專利名稱：基于旋轉(zhuǎn)型磁流變器件的縱向直線振動抑制方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將振動系統(tǒng)的縱向 直線振動通過相應(yīng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)型扭轉(zhuǎn)振動，并利用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器進(jìn)行振動抑制 的方法，可以具體到車輛、工程機(jī)械、武器平臺等機(jī)械系統(tǒng)振動控制及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)領(lǐng)域，人們通常采用彈性元件與阻尼元件來實(shí)現(xiàn)振動控制、其中 的阻尼元件通常采用油液減振器，利用油液通過可變截面積的流動通道來產(chǎn)生和外部環(huán)境 相適應(yīng)的阻尼力。這種方法需要采用閥結(jié)構(gòu)控制流動通道通過面積，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可靠性不高， 易于產(chǎn)生故障；另一方面，由于被控結(jié)構(gòu)需要適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境，普通油液減振器的阻 尼特性無法跟隨外部環(huán)境進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致被控結(jié)構(gòu)對象難以達(dá)到最優(yōu)的性能，是一 種被動振動控制技術(shù)，因此采用基于磁流變液智能材料的可控阻尼器件實(shí)現(xiàn)被控對象的半 主動振動控制，能夠在復(fù)雜環(huán)境中達(dá)到良好的振動控制效果，可靠性高，穩(wěn)定性好，同時 無需消耗大量能源，功耗極低，可以在能源獲取困難的野外環(huán)境中使用等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的磁流變半主動振動控制系統(tǒng)都是在被控系統(tǒng)中集成磁流變阻尼器，將傳感器采 集的系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)反饋到控制器中，通過復(fù)雜的控制算法確定系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼，并控制驅(qū) 動器件以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的半主動控制。相對主動系統(tǒng)而言，半主動振動控制能耗極低，沒有主 動力輸入，保證了系統(tǒng)的安全性和控制魯棒性。磁流變器件有三種基本工作模式，即剪切 模式、流動模式和擠壓模式，而擠壓模式不適于汽車懸架振動振幅較大的應(yīng)用場合，現(xiàn)有 提出的汽車懸架振動抑制的磁流變阻尼器都是筒式結(jié)構(gòu)， 一般工作在流動模式或者流動模 式與剪切模式等復(fù)合而成的其他工作模式。對于筒式磁流變阻尼器，活塞與缸體間的間隙是最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，它決定了磁 流變阻尼器的零場阻尼力，稱為阻尼間隙，阻尼間隙越大，零場阻尼力越小。而當(dāng)阻尼間 隙一定時，活塞相對缸體的運(yùn)動速度越大，則零場阻尼力越大，而此時由于磁流變效應(yīng)導(dǎo) 致的阻尼力一定，因此振動速度越大，零場阻尼力在總阻尼力中的占比越大。當(dāng)磁流變阻 尼器外加激勵電流一定，磁流變阻尼器阻尼力隨振動速度的變化關(guān)系稱為磁流變阻尼器的 速度特性， 一般具有滯回特性和非線性的特點(diǎn)，這給磁流變阻尼器的控制帶來極大的困擾。 正因?yàn)槿绱?，大量研究人員開展了相關(guān)的控制算法研究，從模糊自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制到仿人智能控制等，不一而足。這些控制算法的開發(fā)不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，而且 難以取得最優(yōu)的控制效果，或者控制算法僅在某些特定條件下才能取得好的控制效果，具
有一定的局限性。
所有這些筒式磁流變阻尼器具有如下共同特點(diǎn)阻尼器阻尼力由不可控力i^和可控力 《兩部分組成，不可控力又由粘性力A和摩擦力&組成，可控力由磁流變效應(yīng)得到，磁 流變阻尼器的動態(tài)范圍d則定義為阻尼力與不可控力的比值，艮卩
& & 《+^ 在潤滑良好的情況下，摩擦力^僅占阻尼力的很小一部分，在作阻尼力分析時可以忽
略。從圖7可見，可控力《的大小與結(jié)構(gòu)參數(shù)i:(活塞長度)、(活塞截面積)、a (阻
尼間隙寬度)，以及磁流變液在特定磁場條件下的剪切屈服應(yīng)力r。有關(guān)，當(dāng)磁場條件一定 時，可控力僅與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，可控力表現(xiàn)為外加磁場的一元函數(shù)，只需要通過外加電流 控制磁場條件，就可以得到一定的可控阻尼力。而粘性力&除與上述結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)外，還 與阻尼器運(yùn)行參數(shù)v。(活塞運(yùn)動速度)密切相關(guān)，活塞運(yùn)動速度越大，粘性力也越大?？?見，筒式磁流變阻尼器阻尼力不僅是外加可控磁場的函數(shù)，同時也是阻尼器運(yùn)行參數(shù)的函 數(shù)，具有可變速度特性。正是因?yàn)檫@一速度特性的存在，很大程度上增強(qiáng)了阻尼器的非線 性特點(diǎn)，使其控制難度大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
