現(xiàn)今,精密測量儀器、精密加工裝備等領(lǐng)域需求不斷提高,其對環(huán)境的隔振要求也越來越高,尤其對低頻微振動十分敏感。本文研究的正負(fù)剛度并聯(lián)主動減振器的被動結(jié)構(gòu)具有高承載力和低固有頻率的優(yōu)良特性,結(jié)合主動控制技術(shù),可以完成超低頻的主動減振性能。本文主要對正負(fù)剛度并聯(lián)主動減振器的結(jié)構(gòu)進行分析和性能測試,主要研究內(nèi)容如下:根據(jù)主動減振器的設(shè)計需求,按照機械結(jié)構(gòu)部分和控制硬件部分分別進行了原理方案設(shè)計。對豎直方向及水平方向正負(fù)剛度并聯(lián)機構(gòu)進行參數(shù)設(shè)計并對控制硬件結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計,確定了主動減振器的結(jié)構(gòu)三維模型。采用等效磁荷法建立了環(huán)形永磁結(jié)構(gòu)內(nèi)磁環(huán)偏移量與磁力的靜力學(xué)模型,靜力學(xué)模型為四重積分解析式,加入設(shè)計參數(shù)后利用Matlab對其進行計算。利用Ansoft Maxwell電磁分析軟件對建立的靜力學(xué)模型進行仿真驗證,驗證結(jié)果表明:本文靜力學(xué)解析模型計算值與Ansoft Maxwell仿真值吻合,誤差滿足工程要求。利用Ansoft Maxwell仿真,得出了扇形磁體間間隙角?與磁力誤差的關(guān)系,為后期的環(huán)形永磁結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的參考作用。由于磁力作用增加了結(jié)構(gòu)裝配難度,對內(nèi)外磁環(huán)設(shè)計了相應(yīng)裝配夾具。對主動減振器的裝配及結(jié)構(gòu)可靠性進行分析,對可靠性不足的結(jié)構(gòu)如水平限位機構(gòu)、頂蓋結(jié)構(gòu)采用裝配尺寸鏈法和有限元法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,對強度和變形量有較大裕度的結(jié)構(gòu)如中心平臺利用ANSYS Workbench中的Design Exploration進行尺寸優(yōu)化,建立了中心平臺的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型,并采用響應(yīng)曲面優(yōu)化方法,在中心平臺強度和變形量滿足實際工程應(yīng)用的情況下,使其結(jié)構(gòu)更加精簡。對主動減振器整體裝配夾具進行設(shè)計,并搭建了主動減振器測試平臺。利用測試平臺進行了主動減振器的被動傳遞率測試和阻尼率測試,通過測試獲得了主動減振器豎直及水平方向結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼率實際值,驗證了其超低頻減振的被動結(jié)構(gòu)特性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB535
【部分圖文】：

將需求及方案具體化，設(shè)計具體的機械結(jié)構(gòu)組成。本節(jié)主要完成內(nèi)容振器整機結(jié)構(gòu)的設(shè)計、被動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計和主動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且對關(guān)鍵件設(shè)計。1 整機結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題主動減振器設(shè)計均采用“剛性”結(jié)構(gòu)，并且水平方向負(fù)剛度采用了環(huán)形永故整個減振器對裝配的要求很高，除了設(shè)計相應(yīng)的夾具來輔助裝配，在初步設(shè)結(jié)構(gòu)時要充分考慮裝配要求，所以主動減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計均采用了面向制造和品設(shè)計準(zhǔn)則（DFMA），從而使最終主動減振器的加工制造及裝配更加方便、簡本，并且其質(zhì)量也可以得到很好的保障。本課題設(shè)計的主動減振器整機結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-4 所示，主要分為主動結(jié)構(gòu)和，主動部分結(jié)構(gòu)主要實現(xiàn)減振器的主動控制的限位及輔助作用，結(jié)構(gòu)處于頂板間；被動結(jié)構(gòu)部分主要包括正負(fù)剛度并聯(lián)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)。

2.3.2 被動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計主動減振器被動部分主要實現(xiàn)水平方向及豎直方向的正負(fù)剛度并聯(lián)結(jié)構(gòu)，是整個主動減振器結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的部分。被動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點包括：豎直方向正負(fù)剛度并聯(lián)機構(gòu)和水平方向正負(fù)剛度并聯(lián)機構(gòu)。首先豎直方向結(jié)構(gòu)如圖 2-8 所示，采用對稱布置的三個豎直彈簧和三個水平彈簧實現(xiàn)正負(fù)剛度并聯(lián)機構(gòu)，同時這種布置可以使系統(tǒng)能有更高的可靠性及自適應(yīng)性。中心平臺將豎直彈簧與水平彈簧連接起來，要承受較大的載荷力，所以材料設(shè)置為不銹鋼 304，同理可調(diào)支撐也設(shè)置為不銹鋼 304 材料，水平彈簧在工作的過程中除了壓縮量的變化還有角度的變化，為了保證其可靠性，將其置入旋轉(zhuǎn)鉸鏈中，由于導(dǎo)向桿及彈簧止推塊的作用，水平彈簧在軸向可以自由的伸縮而徑向的位移被限制，并且旋轉(zhuǎn)鉸鏈與中心平臺連接處采用了銅合金軸套，可以很好的減小摩擦，從而可以使水平彈簧達(dá)到設(shè)計要求。在中心平臺下端及可調(diào)支撐上端設(shè)計彈簧對心座可使豎直彈簧只沿軸向變形而徑向不變形來滿足設(shè)計要求。

代號 參數(shù)名稱 參數(shù)值rB 剩磁 1.34 TcbH 矯頑力 987 kA/mciH 內(nèi)稟矯頑力 1353 kA/mmax(BH) 最大磁能積 271~287 kJ/m3 密度 ≥7.45 g/cm3環(huán)形永磁結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)如下：內(nèi)磁環(huán)內(nèi)徑1R 為 45mm，內(nèi)磁環(huán)外徑2R 為 60mm，外磁環(huán)內(nèi)徑3R 為 74mm，外磁環(huán)外徑4R 為 89mm，內(nèi)外磁環(huán)的軸向厚度 t 為 35mm。環(huán)境參數(shù)真空磁導(dǎo)率0 為7 24 10 N /A 。下面采用以上參數(shù)進行仿真驗證。首先在 Ansoft 軟件中選擇 Maxwell 3D Design，選擇求解類型為 Magnetostatic 靜磁場分析，再將 solidworks 中建立的模型導(dǎo)入，一個重要的步驟就是材料設(shè)置，因為是徑向磁化，磁場方向指向圓心，所以在材料設(shè)置時采用圓柱坐標(biāo)系，使 R 為-1，這樣就可以使充磁方向指向 z 軸即徑向充磁。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2845745