一种并联模式半主动隔振器

摘要

本发明公开了一种并联模式半主动隔振器，其特征是设置呈筒状的上壳体，橡胶主簧封堵于上壳体的顶端开口中，主簧骨架贯穿橡胶主簧，主簧骨架上分别设置有上联接螺柱和下联接螺柱，上联接螺柱和主振动物体相联接，下联接螺柱和绕制有励磁线圈的柱状铁芯相联接，柱状铁芯通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体支撑在导磁套筒中，挤压磁流变弹性体两端分别与贯穿导磁套筒并固定联接的“T”形支撑的顶部和铁芯的底端相联接；上壳体联接下壳体，“T”形支撑的下端与下壳体固定联接，下壳体底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓。本发明可以有效降低旋转机械传递到基体的振动能量，减小旋转机械相关零部件的振动，延长旋转机械及其系统使用寿命。

权利要求

1.一种并联模式半主动隔振器，其特征是：

设置一呈筒状的上壳体(21)，橡胶主簧(1)封堵于上壳体(21)的顶端开口中，主簧骨架(3)贯穿所述橡胶主簧(1)，在所述主簧骨架(3)的上端和下端分别设置有上联接螺柱(31)和下联接螺柱(32)，所述上联接螺柱(31)的上端用于和主振动物体相联接，所述下联接螺柱(32)的下端用于和绕制有励磁线圈(46)的柱状铁芯(41)相联接，所述柱状铁芯(41)通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体(45)支撑在导磁套筒(44)中，挤压磁流变弹性体(42)的两端分别与贯穿导磁套筒(44)并固定联接的“T”形支撑(43)的顶部和柱状铁芯(41)的底端相联接；

设置与上壳体(21)相联接的下壳体(22)，所述“T”形支撑(43)的下端与所述下壳体(22)固定联接，下壳体(22)的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓(33)；所述上壳体(21)和下壳体(22)为螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。

2.一种并联模式半主动隔振器，其特征是：设置一呈环状的橡胶主簧(1)，上壳体(21)和下壳体(22)分别与橡胶主簧(1)的顶端和底端相联接构成隔振器壳腔，所述上壳体(21)的上端和下端分别固联有上联接螺柱(31)和下联接螺柱(32)，所述上联接螺柱(31)的上端用于和主振动物体相联接，所述下联接螺柱(32)的下端用于和绕制有励磁线圈(46)的柱状铁芯(41)相联接，柱状铁芯(41)通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体(45)支撑在导磁套筒(44)中，挤压磁流变弹性体(42)的两端分别与贯穿导磁套筒(44)并固定联接的“T”形支撑(43)的顶部和柱状铁芯(41)的底端相联接，所述支撑(43)的下端与所述下壳体(22)固定联接，所述下壳体(22)的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓(33)。

3.根据权利要1或2所述的并联模式半主动隔振器，其特征是：所述支撑(43)和下壳体(22)是以焊接或其它方式固定联接。

4.根据权利要1或2所述的并联模式半主动隔振器，其特征是：所述支撑(43)和导磁套筒(44)是以螺纹联接或其它方式固定联接。

5.根据权利要1或2所述的并联模式半主动隔振器，其特征是：所述上壳体(21)和下壳体(22)是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质。

6.根据权利要1或2所述的并联模式半主动隔振器，其特征是：所述导磁套筒(44)、铁芯(41)和支撑(43)是由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

说明书

一种并联模式半主动隔振器

技术领域

[0001] 本发明涉及振动系统中隔振机构，更具体地说是一种适用于汽车动力总成悬置系统、舰艇动力系统、医疗器械系统、特种装备运载器、机床加工设备等带有旋转机械动力系统的并联模式半主动隔振器。

背景技术

[0002] 旋转机械是工程领域中应用非常广泛的动力输出元件，在旋转机械的使用过程中，一般都存在随它们转速变化而变化的扰动激励。以内燃机为例，在内燃机工作时，气缸压力和往复惯性力产生的俯仰力矩是内燃机的主要扰动激励，扰动转矩频率是内燃机转速角频率的两倍，这样的扰动如果直接传到基体，会导致基体的剧烈振动。为减小振动，旋转机械和基体之间会设置隔振元件，但若隔振元件设计不合理，也会容易导致甚至严重恶化机体的振动，加剧相关机械电子部件的损坏，缩短它们的使用寿命，因此对旋转机械隔振元件的设计十分重要。传统的旋转机械隔振元件通常使用橡胶悬置，橡胶悬置的刚度一般在工程设计之初就已确定，由于设计悬置元件刚度时既要考虑悬置元件的隔振性能，又要兼顾对旋转机械限位和支撑的要求，因此在设计时悬置元件的刚度难免会有所偏大，这就使得悬置系统的固有频率偏大，因此在旋转机械低转速工况下，旋转机械振动的激励频率接近悬置系统的固有频率，导致旋转机械系统的振动严重，影响了相关部件的正常使用。