針對筒式磁流變阻尼器用于縱向直線振動抑制中存在的上述不足，本發(fā)明提出一種利 用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器進(jìn)行縱向直線振動抑制的方法及裝置。
我們考察旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器可以發(fā)現(xiàn)直線型筒式磁流變阻尼器所不具備的獨(dú)特優(yōu) 點(diǎn)。 一般來講，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器可以分為盤式和鼓式兩類。如 圖1和圖2所示，盤式磁流變阻尼器的工作面為轉(zhuǎn)子端面，它具有慣性小、材料省、體積 小的優(yōu)點(diǎn)，但由于磁流變液中磁性粒子在高轉(zhuǎn)速下的離心運(yùn)動而不適合用于高速場合；鼓 式旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的工作面為轉(zhuǎn)子圓周面，它具有與盤式阻尼器相反的特點(diǎn)。
根據(jù)理論分析，盤式和鼓式磁流變阻尼器的阻尼力矩7;和7;分別為
7; = ; + T何=，;rro(i 。3 -i ,3) sgn(w) +叨,《-<formula>formula see original document page 6</formula>
其中t;一 7;。， 7;一 7;7分別為盤式和鼓式磁流變阻尼器由磁流變效應(yīng)和粘性力所產(chǎn)
生的阻尼力矩。此時，盤式和鼓式磁流變阻尼器的動態(tài)范圍i)p和Z)g分別為<formula>formula see original document page 6</formula>根據(jù)現(xiàn)有磁流變液制備水平，在較強(qiáng)的磁場條件下，剪切屈服應(yīng)力r。可以達(dá)到60kpa 的水平，而零場粘度7一般小于lpa. s，可見，在轉(zhuǎn)速w不太大(視零場粘度大小而定) 的情況下，可以確保動態(tài)范圍Dp和"g大于10，從而使由于粘性力產(chǎn)生的阻尼力矩7^和7;, 可以忽略，也即轉(zhuǎn)速對盤式和鼓式旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的阻尼力矩影響甚微，這就是旋轉(zhuǎn) 型磁流變阻尼器的恒轉(zhuǎn)矩特性。
基于以上對筒式磁流變阻尼器的可變速度特性和旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的恒轉(zhuǎn)矩特性的
分析，在車輛懸架振動控制等場合，可以將懸架系統(tǒng)的垂向振動通過機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)
振動，利用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器來消耗振動能量，從而可以基于其恒轉(zhuǎn)矩特性，忽略轉(zhuǎn)速
對阻尼力矩的影響，使阻尼力矩成為磁流變液剪切屈服應(yīng)力r。，也即外加可控磁場的一元
函數(shù)，大大降低磁流變可控阻尼設(shè)備在振動抑制系統(tǒng)中的控制難度。
因此，本發(fā)明提出一種利用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器進(jìn)行縱向直線振動抑制的方法，采用
旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器、運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和彈性元件，所述運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)是縱向直線振動轉(zhuǎn)化 為扭轉(zhuǎn)振動的機(jī)構(gòu)；將旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸上端與機(jī)械系統(tǒng)的簧上質(zhì)量相連，旋 轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸下端與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出部分剛性連接，運(yùn)動轉(zhuǎn)化 機(jī)構(gòu)的縱向直線振動接收部分則與機(jī)械系統(tǒng)的簧下質(zhì)量相連，彈性元件設(shè)置在旋轉(zhuǎn)型磁流 變阻尼器與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)之間；機(jī)械系統(tǒng)的縱向直線振動先通過運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為 扭轉(zhuǎn)振動，傳遞給旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器，再通過旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器消耗振動能量，旋轉(zhuǎn) 型磁流變阻尼器的阻尼力矩通過運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)以阻尼力的方式表現(xiàn)出來，并與彈性元件產(chǎn) 生的彈性力一道，組成彈性一阻尼系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)振動抑制。
所述方法適用于汽車懸架系統(tǒng)振動抑制、汽車座椅減振、工程機(jī)械減振和武器平臺(如 火炮)等具有較大振幅的振動抑制場合。
