正负刚度并联主动减振器结构分析与性能测试

发布时间：2020-10-18 03:40

　　 现今,精密测量仪器、精密加工装备等领域需求不断提高,其对环境的隔振要求也越来越高,尤其对低频微振动十分敏感。本文研究的正负刚度并联主动减振器的被动结构具有高承载力和低固有频率的优良特性,结合主动控制技术,可以完成超低频的主动减振性能。本文主要对正负刚度并联主动减振器的结构进行分析和性能测试,主要研究内容如下:根据主动减振器的设计需求,按照机械结构部分和控制硬件部分分别进行了原理方案设计。对竖直方向及水平方向正负刚度并联机构进行参数设计并对控制硬件结构进行初步设计,确定了主动减振器的结构三维模型。采用等效磁荷法建立了环形永磁结构内磁环偏移量与磁力的静力学模型,静力学模型为四重积分解析式,加入设计参数后利用Matlab对其进行计算。利用Ansoft Maxwell电磁分析软件对建立的静力学模型进行仿真验证,验证结果表明:本文静力学解析模型计算值与Ansoft Maxwell仿真值吻合,误差满足工程要求。利用Ansoft Maxwell仿真,得出了扇形磁体间间隙角?与磁力误差的关系,为后期的环形永磁结构设计提供了重要的参考作用。由于磁力作用增加了结构装配难度,对内外磁环设计了相应装配夹具。对主动减振器的装配及结构可靠性进行分析,对可靠性不足的结构如水平限位机构、顶盖结构采用装配尺寸链法和有限元法进行结构优化,对强度和变形量有较大裕度的结构如中心平台利用ANSYS Workbench中的Design Exploration进行尺寸优化,建立了中心平台的优化设计数学模型,并采用响应曲面优化方法,在中心平台强度和变形量满足实际工程应用的情况下,使其结构更加精简。对主动减振器整体装配夹具进行设计,并搭建了主动减振器测试平台。利用测试平台进行了主动减振器的被动传递率测试和阻尼率测试,通过测试获得了主动减振器竖直及水平方向结构的固有频率和阻尼率实际值,验证了其超低频减振的被动结构特性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB535
【部分图文】：

将需求及方案具体化，设计具体的机械结构组成。本节主要完成内容振器整机结构的设计、被动部分结构设计和主动部分结构设计，并且对关键件设计。1 整机结构设计本课题主动减振器设计均采用“刚性”结构，并且水平方向负刚度采用了环形永故整个减振器对装配的要求很高，除了设计相应的夹具来辅助装配，在初步设结构时要充分考虑装配要求，所以主动减振器的结构设计均采用了面向制造和品设计准则（DFMA），从而使最终主动减振器的加工制造及装配更加方便、简本，并且其质量也可以得到很好的保障。本课题设计的主动减振器整机结构示意图如图 2-4 所示，主要分为主动结构和，主动部分结构主要实现减振器的主动控制的限位及辅助作用，结构处于顶板间；被动结构部分主要包括正负刚度并联结构、支撑结构、调节机构。

2.3.2 被动部分结构设计主动减振器被动部分主要实现水平方向及竖直方向的正负刚度并联结构，是整个主动减振器结构中最关键的部分。被动部分结构设计的重点包括：竖直方向正负刚度并联机构和水平方向正负刚度并联机构。首先竖直方向结构如图 2-8 所示，采用对称布置的三个竖直弹簧和三个水平弹簧实现正负刚度并联机构，同时这种布置可以使系统能有更高的可靠性及自适应性。中心平台将竖直弹簧与水平弹簧连接起来，要承受较大的载荷力，所以材料设置为不锈钢 304，同理可调支撑也设置为不锈钢 304 材料，水平弹簧在工作的过程中除了压缩量的变化还有角度的变化，为了保证其可靠性，将其置入旋转铰链中，由于导向杆及弹簧止推块的作用，水平弹簧在轴向可以自由的伸缩而径向的位移被限制，并且旋转铰链与中心平台连接处采用了铜合金轴套，可以很好的减小摩擦，从而可以使水平弹簧达到设计要求。在中心平台下端及可调支撑上端设计弹簧对心座可使竖直弹簧只沿轴向变形而径向不变形来满足设计要求。

代号 参数名称 参数值rB 剩磁 1.34 TcbH 矫顽力 987 kA/mciH 内禀矫顽力 1353 kA/mmax(BH) 最大磁能积 271~287 kJ/m3 密度 ≥7.45 g/cm3环形永磁结构的设计参数如下：内磁环内径1R 为 45mm，内磁环外径2R 为 60mm，外磁环内径3R 为 74mm，外磁环外径4R 为 89mm，内外磁环的轴向厚度 t 为 35mm。环境参数真空磁导率0 为7 24 10 N /A 。下面采用以上参数进行仿真验证。首先在 Ansoft 软件中选择 Maxwell 3D Design，选择求解类型为 Magnetostatic 静磁场分析，再将 solidworks 中建立的模型导入，一个重要的步骤就是材料设置，因为是径向磁化，磁场方向指向圆心，所以在材料设置时采用圆柱坐标系，使 R 为-1，这样就可以使充磁方向指向 z 轴即径向充磁。
【参考文献】

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本文编号：2845745