[0003] 考虑到隔振元件一方面要满足限位的要求，另一方面还要起到隔离旋转机械振动的功能，因此在工程应用中，为了减小旋转机械系统引起的振动，隔振元件的理想动刚度特性应该是低频具有高动刚度，高频具有低动刚度，这样隔振元件就能起到低频时限位，高频时隔振的功能。但目前的被动橡胶隔振元件动刚度特性是低频时具有低动刚度，高频时具有高动刚度，这和理想隔振元件的动刚度特性正好相反，因此在对隔振性能要求比较高的旋转机械上，橡胶隔振元件隔离振动的能力就十分有限，容易使旋转机械的振动传递到基体，加剧相关零部件的损坏。

[0004] 为使隔振元件的动刚度特性满足理想的低频高动刚度和高频低动刚度的特性，一般有两种方案可选：一是改变隔振元件的阻尼特性，二是改变隔振元件的静刚度特性。针对第一种方案，以发动机悬置设计为例，国内外学者提出的磁流变液压悬置能起到很好的改善悬置阻尼的作用，江苏大学陆黎明等人申请了一种混合模式磁流变液压悬置的发明专利，专利申请号为CN201310629286.5，该发明专利申请的发动机磁流变液压悬置采用磁流变液的挤压和流动混合作用的工作模式，通过改变磁流变液的粘滞阻尼来改变悬置系统的隔振能力，能起到良好的减振效果。针对第二种方案，可以通过改变隔振元件的静刚度特性来改变隔振元件的动刚度特性，最终改变振动系统的共振频率，使旋转机械系统的共振频率远离旋转机械的激励频率，基于此原理，可以设计使用刚度可控的元件作为隔振器的变刚度单元。磁流变弹性体作为一种新型的智能材料，由于其具有刚度连续可控、无需封装、成本较低的优点，又克服了磁流变液易沉降、稳定性差的缺点，因此非常适合作为隔振器的可控刚度元件。但由于旋转机械的载荷一般都较大，如果直接把磁流变弹性体作为隔振元件来承受旋转机械的载荷，往往会超过磁流变弹性体的屈服强度极限，容易造成磁流变弹性体的损坏，且单独工作在剪切模式或者挤压模式下的磁流变弹性体的刚度变化范围有限，使得隔振元件的移频范围有限，这在一定程度上都限制了磁流变弹性体在载荷较大的振动系统隔振技术上的应用。

发明内容

[0005] 本发明为避免上述现有技术存在的不足，提供一种并联模式半主动隔振器。根据隔振器的工作原理，将磁流变弹性体半主动控制技术应用到旋转机械隔振系统中，使隔振元件的动刚度特性满足理想的低频高动刚度，高频低动刚度的特性要求，降低旋转机械系统的振动，减小旋转机械相关零部件的振动，提高它们的使用寿命。

[0006] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

[0007] 本发明并联模式半主动隔振器的结构特点是：

[0008] 设置一呈筒状的上壳体，橡胶主簧封堵于上壳体的顶端开口中，主簧骨架贯穿所述橡胶主簧，在所述主簧骨架的上端和下端分别设置有上联接螺柱和下联接螺柱，所述上联接螺柱的上端用于和主振动物体相联接，所述下联接螺柱的下端用于和绕制有励磁线圈的柱状铁芯相联接，所述柱状铁芯通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体支撑在导磁套筒中，挤压磁流变弹性体的两端分别与贯穿导磁套筒并固定联接的“T”形支撑的顶部和柱状铁芯的底端相联接。

[0009] 设置与上壳体相联接的下壳体，所述“T”形支撑的下端与所述下壳体固定联接，下壳体的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓；所述上壳体和下壳体为螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。