本發(fā)明進(jìn)一步提出實(shí)現(xiàn)上述方法的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，所述裝置包括旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器、運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和彈性元件；所述運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)是將縱向直線振動轉(zhuǎn)化 為扭轉(zhuǎn)振動的機(jī)構(gòu)；將旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸上端與機(jī)械系統(tǒng)的簧上質(zhì)量相連，旋 轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸下端與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)振動輸出部分剛性連接，運(yùn)動轉(zhuǎn)化 機(jī)構(gòu)的縱向直線振動接收部分則與機(jī)械系統(tǒng)的簧下質(zhì)量相連，彈性元件設(shè)置在旋轉(zhuǎn)型磁流 變阻尼器與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)之間。
本裝置采用的旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器根據(jù)具體應(yīng)用條件不同，其基本結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為盤 式或者鼓式磁流變阻尼器。其基本特征為旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器工作在剪切模式，其輸入為 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，輸出為與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方向相反的阻力矩，并通過產(chǎn)生的阻力矩消耗輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 的能量。旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器在常用條件(不太高的旋轉(zhuǎn)速度)下，阻尼器的的旋轉(zhuǎn)速度 變化對阻尼力矩的貢獻(xiàn)很小，阻尼力矩僅是通過外加電流控制的可控磁場的函數(shù)，在將其 用于閉環(huán)振動控制系統(tǒng)時，可以大大簡化懸架振動控制系統(tǒng)的建模和控制算法，達(dá)到節(jié)約 控制成本，提高控制效果的目的。
本裝置的運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)是將機(jī)械系統(tǒng)的縱向直線振動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的扭 轉(zhuǎn)振動。基于此，可以采用任何將往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)形式，包括滾珠絲杠結(jié) 構(gòu)、絲杠螺母結(jié)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等，但根據(jù)使用方便性和傳動效率角度 考慮，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)是較有競爭力的選擇。
本裝置的彈性元件根據(jù)具體應(yīng)用條件，可以采用螺旋彈簧、葉片彈簧或者油氣彈簧， 它產(chǎn)生的彈性力與旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器產(chǎn)生的阻力矩，并通過運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出來的阻 尼力一道，組成彈性一阻尼系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛懸架振動抑制。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、更簡單的控制方法與策略
磁流變阻尼器往往運(yùn)用于車輛懸架、武器平臺等的振動控制，由于磁流變阻尼器件的 非線性本質(zhì)，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法以獲得需要阻尼力。針對不同的控制對象，根據(jù)其 建模的難易程度，經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論都可能用于基于磁流變可 控阻尼的半主動振動抑制。
