本實用新型屬于振動控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器。

背景技術(shù)：

動力吸振器因為結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定且經(jīng)濟性好，所以在機械系統(tǒng)、工程結(jié)構(gòu)和建筑等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。動力吸振器工作原理可以簡化為二自由度振動系統(tǒng)，具體如圖1所示，受控系統(tǒng)質(zhì)量、剛度分別為m_`1、k₁，吸振器質(zhì)量、剛度分別為m₂、k₂，受控系統(tǒng)在簡諧激振力fsin(ωt)作用下的位移為x₁，吸振器位移為x₂，由振動力學理論可知運動學方程如式1：

$\{m_2^{\left\{k\right\{k}{x}_2+k_2(x_2-x_1)m_1^{\left\{k\right\{k}x+kx+k_2(x_1-x_2)=fsin{\left(\mathrm{\ω}t\right)}_{\left(1\right)}$

求解得到受控系統(tǒng)的振幅為：

$x_1=\frac{(k_2-m_2{\mathrm{\ω}}^2)f}{(k_1+k_2-m_1{\mathrm{\ω}}^2)(k_2-m_2)-{k_2}^2}---\left(2\right)$

由公式(2)可知，k₂-m₂ω²＝0時，即時，受控系統(tǒng)振幅最小為零，即當吸振器固有頻率等于外界激振頻率時，吸振器可有效降低受控系統(tǒng)振動。然而傳統(tǒng)吸振器由于結(jié)構(gòu)參數(shù)不可變，固有頻率不可調(diào)，所以其減振頻帶太窄，一旦外界激振頻率偏離吸振器固有頻率，其減振性能會大幅降低。主動式動力吸振器可以克服上述缺陷，但是其工作需要大量的能量供應(yīng)，成本高，結(jié)構(gòu)復雜，并且控制不當極易加劇受控系統(tǒng)振動。

有鑒于上述現(xiàn)有的動力吸振器存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型的基于電磁壓縮變剛度的寬頻吸振器，能夠改進一般現(xiàn)有動力吸振器存在的缺陷，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本實用新型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，可以有效解決傳統(tǒng)吸振器減振頻帶狹窄的問題，同時結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度塊，不需要大量的外界能量供應(yīng)。

本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

依據(jù)本實用新型提出的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中包括：吸振單元、信號采集單元以及控制單元；

所述吸振單元包括等效彈性元件1、受控系統(tǒng)2、吸振器殼體3、固定螺栓4、筒狀錐形彈性體5、爪型可擴張圈6、錐形鐵芯9、電磁線圈10、吸振塊11，其中，所述吸振器殼體3通過固定螺栓4固定于受控系統(tǒng)2，吸振器殼體3的內(nèi)部依次設(shè)有筒狀錐形彈性體5、爪型可擴張圈6、錐形鐵芯9，所述電磁線圈10纏繞在吸振器殼體3的下部；吸振塊11設(shè)于吸振器殼體3的下方并與錐形鐵芯9相連；

所述信號采集單元包括加速度傳感器7和電荷放大器8，所述加速度傳感器7設(shè)于受控系統(tǒng)2上以采集受控系統(tǒng)的振動信號，所述電荷放大器8的輸入端與加速度傳感器7連接，其輸出端與控制系統(tǒng)13連接；

所述控制單元包括可控直流電源12和控制系統(tǒng)13，控制系統(tǒng)13的輸出端連接可控直流電源12，可控直流電源12的輸出端連接電磁線圈10。

本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。

前述的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中，所述吸振器殼體3的內(nèi)徑上部大于下部。

前述的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中，所述吸振器殼體3內(nèi)部設(shè)有卡槽，防止筒狀錐形彈性體5滑落。

前述的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中，所述爪型可擴張圈6為錐形結(jié)構(gòu)且上端分離。

前述的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中，所述電荷放大器8將加速度傳感器7采集的振動信號進行放大處理并傳入控制系統(tǒng)13，控制系統(tǒng)13對接收到的振動信號進行頻譜分析，并發(fā)出信號控制可控直流電源12的輸出電流大小。

前述的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其中，電磁線圈10根據(jù)可控直流電源12的輸出電流大小改變磁力，進一步吸進或放松錐形鐵芯9，從而調(diào)節(jié)吸振器固有頻率并使之等于外界激振頻率。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，借由上述技術(shù)方案，本實用新型一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器可達到相當?shù)募夹g(shù)進步性及實用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值，其至少具有下列優(yōu)點：

(1)、本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，不需要大量的外界能量供應(yīng)。

(2)、本實用新型的減振頻帶范圍寬，通過改變電磁線圈的電流調(diào)節(jié)線圈對錐形鐵芯引力，進而壓緊或放松彈性體以改變彈性體的有效剪切模量，實現(xiàn)對吸振器剛度的調(diào)節(jié)，可在一定頻域范圍內(nèi)充分利用反共振原理，發(fā)揮吸振器的減振性能。

