基于正负刚度并联永磁隔振器的隔振性能分析及实验验证

针对超精密领域小负载隔振的新需求,基于正负刚度并联原理,采用永磁弹簧和橡胶带相结合的方法,永磁弹簧提供正刚度,橡胶带提供负刚度,提出了一种正负刚度并联永磁隔振器的新构型。为了研究该隔振器的隔振性能,通过实验与理论相结合的方法,建立了橡胶带拉力和刚度的数学模型,验证了橡胶带拉力解析模型的有效性;建立了正负刚度并联永磁隔振器的动力学方程,分析了该隔振器的隔振性能;搭建了永磁弹簧和正负刚度并联永磁隔振器实验台,分别进行隔振性能测试。实验结果表明该隔振器隔振性能的理论计算和实验测试的结果比较吻合,且具有良好的隔振性能;该隔振器最大特点在于其最大承载能力时,刚度最低,固有频率最低,低频隔振性能最好。

正负刚度并联弹簧汽车座椅悬架设计与仿真

介绍正负刚度并联相消原理,通过分析可知应用该原理可以有效降低系统的固有频率,减小隔振传递率。基于该原理选用连杆弹簧负刚度机构与正刚度弹簧并联,设计新型汽车座椅隔振系统,给出该隔振系统的结构参数和性能参数,得到符合座椅要求的固有频率。用ADAMS建立座椅悬架以及人体-座椅五自由度的虚拟样机模型,采用正弦激励模拟汽车驾驶室地板的输入激励进行仿真,在同样的激励条件下,对未加负刚度的座椅隔振系统进行同样的仿真,分别得到人体头部、躯干上部、躯干下部、臀部和座椅振动的加速度谱。结果表明,与未施加负刚度的普通座椅隔振系统相比,人体加速度明显减小,舒适度得到有效改善。

耦合吸振器的正负刚度并联系统的隔振性能研究

基于动力吸振原理,设计了耦合线性吸振器的正负刚度并联隔振系统。建立了系统的动力学方程,运用平均法进行解析求解,推导了动态响应频域解析解和传递率表达式,数值分析了吸振器的质量、刚度和阻尼对耦合系统隔振性能的影响规律,并与正负刚度并联系统进行了比较。结果表明,选择合适参数的吸振器,可在保有正负刚度并联系统的优良隔振性能的基础上,降低一定频域内被隔振体的振幅,减小系统起始隔振频率,扩大隔振频带宽,改善低频隔振效果。

正负刚度并联的磁流变隔振器性能分析及优化

针对精密机床在工作中所受到的外界宽频扰动问题,提出一种正负刚度并联的挤压式磁流变隔振器。基于流体连续性方程和动量方程建立了隔振器的集总参数模型。采用流固耦合数值模拟的方法对隔振器内部液体的流场分布特性进行深入探讨,揭示了隔振器的流场工作机理。依据所建立的集总参数模型,对隔振器的动刚度和位移传递率进行仿真研究,阐明了隔振器的高、低频刚度解耦特性。运用多目标遗传算法对隔振器的结构进行优化设计,并对Pareto解集的综合优选进行分析。该成果可为半主动式精密机床隔振器的设计和应用提供借鉴。

基于负刚度结构的低频速度传感器的设计与分析

实现低频速度传感器的低频扩展在精密减振领域有着重要的意义,本研究提出基于负刚度结构的低频速度传感器,负刚度结构由两组电磁弹簧组成,采用正负刚度并联原理以实现传感器的低频扩展。首先采用安培电流模型建立电磁弹簧数学模型,分析参数对电磁负刚度特性的影响规律并提出负刚度结构优化策略,另外通过调整负刚度结构中线圈电流大小实现传感器固有频率可调。通过数值仿真分析负刚度的非线性影响以及在不同激励幅值和激励频率下传感器的低频响应特性,结果表明负刚度非线性影响可以忽略;当负刚度结构通入电流为0.9 A时,传感器固有频率为4 Hz,而在通入电流为1 A时,传感器固有频率为1 Hz,有效地降低速度传感器的测量下限。

基于准零刚度的被、主动混合控制研究

基于准零刚度原理,分别对负刚度(铰接连杆+水平预紧弹簧)、正负刚度并联体系(铰接连杆+水平预紧弹簧+竖向预紧弹簧)进行了理论研究,并对正负刚度并联实现准零刚度体系进行了有限元分析,在考虑给定弹簧预紧力前提下进行了模态和被动控制(无外界能源输入)效果分析,结果表明设计的准零刚度可以使体系达到较低的固有频率。为了进一步改善被动控制效果,考虑"被动控制+主动控制(有外界能源输入)"的混合控制,主动控制系统包括传感器、作动器和主动控制器,主动控制算法为PID,通过在ANSYS/APDL环境下嵌入主动控制模块实现了混合控制的有限元分析,结果表明混合控制可以大幅改善被动控制效果,为传统精密工程微振动控制提供了一种新思路。

