[发明专利]一种主被动复合电磁隔振装置及其设计方法

权利要求书

1.一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，包括有筒状壳体(8)，筒状壳体(8)设有上端盖(1)和下端盖(11)；筒状壳体(8)内设有以定子骨架(4)、电磁线圈(5)、衔铁(9)组成电磁作动器，电磁作动器为主动隔振装置；以T型凹支柱(3)、环状橡胶垫(6)、圆柱型凹支柱(10)、钢弹簧(13)、工字型质量块(14)构成动力吸振单元，动力吸振单元与橡胶隔振器(7)并联为被动隔振装置；通过上端盖(1)、四孔圆盘(2)、下端盖(11)、弧型质量块(12)将主动隔振装置与被动隔振装置串并联成为多级隔振系统，并将筒状壳体(8)的内壁与橡胶隔振器(7)外壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，所述的电磁作动器，定子骨架(4)置于四孔圆盘(2)中心主轴线处，定子骨架(4)外层缠绕有绝缘材料包裹的电磁线圈(5)；定子骨架(4)下端面靠近衔铁(9)中心，衔铁(9)位于定子骨架(4)下端面与弧形质量块(12)形成的环形间隙中心。

3.根据权利要求1所述的一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，所述的动力吸振单元由T型凹支柱(3)与圆柱型凹支柱(10)通过环状橡胶垫(6)串联，T型凹支柱(3)、圆柱型凹支柱(10)与环状橡胶垫(6)的凹空间内均设有隔振单元，隔振单元由钢弹簧(13)与工字型质量块(14)串联组成。

4.根据权利要求1所述的一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，所述的多级隔振系统中上端盖(1)与下端盖(11)为四凹槽圆盘，动力吸振单元中的T型凹支柱(3)内嵌于圆盘凹槽中，弧型质量块(12)位于上下两圆柱型凹支柱(10)之间，四孔圆盘(2)衔接于T型凹支柱(3)上，衔铁(9)位于定子骨架(4)下端面与弧形质量块(12) 形成的环形间隙中心，橡胶隔振器设置在上端盖与下端盖之间。

5.根据权利要求1所述的一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，所述的上端盖(1)、四孔圆盘(2)、T型凹支柱(3)、筒状壳体(8)、圆柱型凹支柱(10)、下端盖(11)、弧型质量块(12)、工字型质量块(14)采用不导磁的铝合金材料；定子骨架(4)采用硅钢片垒叠制成；电磁线圈(5)采用80匝1mm的铜导线；环状橡胶垫(6)、橡胶隔振器(7)采用天然橡胶；钢弹簧(13)采用碳素弹簧钢；衔铁(9)采用软磁材料的纯铁。

6.根据权利要求1所述的一种主被动复合电磁隔振装置，其特征在于，所述的上端盖(1)、下端盖(11)、四孔圆盘(2)的凹槽与孔都为圆形，均匀分布在间隔为90°的主轴线上；定子骨架(4)上端面开有圆孔，通过螺钉固定在四孔圆盘(2)中心主轴线处，定子骨架(4)下端面为平整圆形。

7.一种主被动复合电磁隔振装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，隔振装置外形结构设计，主被动复合电磁隔振装置包含主动和被动隔振多个环节，外形设计应参考隔振器使用环境，根据隔振器安装位置的轴向尺寸与径向尺寸分别380mm和300mm；设计隔振器轴向尺寸与径向尺寸分别为400mm和300mm，隔振装置的执行单元以电磁作动器为核心，其结构设计在满足体积与质量的同时，电磁作动器输出电磁力与输入电流之间满足较好线性关系和保持600N输出力；

步骤2，电磁作动器的设计，具体是：电磁作动器材料采用80匝1mm的铜导线缠绕于导磁材料制备的定子骨架( 4) 杆体外层，有效避免漏磁、磁滞损耗和涡流损耗对隔振器输出力的影响，增强作动器气隙中的磁感应强度，保证作动器输出力达到最大；电磁作动器在忽略漏磁、磁滞损耗和涡流损耗等因素，当电磁线圈通电时，衔铁受到的磁场力为：

式中：F_v表示外部振动激励，F₁与F₂分别表示衔铁所受上、下电磁力，μ₀表示真空磁导率，A表示定子骨架下端面极面积，N表示线圈匝数，i₁与i₂分别表示电磁线圈1、2的励磁电流，c₀表示平衡点处气隙，x表示位移；

步骤3，电磁作动器的布局设计，具体为：电磁作动器结构采用双向对称设计，将衔铁(9) 置于两下端面与弧形质量块( 12) 形成的环形间隙中心，合理配置作动器内气隙高度，使作动器输入与输出满足较好线性关系，保障隔振装置控制精准度和实时性；

步骤4，复合隔振装置的被动隔振设计，主动隔振装置/被动隔震电磁隔振装置以动力吸振单元和橡胶隔振器( 7) 为被动执行单元，结构优化设计采用并联形式应用于复合隔振装置，使隔振装置有较低的固有频率和较大的静态压缩量，具有较大的负载力且隔振性能优良；因钢弹簧( 13) 阻尼过小，对于共振振幅的控制效果较差，易发生共振激增现象，优化设计将T型凹支柱( 3) 、环状橡胶垫( 6) 、圆柱型凹支柱( 10) 、钢弹簧( 13) 、工字型质量块( 14) 以串并联的方式形成动力吸振单元，增强隔振装置阻尼，使系统在共振时产生反作用力来减少负载振动。