F16H19/04;H02K7/18;H02K7/116;H02K7/06
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 沈志海

1.一種具有非對稱阻尼特性電磁減振器，其特征在于：所述電磁減振器由齒輪齒條機構(1)、聯軸器(2)、齒輪箱(3)、電機(4)、負載電路(5)和機箱(6)組成；

所述齒輪齒條機構(1)由齒條(101)、導軌(102)、滑塊(103)、滑塊緊固件(104)、齒輪齒條機箱(105)、吊耳(106)、伸張運動齒輪(107)、伸張運動超越離合器(108)、輸出軸(109)、輸出軸軸承(110)、緊固螺釘(111)、中間軸軸承(112)、中間軸(113)、壓縮運動第一齒輪(114)、壓縮運動第二齒輪(115)、壓縮運動第三齒輪(116)和壓縮運動超越離合器(117)構成；所述齒條(101)下部通過滑塊緊固件(104)與所述滑塊(103)連接，所述滑塊(103)在所述導軌(102)上移動，所述輸出軸(109)和中間軸(113)分別通過輸出軸軸承(110)和中間軸軸承(112)設置在所述齒輪齒條機箱(105)內，所述伸張運動超越離合器(108)設置在所述伸張運動齒輪(107)的內部，并與所述輸出軸(109)連接，所述壓縮運動第三齒輪(116)通過壓縮運動超越離合器(117)與輸出軸(109)連接；所述壓縮運動第一齒輪(114)、壓縮運動第二齒輪(115)與中間軸(113)固定連接，所述齒條(101)與所述伸張運動齒輪(107)和壓縮運動第一齒輪(114)嚙合，所述壓縮運動第二齒輪(115)與壓縮運動第三齒輪(116)嚙合傳動連接；

所述齒輪齒條機構(1)、聯軸器(2)、齒輪箱(3)和電機(4)連接設置在所述機箱(6)的內部，所述負載電路(5)連接設置在所述機箱(6)的外部，所述齒輪齒條機構(1)的輸出軸(109)與所述聯軸器(2)連接，所述齒輪箱(3)的輸入軸與所述聯軸器(2)連接，所述齒輪箱(3)的輸出軸與所述電機(4)連接，所述負載電路(5)與所述電機(4)上的電極連接；

所述齒輪齒條機構(1)、聯軸器(2)、齒輪箱(3)以及電機(4)呈L型連接設置在機箱(6)的內部，負載電路(5)通過電線連接設置在機箱(6)的外部；

所述中間軸(113)和輸出軸(109)的軸向自由度通過設置在輸出軸軸承(110)和中間軸軸承(112)上的緊固螺釘(111)進行約束。

2.根據權利要求1所述的一種具有非對稱阻尼特性電磁減振器，其特征在于：所述伸張運動齒輪(107)和壓縮運動第一齒輪(114)的齒輪參數完全相同。

3.根據權利要求1所述的一種具有非對稱阻尼特性電磁減振器，其特征在于：所述輸出軸(109)與中間軸(113)軸心距確定的情況下，壓縮運動第二齒輪(115)和壓縮運動第三齒輪(116)的嚙合參數通過傳動比需求確定。

4.一種具有非對稱阻尼特性電磁減振器非對稱特性設計方法，其特征在于，設計方法如下：

具有超越離合器的齒輪齒條機構具有兩種運動狀態，分別為伸張運動狀態和壓縮運動狀態；

所述伸張運動狀態，即壓縮運動超越離合器(117)斷開，齒條(101)帶動壓縮運動第一齒輪(114)、中間軸(113)、壓縮運動第二齒輪(115)、壓縮運動第三齒輪(116)空轉，齒條(101)的運動將通過伸張運動齒輪(107)、伸張運動超越離合器(108)、輸出軸(109)、聯軸器(2)、齒輪箱(3)傳遞給電機(4)；

此時電機的轉速可由公式(1)計算

其中，ω_伸張表示電機在伸張運動狀態下的轉速，v表示齒條移動速度，r表示伸張運動齒輪的分度圓半徑，i_G表示齒輪箱的傳動比；

電機在此轉速下形成的感應電動勢為

E_伸張＝k_eω_伸張(2)

