[發明專利]一種主被動復合電磁隔振裝置及其設計方法

有效

• 申請號: 202110335109.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113027988B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 雷曉飛;查趙栓;趙慶海
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: F16F15/03
• 分類號: F16F15/03
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，包括有筒狀殼體(8)，筒狀殼體(8)設有上端蓋(1)和下端蓋(11)；筒狀殼體(8)內設有以定子骨架(4)、電磁線圈(5)、銜鐵(9)組成電磁作動器，電磁作動器為主動隔振裝置；以T型凹支柱(3)、環狀橡膠墊(6)、圓柱型凹支柱(10)、鋼彈簧(13)、工字型質量塊(14)構成動力吸振單元，動力吸振單元與橡膠隔振器(7)并聯為被動隔振裝置；通過上端蓋(1)、四孔圓盤(2)、下端蓋(11)、弧型質量塊(12)將主動隔振裝置與被動隔振裝置串并聯成為多級隔振系統，并將筒狀殼體(8)的內壁與橡膠隔振器(7)外壁固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，所述的電磁作動器，定子骨架(4)置于四孔圓盤(2)中心主軸線處，定子骨架(4)外層纏繞有絕緣材料包裹的電磁線圈(5)；定子骨架(4)下端面靠近銜鐵(9)中心，銜鐵(9)位于定子骨架(4)下端面與弧形質量塊(12)形成的環形間隙中心。

3.根據權利要求1所述的一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，所述的動力吸振單元由T型凹支柱(3)與圓柱型凹支柱(10)通過環狀橡膠墊(6)串聯，T型凹支柱(3)、圓柱型凹支柱(10)與環狀橡膠墊(6)的凹空間內均設有隔振單元，隔振單元由鋼彈簧(13)與工字型質量塊(14)串聯組成。

4.根據權利要求1所述的一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，所述的多級隔振系統中上端蓋(1)與下端蓋(11)為四凹槽圓盤，動力吸振單元中的T型凹支柱(3)內嵌于圓盤凹槽中，弧型質量塊(12)位于上下兩圓柱型凹支柱(10)之間，四孔圓盤(2)銜接于T型凹支柱(3)上，銜鐵(9)位于定子骨架(4)下端面與弧形質量塊(12) 形成的環形間隙中心，橡膠隔振器設置在上端蓋與下端蓋之間。

5.根據權利要求1所述的一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，所述的上端蓋(1)、四孔圓盤(2)、T型凹支柱(3)、筒狀殼體(8)、圓柱型凹支柱(10)、下端蓋(11)、弧型質量塊(12)、工字型質量塊(14)采用不導磁的鋁合金材料；定子骨架(4)采用硅鋼片壘疊制成；電磁線圈(5)采用80匝1mm的銅導線；環狀橡膠墊(6)、橡膠隔振器(7)采用天然橡膠；鋼彈簧(13)采用碳素彈簧鋼；銜鐵(9)采用軟磁材料的純鐵。

6.根據權利要求1所述的一種主被動復合電磁隔振裝置，其特征在于，所述的上端蓋(1)、下端蓋(11)、四孔圓盤(2)的凹槽與孔都為圓形，均勻分布在間隔為90°的主軸線上；定子骨架(4)上端面開有圓孔，通過螺釘固定在四孔圓盤(2)中心主軸線處，定子骨架(4)下端面為平整圓形。

7.一種主被動復合電磁隔振裝置的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，隔振裝置外形結構設計，主被動復合電磁隔振裝置包含主動和被動隔振多個環節，外形設計應參考隔振器使用環境，根據隔振器安裝位置的軸向尺寸與徑向尺寸分別380mm和300mm；設計隔振器軸向尺寸與徑向尺寸分別為400mm和300mm，隔振裝置的執行單元以電磁作動器為核心，其結構設計在滿足體積與質量的同時，電磁作動器輸出電磁力與輸入電流之間滿足較好線性關系和保持600N輸出力；

步驟2，電磁作動器的設計，具體是：電磁作動器材料采用80匝1mm的銅導線纏繞于導磁材料制備的定子骨架( 4) 桿體外層，有效避免漏磁、磁滯損耗和渦流損耗對隔振器輸出力的影響，增強作動器氣隙中的磁感應強度，保證作動器輸出力達到最大；電磁作動器在忽略漏磁、磁滯損耗和渦流損耗等因素，當電磁線圈通電時，銜鐵受到的磁場力為：

式中：F_v表示外部振動激勵，F₁與F₂分別表示銜鐵所受上、下電磁力，μ₀表示真空磁導率，A表示定子骨架下端面極面積，N表示線圈匝數，i₁與i₂分別表示電磁線圈1、2的勵磁電流，c₀表示平衡點處氣隙，x表示位移；

步驟3，電磁作動器的布局設計，具體為：電磁作動器結構采用雙向對稱設計，將銜鐵(9) 置于兩下端面與弧形質量塊( 12) 形成的環形間隙中心，合理配置作動器內氣隙高度，使作動器輸入與輸出滿足較好線性關系，保障隔振裝置控制精準度和實時性；

步驟4，復合隔振裝置的被動隔振設計，主動隔振裝置/被動隔震電磁隔振裝置以動力吸振單元和橡膠隔振器( 7) 為被動執行單元，結構優化設計采用并聯形式應用于復合隔振裝置，使隔振裝置有較低的固有頻率和較大的靜態壓縮量，具有較大的負載力且隔振性能優良；因鋼彈簧( 13) 阻尼過小，對于共振振幅的控制效果較差，易發生共振激增現象，優化設計將T型凹支柱( 3) 、環狀橡膠墊( 6) 、圓柱型凹支柱( 10) 、鋼彈簧( 13) 、工字型質量塊( 14) 以串并聯的方式形成動力吸振單元，增強隔振裝置阻尼，使系統在共振時產生反作用力來減少負載振動。