基于可控电磁负刚度的半主动隔振器传递率特性研究

针对传统隔振器刚度不可调的缺陷,提出了一种新型的基于负刚度调控的半主动隔振器,通过研究绝对位移传递率特性评估其刚度可控性和隔振性能。基于场论和等效磁荷法建立了电磁负刚度的理论计算公式,该公式与激励电流呈现函数关系;由于电磁负刚度计算的复杂性,用最小二乘法对负刚度计算公式进行了近似;基于负刚度的近似表达,建立了正负刚度并联的半主动隔振器,分析了励磁电流对传递率和阻尼率的影响规律。试验验证了线性条件下电流对隔振器传递率作用的规律。

装配式梁桥高墩计算长度系数探讨

随着中国山区高等级公路的发展,为了节约原材料、降低工程造价,装配式桥梁的中、小跨径化已成为趋势,这势必造成高桥墩应用的增多。计算长度系数是影响桥墩设计计算的一个关键参数,笔者从结构稳定入手,并考虑了相邻桥墩及支座对墩顶弹性约束的影响,建立桥墩临界荷载与计算长度系数的关系。分析影响计算长度系数的一些参数,并探讨它的变化规律。

并联变刚度隔震支座试验研究

叠层橡胶支座是实现隔震技术最关键因素之一。研发了一种具有摩擦耗能且可以改变刚度的并联组合型变刚度叠层橡胶隔震支座,该支座由内部小支座、外环摩擦板和外环支座共同组成,组合支座水平位移较小时,由内环小支座提供水平刚度和水平恢复力,外环摩擦板提供摩擦力,外环支座自由变形;支座水平变形到设定目标时,由内外环支座共同提供水平刚度,水平刚度明显上升,此时摩擦板处于静止状态。通过足尺试验研究了这种变刚度支座的竖向性能、水平性能和滞回性能。试验表明,在整个过程中内外环支座可以共同承担竖向荷载。

STIFFNESS ANALYSIS OF THE MAIN MODULE FOR PARALLEL MACHINE TOOLS BY FINITE ELEMENT ANALYSIS

With the aid of commercial finite element analysis software package ANSYS,investigations are made on the contributions of main components to stiffness of the main module for parallel machine tools,and it is found that the frame is the main contributor.Then,influences of constraints,strut length and working ways of the main module have also been investigated.It can be concluded that when one of the main planes of the frame without linear drive unit is constrained,the largest whole stiffness can be acquired.And,the stiffness is much better when the main module is used in a vertical machine tool instead of a horizontal one.Finally,the principle of stiffness variation is summarized when the mobile platform reaches various positions within its working space and when various loads are applied.These achievements have provided critical instructions for the design of the main module for parallel machine tools.

超低频非线性隔振器的对比分析

简要介绍两种典型的基于正负刚度并联的超低频非线性隔振器(纯弹簧机构隔振器和凸轮-滚轮-弹簧组合机构隔振器)的机理,深入研究两种隔振器的非线性刚度参数对隔振器的准零刚度特性的影响,以及外部激励幅值对隔振器的隔振效率的影响。通过参数配置基本相同的两种非线性隔振器和相应的线性隔振器的性能对比研究,验证凸轮-滚轮-弹簧组合的非线性隔振器在准零刚度特性范围和外部激励幅值范围上均有明显优势。研究结果对于超低频非线性隔振器的工程应用开发具有一定的指导意义。

气动肌纤维驱动仿生机体类生物变刚度特性分析

四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,分析仿生椎间盘、仿生韧带、仿生肌肉等主要组成要素的刚度,提出一种仿生机体的串并联式刚度模型,建立仿生机体的刚度与气动肌纤维输入气压间的关系,探究在不同驱动方式下仿生机体的局部、整体变刚度特性。设计仿生机体的变刚度测试实验平台,分别开展仿生机体的局部、整体动态弯曲试验,分析其主动变刚度特性。实验结果表明,通过改变气动肌纤维的布置及充气压力,能实现仿生机体的动态弯曲,具有类生物的局部或整体变刚度特性。创新研究的仿生机体及驱动方式,为提高四足机器人的机动性提供借鉴。

装配式梁桥高墩计算长度系数探讨

随着我国山区高等级公路的发展,为了节约原材料、减小工程造价,装配式桥梁的中、小跨径化已经成为趋势,这势必造成高桥墩应用的增多。计算长度系数是影响桥墩设计计算的一个关键参数,从结构稳定入手,并考虑了相邻桥墩及支座对墩顶弹性约束的影响,建立桥墩临界荷载与计算长度系数的关系。分析影响计算长度系数的一些参数,并探讨它的变化规律,以供此类桥梁设计应用与参考。