當(dāng)采用筒式磁流變阻尼器時， 一旦結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，阻尼力是外加可控磁場和阻尼器運(yùn) 動狀態(tài)的函數(shù)。其控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，系統(tǒng)控制器基于被控對象的數(shù)學(xué)模型(或 者無模型智能控制時的核心控制算法)，傳感器采集被控對象的運(yùn)動狀態(tài)，通過系統(tǒng)控制器 來確定此時被控對象需要的最優(yōu)控制力，然后與傳感器得到的運(yùn)動狀態(tài)信息一起，通過阻 尼力控制器來確定需要向磁流變阻尼器施加的控制電流，完成整個控制循環(huán)。阻尼力控制 器則是筒式磁流變阻尼器逆向(控制)建模的成果，它基于磁流變阻尼器的大量臺架試驗(yàn) 數(shù)據(jù)得到，費(fèi)時費(fèi)力且成本高昂。當(dāng)采用本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器后，由于其恒轉(zhuǎn)矩特性，阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)一 旦確定，阻尼力矩僅是外加磁場的函數(shù)，其控制系統(tǒng)簡化如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)控制器確定 被控對象需要的最優(yōu)控制力后，由于旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器阻尼力矩是外加磁場的一元函數(shù)， 可以方便的得到需要向磁流變阻尼器施加的控制電流，無需通過阻尼器的臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn) 行逆向建模，可以大大簡化控制方法，降低控制成本。
2、 簡化磁流變阻尼器設(shè)計(jì)方法
由于筒式磁流變阻尼器阻尼力是外加磁場和活塞運(yùn)動速度的函數(shù)，其設(shè)計(jì)需要在給定 速度條件下進(jìn)行，需要同時考慮磁流變液的剪切屈服應(yīng)力和零場粘度，并合理確定阻尼間 隙，以獲得適當(dāng)?shù)膭討B(tài)范圍。而旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器在忽略粘性力矩的條件下，僅需考慮 磁流變液的剪切屈服應(yīng)力進(jìn)行阻尼力設(shè)計(jì)，阻尼器的端面間隙(盤式)或者圓周間隙(鼓 式)只需在開展磁學(xué)設(shè)計(jì)時予以考慮，從而大大簡化阻尼器的設(shè)計(jì)。
3、 克服磁流變液沉降與密封問題，提高阻尼器可靠性
磁流變液的沉降問題及團(tuán)聚穩(wěn)定性是阻礙磁流變器件發(fā)展的重要原因。筒式磁流變阻 尼器內(nèi)缸由活塞分隔為上下兩腔，活塞與缸體間的阻尼間隙是磁流變液的流動通道， 一旦 磁流變液發(fā)生沉降甚至團(tuán)聚，將影響磁流變液通過阻尼間隙，甚至造成阻塞，這將使筒式 磁流變減振器的可靠性大大降低。而旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器工作在剪切模式，不發(fā)生磁流變 液的宏觀流動，即使磁流變液發(fā)生沉降也不會對阻尼器的運(yùn)作產(chǎn)生大的影響，同時，阻尼 器的運(yùn)動對己經(jīng)沉降的磁流變液具有恢復(fù)作用。
此外，筒式磁流變阻尼器通過活塞運(yùn)動在上下腔間帶來的壓力差產(chǎn)生阻尼力，因此活 塞桿的密封要求較高；而旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器工作在剪切模式，在工作腔內(nèi)部不會產(chǎn)生壓 力差，對密封要求較低，可以節(jié)約成本，確保工作的可靠性。
4、 更寬的阻尼力范圍
筒式磁流變液阻尼器阻尼間隙需要兼顧零場阻尼力和磁路設(shè)計(jì)，采用較大的阻尼間隙， 零場阻尼力較低，這有利于控制算法的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的控制效果，但由于阻尼間隙是磁 回路的最大磁阻所在，它的增大將導(dǎo)致磁通下降，從而影響磁流變液所能達(dá)到的最大剪切 屈服應(yīng)力，可能降低可控阻尼力的大小，因此，筒式磁流變阻尼器的阻尼力范圍(動態(tài)范 圍)受到限制。而旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器在不受外加磁場作用時，阻尼力矩由磁流變液的零 場粘度產(chǎn)生，且在數(shù)值上很小，通過阻尼間隙和磁路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以獲得較高的可控阻 尼力矩，從而確保旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器獲得很低的粘性阻尼力矩和較大的動態(tài)范圍。
5、 成本更低
由于磁流變液價格昂貴，其用量大小是磁流變阻尼器件的重要材料成本因素。筒式磁 流變阻尼器上下腔中需要充滿磁流變液，由于行程較大，需要大量的磁流變液進(jìn)行充填，大大增加了材料成本；旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器由于結(jié)構(gòu)方式的變更，僅需將磁流變液填滿狹 小的剪切空間，可以大大節(jié)約磁流變液用量。


圖1是盤式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是鼓式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)原理圖3是筒式磁流變阻尼器用于機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制的控制系統(tǒng)框圖； 圖4是旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器用于機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制的控制系統(tǒng)框圖； 圖5是一種具體用于車輛懸架振動抑制的縱向直線振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為一種具體用于火炮系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是筒式磁流變阻尼器的阻尼力關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖5具體顯示了一種用于車輛懸架振動抑制的縱向直線振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)，它主要 由旋轉(zhuǎn)軸l、端蓋2、滾動軸承3、法蘭4、密封蓋5、勵磁線圈6、轉(zhuǎn)子7、磁流變液8、 殼體9、彈簧10、上下連軸器體11和12、絲杠軸13、滾珠螺母套14、連接法蘭15、平鍵 16、軸封17，以及密封墊18等組成。