其中，E_伸張表示電機在伸張運動狀態下的感應電動勢，k_e表示電機的反電動勢常數，負載電路在此感應電動勢下形成的感應電流為

其中，I_伸張表示負載電路在伸張運動狀態下的電流，R表示負載電路電阻與電機內阻之和，電機4在此感應電流下形成的阻力轉矩為

T_伸張＝k_tI_伸張(4)

其中，T_伸張表示電機在伸張運動狀態下形成阻力轉矩，k_t表示電機的轉矩常數，電機在此轉速下形成的阻力轉矩再經過齒輪箱、聯軸器、齒輪齒條輸出軸、伸張運動超越離合器、伸張運動齒輪傳遞給齒條，此時電磁阻尼器的電磁阻尼力有

其中，F_伸張表示電磁阻尼器在伸張運動時的輸出力，η_R表示伸張運動齒輪和齒條間的傳動效率，η_G表示齒輪箱內的傳動效率，i_G表示齒輪箱的傳動比；

將式(1)至(4)代入(5)可得伸張運動時電磁減振器所具有的等效阻尼系數，即

所述壓縮運動狀態，即伸張運動超越離合器(108)斷開，齒條(101)帶動伸張傳動齒輪(107)空轉，齒條(101)的運動將通過壓縮運動第一齒輪(114)、中間軸(113)、壓縮運動第二齒輪(115)、壓縮運動第三齒輪(116)、壓縮運動超越離合器(117)、輸出軸(109)、聯軸器(2)、齒輪箱(3)傳遞給電機(4)，此時電機(4)的轉速可由公式(7)計算

其中，ω_壓縮表示電機在壓縮運動狀態下的轉速，v表示齒條移動速度，r表示壓縮運動第一齒輪的分度圓半徑，i_P表示壓縮運動第二齒輪和壓縮運動第三齒輪的傳動比，i_G表示齒輪箱的傳動比；

電機在此轉速下形成的感應電動勢為

E_壓縮＝k_eω_壓縮(8)

其中，E_壓縮表示電機在壓縮運動狀態下的感應電動勢，k_e表示電機的反電動勢常數；

負載電路在此感應電動勢下形成的感應電流為

其中，I_壓縮表示負載電路在壓縮運動狀態下的電流，R表示負載電路電阻與電機內阻之和，電機在此感應電流下形成的阻力轉矩為

T_壓縮＝k_tI_壓縮(10)

其中，T_壓縮表示電機在壓縮運動狀態下形成阻力轉矩，k_t表示電機的轉矩常數；

電機在此轉速下形成的阻力轉矩再經過齒輪箱、聯軸器、輸出軸、壓縮運動超越離合器、壓縮運動第三齒輪、壓縮運動第二齒輪、中間軸、壓縮運動第一齒輪傳遞給齒條，此時電磁阻尼器的電磁阻尼力有

其中，η_R表示壓縮運動第一齒輪和齒條間的傳動效率，η_P表示壓縮運動第三齒輪和壓縮運動第二齒輪間的傳動效率，η_G表示齒輪箱內的傳動效率，i_P表示壓縮運動第三齒輪和壓縮運動第二齒輪間的傳動比，i_G表示齒輪箱的傳動比；

將式(7)至(10)代入(11)可得伸張運動時電磁減振器所具有的等效阻尼系數，即

對比式(2)與式(8)可得在不同運動狀態下電機形成的感應電動勢之比，即感應電動勢的非對稱系數為

對比式(6)與式(11)可得不同運動狀態下電磁減振器中電磁阻尼力之比，即電磁阻尼力的非對稱系數為

對比式(7)與式(12)可得不同運動狀態下電磁減振器中等效阻尼系數之比，即等效阻尼系數的非對稱系數為

通過設計壓縮運動第二傳動齒輪和壓縮運動第三傳動齒輪的傳動比，可以精確的控制電磁阻尼減振器在壓縮和伸張狀態下的阻尼力以及發電大小。