(3)、本實用新型的吸振器響應(yīng)速度快，由電生磁速度快，故吸振器調(diào)節(jié)固有頻率的響應(yīng)速度也快，因而可快速達到使用效果。

綜上所述，本實用新型一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器在技術(shù)上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。

上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本實用新型的工作原理圖；

圖2為本實用新型吸振器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型吸振器的吸振單元結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4為本實用新型吸振器殼體結(jié)構(gòu)簡圖；

圖5為本實用新型吸振器的筒狀錐形彈性體結(jié)構(gòu)簡圖；

圖6為本實用新型吸振器的爪型可擴張圈結(jié)構(gòu)簡圖；

圖7為本實用新型針對受控系統(tǒng)在變頻激勵下的減振效果圖。

【主要元件符號說明】

1：等效彈性元件 2：受控系統(tǒng)

3：吸振器殼體 4：固定螺栓

5：筒狀錐形彈性體 6：爪型可擴張圈

7：加速度傳感器 8：電荷放大器

9：錐形鐵芯 10：電磁線圈

11：吸振塊 12：可控直流電源

13：控制系統(tǒng)

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，其具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。

一種基于電磁壓縮的變剛度寬頻吸振器，包括：吸振單元、信號采集單元以及控制單元；

所述吸振單元包括：通過固定螺栓4固定于受控系統(tǒng)2的吸振器殼體3，吸振器殼體3的內(nèi)徑上部略大于下部，筒狀錐形彈性體5設(shè)于吸振器殼體3的內(nèi)部，吸振器殼體3內(nèi)部有卡槽，可保證筒狀錐形彈性體5不脫落，筒狀錐形彈性體5內(nèi)部設(shè)有爪型可擴張圈6，爪型可擴張圈6上端分離，其內(nèi)部設(shè)有錐形鐵芯9，爪型可擴張圈6通過錐形鐵芯9的壓力作用將筒狀錐形彈性體5壓緊于吸振器殼體3和爪型可擴張圈6之間；電磁線圈10纏繞在吸振器殼體3的下部，吸振塊11設(shè)于錐形鐵芯9下部并與錐形鐵芯9相連；

所述信號采集單元包括：加速度傳感器7以及電荷放大器8，加速度傳感器7設(shè)置于受控系統(tǒng)2上以采集受控系統(tǒng)的振動信號，電荷放大器8輸入端連接加速度傳感器7，輸出端連接控制系統(tǒng)13；控制系統(tǒng)13的輸出端連接可控直流電源12，可控直流電源12的輸出端與電磁線圈10相連。

所述電荷放大器8將加速度傳感器7采集的振動信號進行放大處理并傳入控制系統(tǒng)13，控制系統(tǒng)13對接收到的振動信號進行頻譜分析，同時發(fā)出信號控制直流電源12的電流大小，

具體工作過程中，當受控系統(tǒng)2受外界激勵振動時，加速度傳感器7采集受控系統(tǒng)2的振動信號，信號通過電荷放大器8的放大作用傳輸給控制系統(tǒng)13，控制系統(tǒng)13對振動信號進行快速傅里葉分析得到外界激振頻率，控制系統(tǒng)13根據(jù)所得外界激振頻率發(fā)出控制信號來控制可控直流電源12的輸出電流大小，當輸出電流大小改變后，電磁線圈10產(chǎn)生的磁力將改變，因而進一步吸進或放松錐形鐵芯9，如當外界激振頻率大于吸振器固有頻率時，控制系統(tǒng)13發(fā)出控制信號使直流電源電流增加，電磁線圈10產(chǎn)生的吸引力增加，以使錐形鐵芯9沿爪型可擴張圈6下滑，爪型可擴張圈6直徑增加使得筒狀錐形彈性體5被進一步壓緊，其有效剪切模量增加，剛度增加，由公式2可知吸振器的固有頻率隨剛度的改變而改變，所以吸振器固有頻率也隨之變大，至此實現(xiàn)吸振器對外界激振頻率的追蹤，保證在較寬的頻帶內(nèi)吸振器的減振性能。

如圖5所示，開始階段，吸振器固有頻率不等于外界激振頻率，受控系統(tǒng)振幅較大，在150s時吸振器通過采集受控系統(tǒng)振動情況并進行快速傅里葉分析得出外界激振頻率，通過電磁線圈作用產(chǎn)生磁力來壓緊或放松彈性體進而調(diào)節(jié)吸振器固有頻率，并使之等于外界激振頻率，此后受控系統(tǒng)振幅大幅降低，在400s時外界激振頻率發(fā)生改變，使得吸振器固有頻率不等于外界激振頻率，受控系統(tǒng)振幅大幅增加，在600s時，吸振器再次通過調(diào)節(jié)電流改變電磁力，以此改變彈性體剛度，對吸振器固有頻率進行調(diào)節(jié)并使之等于外界激振頻率，此后受控系統(tǒng)振幅再次大幅降低。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。