[0010] 本发明另一形式的并联模式半主动隔振器的结构特点是：设置一呈环状的橡胶主簧，上壳体和下壳体分别与橡胶主簧的顶端和底端相联接，构成隔振器壳腔，所述上壳体的上端和下端分别固联有上联接螺柱和下联接螺柱，所述上联接螺柱的上端用于和主振动物体相联接，所述下联接螺柱的下端用于和绕制有励磁线圈的柱状铁芯相联接，柱状铁芯通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体支撑在导磁套筒中，挤压磁流变弹性体的两端分别与贯穿导磁套筒并固定联接的“T”形支撑的顶部和柱状铁芯的底端相联接，所述支撑的下端与所述下壳体固定联接，所述下壳体的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓。

[0011] 本发明并联模式半主动隔振器的结构特点也在于：

[0012] 所述支撑和下壳体是以焊接或其它方式固定联接。

[0013] 所述支撑和导磁套筒是以螺纹联接或其它方式固定联接。

[0014] 所述上壳体和下壳体是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质。

[0015] 所述导磁套筒、铁芯和支撑是由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

[0016] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

[0017] 1、本发明设计了基于剪切工作模式的磁流变弹性体和基于挤压工作模式的磁流变弹性体并联工作的结构，磁路由铁芯、挤压磁流变弹性体、支撑、导磁套筒和剪切磁流变弹性体共同组成，工作在并联模式下的磁流变弹性体比单独工作在一种模式下的磁流变弹性体刚度变化范围更大，在相同的激励电流限制下能更大范围的调节悬置元件的刚度变化范围。当主振动物体在低频大振幅激励作用下时，通过增大励磁线圈的通电电流，增大磁流变弹性体的刚度，进而增大隔振结构的刚度，从而满足低频大振幅激励时对隔振元件高刚度的要求；当主振动物体在高频小振幅激励下作用时，励磁线圈的通电电流减小，磁流变弹性体的刚度减小，减小隔振结构的刚度，又能满足高频低振幅激励时对悬置元件低刚度的要求，满足在不同激励频率下隔振系统对悬置元件刚度的不同要求，因此通过改变励磁线圈电流的大小，该结构能实现刚度的连续可控变化，满足隔振系统对悬置元件低频高刚度，高频低刚度的理想特性要求，能减小旋转机械相关零部件的振动，提高它们的使用寿命。

[0018] 2、本发明将磁流变弹性体和被动橡胶悬置结合在一起使用，橡胶悬置主要起到限位承重的作用，减小磁流变弹性体承受的载荷，这种设计使得该悬置元件在承受较大的主振动物体载荷时，磁流变弹性体不会因为达到屈服应力极限而损坏。

[0019] 3、本发明将铁芯和导磁套筒设置在上壳体和下壳体构成的封闭空腔内，这种设计有助于保护磁路的完整性，使得磁路与外界环境隔离，当悬置元件工作在复杂的外部条件时，该结构能使闭合磁路免受外界因素的干扰，增强了系统的稳定性。

[0020] 4、本发明中导磁套筒、铁芯、支撑采用工业纯铁或其它高导磁材料制成，它们工作时磁阻小，能较好的引导磁力线分布，增加通过磁流变弹性体的磁场强度，从而增大磁流变弹性体的刚度可调范围，能更好的满足隔振系统对悬置元件的高频低刚度，低频高刚度的理想特性要求。

附图说明

[0021] 图1是本发明实施例1结构示意图；

[0022] 图2为本发明实施例2结构示意图。

[0023] 图中标号：1橡胶主簧，21上壳体，22下壳体，3主簧骨架，31上联接螺柱，32下联接螺柱，33联接螺栓，41铁芯，42挤压磁流变弹性体，43支撑，44导磁套筒，45剪切磁流变弹性体，46励磁线圈，47导磁套筒引线孔，48下壳体引线孔。

具体实施方式

[0024] 实施例1：

[0025] 参见图1，本实施例中并联模式半主动隔振器的结构形式是：

[0026] 设置一呈筒状的上壳体21，橡胶主簧1封堵于上壳体21的顶端开口中，主簧骨架3贯穿橡胶主簧1，在主簧骨架3的上端和下端分别设置有上联接螺柱31和下联接螺柱32，上联接螺柱31的上端用于和主振动物体相联接，传递主振动物体的振动能量，下联接螺柱32的下端用于和绕制有励磁线圈46的柱状铁芯41相联接，柱状铁芯41通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体45支撑在导磁套筒44中，挤压磁流变弹性体42的两端分别与贯穿导磁套筒44并固定联接的“T”形支撑43的顶部和柱状铁芯41的底端相联接，本实施例中，导磁套筒44与支撑43可以通过螺纹联接或其他联接方式联接。

