[发明专利]并联阻尼和惯质单元的三元减振装置、设计及装配方法

权利要求书

1.一种并联阻尼和惯质单元的三元减振装置的设计方法，其特征在于，所述装置包括弹簧单元、阻尼单元和惯质单元，所述阻尼单元和惯质单元并联后与弹簧单元串联；所述阻尼单元包括滚珠丝杠系统、多块导体板、两块E型铁芯和多组第一通电线圈，所述滚珠丝杠系统包括滚珠丝杆和套装在滚珠丝杆上的滚珠螺母，所述滚珠螺母与连接件的下端固定连接，所述连接件为中空圆柱体，所述连接件的上端设有上连接端；所述惯质单元包括飞轮，所述滚珠丝杆从上至下顺序穿过滚珠螺母、飞轮和导体板；所述弹簧单元包括运动电磁体、固定电磁体、直线导轨和直线轴承，所述直线导轨穿过运动电磁体、固定电磁体和直线轴承；所述阻尼单元还包括第一外筒、第一圆板和第二圆板，所述第一圆板和第二圆板分别固定在第一外筒内壁的上下端；所述第一圆板和第二圆板的中心分别嵌入第一推力轴承和第二推力轴承，所述第一推力轴承和第二推力轴承均套装在滚珠丝杆上；所述弹簧单元还包括第二外筒，所述第二外筒的上端与第二圆板固定连接；所述直线轴承包括第一直线轴承和第二直线轴承，所述固定电磁体包括第一固定电磁体和第二固定电磁体，所述第一直线轴承、第二直线轴承、第一固定电磁体和第二固定电磁体均固定在第二外筒的内壁，且第一固定电磁体、第二固定电磁体的中心孔与直线导轨之间留有间隙；所述直线导轨从上至下顺序穿过第二直线轴承、第二固定电磁体、运动电磁体、第一固定电磁体和第一直线轴承，下端设有下连接端；所述运动电磁体、第一固定电磁体和第二固定电磁体的内部缠绕第二通电线圈；

并联阻尼和惯质单元的三元减振装置的装配方法包含以下步骤A至步骤H：步骤A，将滚珠螺母套装在滚珠丝杆的螺纹区域，第一推力轴承和第二推力轴承分别嵌入紧固在第一圆板和第二圆板的中心孔内；

步骤B，将飞轮、第一推力轴承、导体板和第二推力轴承从上至下顺序套装在滚珠丝杆的光圆区域；

步骤C，在E型铁芯上缠绕第一通电线圈，将E型铁芯的侧面通过螺栓安装到第一圆板和第二圆板的内侧；

步骤D，将步骤C装配构件嵌入第一外筒的内部，并将E型铁芯固定在第一外筒的内壁，第一圆板、第二圆板通过螺栓和第一外筒的内壁固定连接；

步骤E，在直线导轨的中部套装运动电磁体；

步骤F，直线导轨从上至下顺序套装第二直线轴承、第二固定电磁体、运动电磁体、第一固定电磁体和第一直线轴承；

步骤G，将步骤F的装配构件嵌入第二外筒的内部，并将第一直线轴承、第二直线轴承、第一固定电磁体和第二固定电磁体固定在第二外筒的内壁；

步骤H，第二圆板通过螺栓与第二外筒装配为一体，连接件和滚珠螺母连接为整体；

并联阻尼和惯质单元的三元减振装置的设计方法包含以下步骤1至步骤6：

步骤1，根据实际工程参数和阻尼器参数优化结果确定并联阻尼和惯质单元的三元减振装置所需的惯性质量m_a和频率f；

步骤2，根据步骤1计算结果确定滚珠丝杠系统的型号和参数，参数包括滚珠丝杆直径、导程和逆传动效率；

步骤3，阻尼单元设计：确定合适的E型铁芯尺寸大小、第一通电线圈直径和缠绕匝数，以及导体板的尺寸大小；然后根据公式和c＝σδsB_z²计算得到主磁感应强度B_z，采用COMSOL Multiphysics软件仿真计算，获得合适的输入电流强度；其中，C_e和C分别表示阻尼器的等效阻尼系数和阻尼系数，σ表示导体板的电导率，δ表示导体板厚度，s表示E型铁芯在导体板表面的平面投影面积，B_z表示导体板处的主磁感应强度，L_d与η分别表示滚珠丝杆的导程与滚珠丝杠系统的逆传动效率；

步骤4，惯质单元设计：根据公式获得飞轮的转动惯量J_w，进而计算得到飞轮尺寸大小，其中m_a表示飞轮的惯性质量，L_d与η分别表示滚珠丝杆的导程与滚珠丝杠系统的逆传动效率，J_w表示飞轮的转动惯量；

步骤5，弹簧单元设计：根据工程实际确定阻尼器频率，根据公式计算阻尼器刚度设计值，其中，f表示阻尼器频率，k表示阻尼器刚度设计值，m_a表示飞轮的惯性质量；然后确定合适的第一固定电磁体、第二固定电磁体和运动电磁体型号和参数，通过逐步调整电磁体第二通电线圈中的电流强度、方向以及固定电磁体之间的距离达到目标刚度设计值；

步骤6，根据阻尼单元、惯质单元和弹簧单元的设计参数，确定三元减振装置外筒、推力轴承和圆板的设计参数。