[发明专利]一种机械谐振子的制备方法及装置

权利要求书

1.一种机械谐振子的制备方法，其特征在于，包括：

构建机械谐振子初始模型；所述初始模型包括谐振质量及均匀包覆在谐振质量外表面的弹性包覆层；

基于虚位移原理及能量守恒定理确定所述弹性包覆层的轴向等效刚度；

根据所述弹性包覆层的轴向等效刚度确定频率与所述机械谐振子几何参数的计算关系式；

在预设频率下，根据所述机械谐振子几何参数的计算关系式确定所述机械谐振子中谐振质量的几何参数和弹性包覆层的几何参数；

根据所述谐振质量的几何参数和所述弹性包覆层的几何参数制备所述机械谐振子；

基于虚位移原理及能量守恒定理确定所述弹性包覆层的轴向等效刚度具体包括：

利用下式计算所述弹性包覆层的轴向等效刚度：

其中，k表示弹性包覆层的轴向等效刚度，E_s表示弹性包覆层的弹性模量，t表示弹性包覆层的厚度，R_l表示谐振质量的半径；

根据所述弹性包覆层的轴向等效刚度确定频率与所述机械谐振子几何参数的计算关系式具体包括：

固有角频率与弹性包覆层的轴向等效刚度存在以下关系：

其中，ω表示固有角频率，k表示弹性包覆层的轴向等效刚度，m表示谐振质量的质量；

将弹性包覆层的轴向等效刚度计算公式：

代入固有角频率与弹性包覆层的轴向等效刚度计算公式中，结合固有角频率与频率的关系式：

ω＝2πf

可得频率与机械谐振子几何参数的计算关系式：

其中，E_s表示弹性包覆层的弹性模量，t表示弹性包覆层的厚度，R_l表示谐振质量的半径，ρ_l表示谐振质量的密度；

还包括根据弹性模量计算所述弹性包覆层的硬度；具体包括：

弹性包覆层的硬度与弹性包覆层的弹性模量存在如下关系：

其中，E_s表示弹性包覆层的弹性模量，HA表示弹性包覆层的硬度。

2.根据权利要求1所述的机械谐振子的制备方法，其特征在于，

将弹性包覆层等效为均匀包裹在谐振质量的外表面且指向谐振质量中心的弹簧支撑；

根据虚位移原理及能量守恒定理确定均匀分布的弹簧支撑对应的均布弹簧刚度：

其中，k’表示均布弹簧刚度，E_s表示弹性包覆层的弹性模量，t表示弹性包覆层的厚度；

将均布弹簧刚度等效为只存在于三个坐标轴方向的六根弹簧，轴向等效刚度为每个坐标轴方向两根弹簧的并联刚度，根据能量守恒定理得到：

其中，k’表示均布弹簧刚度，R_l表示谐振质量的半径，k表示弹性包覆层的轴向等效刚度。

3.根据权利要求1所述的机械谐振子的制备方法，其特征在于，在预设频率下，根据所述机械谐振子几何参数的计算关系式确定所述机械谐振子中谐振质量和弹性包覆层的几何参数具体包括：

在频率已知的情况下，根据机械谐振子几何参数的计算关系式确定弹性包覆层的厚度、谐振质量的半径和谐振质量的密度。

4.根据权利要求1所述的机械谐振子的制备方法，其特征在于，根据所述谐振质量的几何参数和所述弹性包覆层的几何参数制备所述机械谐振子具体包括：

在选材并确定好机械谐振子中谐振质量和弹性包覆层的几何参数后，将弹性包覆层均匀包裹在谐振质量的外表面，即完成了机械谐振子的制备。

5.根据权利要求4所述的机械谐振子的制备方法，其特征在于，在根据所述谐振质量的几何参数和所述弹性包覆层的几何参数制备所述机械谐振子之前还包括：

设置弹性包覆层的几何参数取值范围和谐振质量的几何参数取值范围；

利用workbench有限元软件的modal模块进行模态分析，验证几何参数取值范围的设置有效性；

若弹性包覆层的几何参数在有效的弹性包覆层几何参数取值范围内且谐振质量的几何参数在有效的谐振质量几何参数取值范围内，则认为谐振质量的几何参数和弹性包覆层的几何参数均符合要求。