[發明專利]一種單質體復合同步驅動振動機及其參數確定方法

有效

• 申請號: 202110314973.2
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113032924B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張學良;胡文超;張偉;陳為昊;劉云山;任朝暉;聞邦椿
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/13;B07B1/42;B07B1/28;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.單質體復合同步驅動振動機，其特征在于，該振動機的動力學模型包括：兩組激振器、一個質體、彈簧A與彈簧B；其中質體通過彈簧A與彈簧B與地基相連，彈簧對稱分布于質體上；質體左右兩邊各安裝有兩個旋轉方向相反的激振器，每一側的兩個激振器之間通過齒輪連接，實現強制同步，且左右兩邊分別通過一個電機進行驅動，左右兩側激振器實現自同步，每個激振器中的偏心轉子分別繞著各自旋轉軸線中心旋轉，復合同步驅動設備實現直線軌跡運動功能。

2.權利要求1所述的單質體復合同步驅動振動機的參數確定方法，其特征在于，所述的兩組激振器的參數確定方法，包括如下步驟：

步驟1，建立動力學模型和系統運動微分方程；

沿左右兩側激振器的中心聯系為x軸，建立坐標系，兩組激振器分別繞著各自旋轉中心軸o₁,o₂,o₃和o₄旋轉；左右兩邊各由一對大小相等的齒輪傳動，使得同側兩個偏心轉子的旋轉角大小相等方向相反，分別由表示；

根據Lagrange方程，得系統的運動微分方程如下：

其中

M＝m+2m₀₁+2m₀₂,J_0i＝m_0ir²,i＝1,2

步驟2，系統復合同步理論解析

通過齒輪機構連接的每對激振器的兩個偏心轉子是相同的，設：m₀₁＝η₁m₀和m₀₂＝η₂m₀，其中m₀是標準偏心轉子的質量；設兩對激振器的平均相位為且它們的相位差為2α，即

由式(2)得

設四個不平衡轉子實現在穩態下的同步運轉，同步角速度則其角加速度近似為0，即將式(3)代入式(1)中的第二和第三個式子，得

通過傳遞函數法求解式(4)、(5)，得到系統的響應

其中

b₁＝f₂ω_m0，c₁＝1，d₁＝0,

b₂＝f_ψω_m0，c₂＝1，d₂＝0。

將公式(6)、(7)其代入公式(1)中后兩個方程，等式兩邊同時在0～2π對積分，整理后得兩電機的平均力矩平衡方程如下，

其中

其中

在式(8)～(10)中，是標準偏心轉子的動能，和分別為電機1和2的負載轉矩，T_e0i為系統以平均角速度ω_m0運行時電機i的電磁輸出轉矩；用整體的均值來代替2α；

將式(8)進行加減處理，得到下式

(T_e01-f_d1ω_m0)+(T_e02-f_d2ω_m0)＝T_Load (11)

其中

T_Difference＝(T_e01-f_d1ω_m0)-(T_e02-f_d2ω_m0)，T_Capture＝4η₁η₂T_uW_cc；T_Load是兩電機的總負載，T_Difference是兩臺電機的有效輸出電磁轉矩之差，T_Capture是頻率捕獲轉矩；

根據式(12)和只有當以下條件

得到滿足，式(8)針對ω_m0和求解，這兩個解被稱為系統的同步解，分別用和表示；

另外，由式(12)可知，在滿足同步的前提下，兩對激振器之間的相位差的表達式由下式給出

頻率捕獲轉矩與兩個電機的總負載之間的比值定義為兩對激振器的復合同步能力系數ζ，即

步驟三，推導四激振器同步狀態下穩定性條件

振動系統的動能T和勢能V如下：

由此得出一個周期內的平均動能E_T和平均勢能E_V方程如下

根據式(18)～(20)，振動系統的單周期內平均Hamilton作用量用I表示，為

兩對激振器之間的同步狀態的穩定相位差的解對應于Hamilton平均作用振幅的最小值，即下式被滿足；

其中

式(22)是系統實現穩定復合同步的條件，H是系統同步狀態下穩定能力系數；當時，H＞0；當時，H＜0。