其中旋轉(zhuǎn)軸1上端螺紋和連接法蘭15用于與汽車懸架系統(tǒng)的簧上質(zhì)量(車身)和簧下 質(zhì)量(懸架)相連。絲杠軸13裝配在滾珠螺母套14中，車身與懸架的相對運(yùn)動表現(xiàn)為滾 珠螺母套14 (即是往復(fù)振動接收部分)的往復(fù)運(yùn)動，并帶動絲杠軸13 (即旋轉(zhuǎn)振動輸出部 分)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。上下連軸器體11和12分別與旋轉(zhuǎn)軸1和絲杠軸13通過平鍵連接，并 用螺栓緊固在一起，因此絲杠軸13的旋轉(zhuǎn)將帶動旋轉(zhuǎn)軸1 一起轉(zhuǎn)動，滾珠螺母套14的底 部與連接法蘭15連接，通過連接法蘭15安裝到簧下質(zhì)量(懸架)上。旋轉(zhuǎn)軸1與轉(zhuǎn)子7 通過平鍵16相連并帶動轉(zhuǎn)子7作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，裝在殼體9內(nèi)，轉(zhuǎn)子7周圍被磁流變液8包圍， 并通過密封蓋5、以及上下的法蘭4，端蓋2進(jìn)行密封。旋轉(zhuǎn)軸1兩端穿過上下的法蘭4 和端蓋2。當(dāng)轉(zhuǎn)子7作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，磁流變液8將受到剪切而產(chǎn)生阻尼力矩。殼體9和密 封蓋5都由低碳鋼等鐵磁材料構(gòu)成，內(nèi)有容納同樣由鐵磁材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)子7的空間。勵磁 線圈6位于轉(zhuǎn)子7的外緣，其引線可以通過轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)軸引出(本圖未作標(biāo)示)，勵磁線圈 6也可以設(shè)計(jì)在殼體9內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)將使引線引出更為簡單。當(dāng)向勵磁線圈6施加勵磁電 流時，轉(zhuǎn)子7、殼體9、密封蓋5和磁流變液8共同構(gòu)成磁回路，從而使磁流變液8處于外加電流引起的可控磁場中，產(chǎn)生磁流變效應(yīng)的磁流變液在剪切作用下將以產(chǎn)生可控的阻尼 力矩。法蘭4由鋁、銅等非鐵磁材料制成，用于隔離磁場，使磁場不會通過鐵磁材料的旋 轉(zhuǎn)軸l形成回路，同時使磁場集中于轉(zhuǎn)子外圍，使磁感應(yīng)強(qiáng)度更高，充分利用外圍較大的 剪切速度和轉(zhuǎn)矩半徑，以得到更大的阻尼力矩。滾動軸承3用于支承旋轉(zhuǎn)軸1并減小旋轉(zhuǎn) 阻力，提高機(jī)構(gòu)壽命，根據(jù)實(shí)際情況可以使用深溝球軸承或者推力軸承等。端蓋2用于滾 動軸承的軸向定位并起防塵密封作用。軸封17以及密封墊18等共同形成對磁流變液8的 密封，由于磁流變液8僅受剪切運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，對密封要 求較低，因此軸封17可以視情況采用毛氈密封、0形圈密封或者油封密封。用于密封蓋5 密封的密封墊18由于是有效磁回路的一部分，為了不影響磁場強(qiáng)度，可以視情況采用其他 密封方式，如0形圈密封，以使殼體9與密封蓋5緊密貼合，減小對磁場的影響。
圖6具體顯示了一種用于火炮系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。它由軸承壓 緊蓋19、推力軸承20、安裝法蘭21、旋轉(zhuǎn)軸l、吊耳22、彈簧IO、密封蓋5、密封墊18、 軸封17、轉(zhuǎn)子7、勵磁線圈6、緊固螺母23、磁流變液8和殼體9等組成。
轉(zhuǎn)子7的外緣中部繞制勵磁線圈6，它們裝在殼體9內(nèi)，周邊充填有磁流變液8，上端 通過密封蓋5和密封墊18進(jìn)行密封；旋轉(zhuǎn)軸1下端與轉(zhuǎn)子7通過緊固螺母相連，旋轉(zhuǎn)軸1 上端穿過密封蓋5和軸承壓緊蓋19，與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)連接；在旋轉(zhuǎn)軸1穿過密封蓋5的位 置安裝有推力軸承20。運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)采用滑動型絲杠螺母結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的 旋轉(zhuǎn)軸1上的絲杠與吊耳22上內(nèi)螺紋構(gòu)成的螺母組成，吊耳22與機(jī)械系統(tǒng)的往復(fù)振動部 分剛性連接;旋轉(zhuǎn)軸1的上端通過安裝法蘭21和推力軸承20與機(jī)械系統(tǒng)的固定部位連接， 在安裝法蘭21內(nèi)有推力軸承20，彈簧10安裝于吊耳22與密封蓋5之間。