[0027] 设置与上壳体21相联接的下壳体22，“T”形支撑43的下端与下壳体22固定联接，下壳体22的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓33；在本实施例中，“T”形支撑43的下端与下壳体22可以通过焊接，或以螺纹联接或其它联接方式联接。

[0028] 具体实施中，上壳体21和下壳体22是由隔磁性能较好且强度较高的不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料制成，既能达到上壳体21和下壳体22作为支撑旋转机械载荷的刚度设计条件，又能满足磁流变弹性体工作时对磁路封闭的要求；上壳体21和下壳体22采用螺纹联接，或以卷边或其它联接方式联接。

[0029] 本实施例中，导磁套筒44和铁芯41能引导磁力线分布，是磁场通过的主要路径，它们的磁阻大小决定了通过剪切磁流变弹性体45和挤压磁流变弹性体42的磁场强度，因此为了使通过剪切磁流变弹性体45和挤压磁流变弹性体42的磁场强度更大，导磁套筒44、铁芯41和支撑43由工业纯铁或其它高导磁材料制成。

[0030] 实施例2：

[0031] 参见图2，本实施例中并联模式半主动隔振器的结构形式是：

[0032] 设置一呈环状的橡胶主簧1，上壳体21和下壳体22分别与橡胶主簧1的顶端和底端相联接构成隔振器壳腔，上壳体21的上端和下端分别固联有上联接螺柱31和下联接螺栓32，其中上联接螺栓31的上端用于和主振动物体相联接，下联接螺栓32的下端用于和绕制有励磁线圈46的柱状铁芯41相联接，柱状铁芯41通过设置在柱状铁芯外圆周上的剪切磁流变弹性体45支撑在导磁套筒44中，挤压磁流变弹性体42的两端分别与贯穿导磁套筒44并固定联接的“T”形支撑43的顶部和柱状铁芯(41)的底端相联接，支撑43的下端与下壳体22固定联接，下壳体22的底部设置有用于和基体相联接的联接螺栓33。

[0033] 与实施例1相同的是，本实施例2中上壳体21和下壳体22是以不锈钢或其它不导磁或低磁导率材料为材质；导磁套筒44、铁芯41和支撑43是由工业纯铁或其它高导磁材料制成；励磁线圈的引线由导磁套筒引线孔47和下壳体引线孔48引出到壳体外。实施例2与实施例1的主要区别是取消了主簧骨架3的作用，实施例2中的橡胶主簧1的两端分别直接与上壳体21和下壳体22联接，以橡胶主簧1、上壳体21和下壳体22构成隔振器壳腔，这种方式能更有效地利用空间，加工也更为容易。

[0034] 本发明中工作在剪切模式下的磁流变弹性体和工作在挤压模式下的磁流变弹性体共同并联作用，磁路由铁芯41、挤压磁流变弹性体42、支撑43、导磁套筒44和剪切磁流变弹性体45共同组成，并联工作的磁流变弹性体刚度可调范围比工作在单独模式下的磁流变弹性体刚度可调范围更大，因此本发明能更大范围地调节磁流变弹性体的刚度变化范围，当主振动物体在低频大振幅激励作用下时，通过增大励磁线圈的通电电流，增大磁流变弹性体的刚度，进而增大该结构的刚度，从而满足低频大振幅激励时对隔振元件高刚度的要求；当主振动物体在高频小振幅激励作用下时，励磁线圈的通电电流减小，磁流变弹性体的刚度减小，减小该结构的刚度，又能满足高频低振幅激励时对悬置元件低刚度的要求。因此通过改变励磁线圈电流的大小，该结构能实现刚度的连续可控变化，从而满足对悬置元件低频高刚度，高频低刚度的要求，且本发明将磁流变弹性体和被动橡胶悬置结合在一起使用，橡胶悬置主要起到限位承重的作用，减小磁流变弹性体承受的载荷，使得该悬置元件在承受较大的主振动物体载荷时，磁流变弹性体不会因为达到屈服应力极限而损坏。因此该结构既能起到限位承重的作用，又能满足振动系统对隔振元件低频高刚度，高频低刚度的理想刚度特性要求，减小旋转机械相关零部件的振动，提高它们的使用寿命。