火炮系統(tǒng)發(fā)射時將產(chǎn)生極強(qiáng)的后坐力以及縱向直線振動，能否有效抑制振動以使火炮 在發(fā)射后快速回到發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài)，關(guān)系到火炮的火力密度等關(guān)鍵指標(biāo)，其振動抑制具有重 要意義。由于火炮振動屬于沖擊型，上下都釆用了推力軸承20用于承受較大的軸向力，且 區(qū)別于圖5顯示的實(shí)施例采用的滾珠絲杠，其運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)是采用雖效率較低但抗沖擊能 力較強(qiáng)的滑動型絲杠螺母結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)軸1上的絲杠與吊耳22上內(nèi)螺紋構(gòu)成的螺母組成。 為保持火炮系統(tǒng)的受力均衡，圖6所示結(jié)構(gòu)在火炮左右兩邊對稱布置。裝置通過安裝法蘭 21上的邊緣孔和殼體9固定于火炮炮身，由于火炮縱向行程較大，將兩推力軸承20分開 布置以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。彈簧安裝于吊耳22與密封蓋5之間，縱向直線振動通過吊耳22 傳遞到旋轉(zhuǎn)軸1并轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)振動，同時壓縮彈簧10產(chǎn)生彈性恢復(fù)力。軸封17可以視情 況采用毛氈密封、O形圈密封或者油封密封。轉(zhuǎn)子7和殼體9由具有較好導(dǎo)磁能力的低碳 鋼鐵磁材料構(gòu)成。
以上給出的實(shí)施例用以說明本發(fā)明和它的實(shí)際應(yīng)用，并且因此使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠作出和使用本發(fā)明。但這僅僅是一個較佳的實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限 制，任何一個本專業(yè)的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，依據(jù)以上技術(shù)和方法 作一定的修飾和變更當(dāng)視為等同變化的等效實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種基于旋轉(zhuǎn)型磁流變器件的縱向直線振動抑制方法與裝置，其特征在于所述方法利用運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)將縱向直線振動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)型扭轉(zhuǎn)振動，將旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸上端與機(jī)械系統(tǒng)的簧上質(zhì)量相連，旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸下端與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出部分剛性連接，運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的直線振動接收部分則與機(jī)械系統(tǒng)的簧下質(zhì)量相連，在旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)之間設(shè)置彈性元件；機(jī)械系統(tǒng)的縱向直線振動先通過運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)型扭轉(zhuǎn)振動，傳遞給旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器，再通過旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器消耗振動能量；旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的阻尼力矩通過運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)以阻尼力的方式表現(xiàn)出來，并與彈性元件產(chǎn)生的彈性力一道，組成彈性-阻尼系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)振動抑制。
2、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求l所述方法的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所 述裝置包括旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器、運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和彈性元件；所述運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)是將縱向 直線振動轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)振動的機(jī)構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸上端與機(jī)械系統(tǒng)的簧 上質(zhì)量相連，旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸下端與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出部分剛性 連接，運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動接收部分則與機(jī)械系統(tǒng)的簧下質(zhì)量相連，彈性元件設(shè)置在 旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)型 磁流變阻尼器為盤式或者鼓式磁流變阻尼器；所述運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、絲杠 螺母機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)或齒輪齒條機(jī)構(gòu)；所述彈性元件采用螺旋彈簧、葉片彈簧或者油氣彈簧。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述旋 轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器包括旋轉(zhuǎn)軸(1)、上下端蓋(2)、上下滾動軸承(3)、上下法蘭(4)、 密封蓋(5)、勵磁線圈(6)、轉(zhuǎn)子(7)、磁流變液(8)和殼體(9);所述轉(zhuǎn)子(7)的外 緣繞制勵磁線圈(6)，它們裝在殼體(9)內(nèi)，周邊充填有磁流變液(8)，并通過密封蓋(5)、 以及上下法蘭(4)、上下端蓋(2)進(jìn)行密封；旋轉(zhuǎn)軸(1)與轉(zhuǎn)子(7)通過平鍵(16)相 連，旋轉(zhuǎn)軸(1)兩端穿過上下法蘭(4)、上下端蓋(2)，并通過滾動軸承(3)進(jìn)行支撐。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，包括絲杠軸(13)、滾珠螺母套(14)和連接法蘭(15)，絲杠 軸(13)裝配在滾珠螺母套(14)中，上端與旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸(1)通過上下 連軸器體(11和12)進(jìn)行連接，滾珠螺母套(14)的底部與連接法蘭(15)連接，通過連 接法蘭(15)安裝到機(jī)械系統(tǒng)的簧下質(zhì)量上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于:所述彈簧(IO) 安裝在旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)之間，上端抵在旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的下法蘭(4)下端面，下端壓在運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的滾珠螺母套(14)上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述旋 轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器包括旋轉(zhuǎn)軸(1)、軸承壓緊蓋(19)、上推力軸承(20)、密封蓋(5)、 勵磁線圈(6)、轉(zhuǎn)子(7)、磁流變液(8)和殼體(9);所述轉(zhuǎn)子(7)的外緣中部繞制勵 磁線圈(6)，它們裝在殼體(9)內(nèi)，周邊充填有磁流變液(8)，上端通過密封蓋(5)和 密封墊(18)進(jìn)行密封，在密封蓋(5)內(nèi)安裝有下推力軸承20;旋轉(zhuǎn)軸(1)下端與轉(zhuǎn)子(7)通過緊固螺母(23)相連，旋轉(zhuǎn)軸(1)上端穿過密封蓋(5)和軸承壓緊蓋(19)， 與運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述運(yùn)動轉(zhuǎn) 化機(jī)構(gòu)采用滑動型絲杠螺母結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)軸(1)上的絲杠與吊耳(22) 上內(nèi)螺紋構(gòu)成的螺母組成，吊耳(22)與機(jī)械系統(tǒng)的往復(fù)振動部分剛性連接；旋轉(zhuǎn)軸(1) 的上端通過推力軸承(20)和軸承壓緊蓋(19)裝在安裝法蘭(21)中，并通過安裝法蘭(21)的邊緣孔與機(jī)械系統(tǒng)的固定部位連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械系統(tǒng)縱向直線振動抑制裝置，其特征在于所述彈性元 件采用螺旋彈簧(6)，安裝于吊耳(22)與密封蓋(5)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器進(jìn)行縱向直線振動抑制的方法與裝置，通過將機(jī)械系統(tǒng)的縱向直線振動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)型的扭轉(zhuǎn)振動，并利用旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器實(shí)現(xiàn)振動抑制。它主要由旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器、運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和彈性元件組成。運(yùn)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)可以是絲杠螺母、齒輪齒條等，從傳動效率方面考慮，滾珠絲杠是最有競爭力的方案之一；旋轉(zhuǎn)型磁流變阻尼器可以設(shè)計(jì)為盤式或者鼓式，其共同特點(diǎn)為轉(zhuǎn)速和磁流變液零場粘度對阻尼力矩的貢獻(xiàn)較小以致可以忽略，在一定的結(jié)構(gòu)條件下，由可控磁場決定的磁流變液屈服應(yīng)力成為決定阻尼力矩的唯一要素；彈性元件可以根據(jù)具體應(yīng)用不同選擇螺旋彈簧、葉片彈簧或者油氣彈簧等。
文檔編號F16F15/03GK101576141SQ20091010401
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者淼 余, 廖昌榮, 張紅輝, 霄 彭, 靜 童 申請人:重慶大學(xué)