[发明专利]单稳态磁悬浮式减振装置及其磁悬浮力的计算方法

说明书

本发明公开了一种悬臂梁振动单稳态磁悬浮式减振装置及其磁悬浮力的计算方法，其中包括单稳态磁悬浮式减振装置、磁悬浮力的计算步骤等。装置结构是：基座立柱固定有悬臂梁，悬臂梁的自由端固定有质量块及紧固件，由磁悬浮管和三块磁铁构成磁悬浮式动力吸振器。磁悬浮管上下两端设有两个固定的磁铁，在固定磁铁之间设有第三块磁铁，通过设置磁铁的极性，使第三块磁铁悬浮在磁悬浮管中。同时给出了磁感应强度、两块磁铁间的磁力、以及磁悬浮合力的计算方法。本发明只需设置三块磁铁的尺寸、两块固定磁铁间距即可实现对悬臂梁的减振。为非线性动力吸振器的应用，提供了新的技术方法，减小了吸振器所占据的体积，有利于减振效果的提升。

技术领域

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种可吸收、耗散振动能量并为主结构悬臂梁提供反作用力的减振装置。

背景技术

振动是机械工程中普遍存在的一种现象，振动不仅会影响结构的正常工作，还会对结构本身造成损害。在众多振动结构当中，悬臂梁以其结构简单、操作便捷、柔性强等特点而被广泛使用。但一般的悬臂梁结构，因容易受到振动的影响使其受力性能较差，如何削弱悬臂梁的振动，一直受到研究者的关注。悬臂梁结构的减振方式主要分为主动减振、半主动减振和被动减振。主动减振和半主动减振均需要外界输入能量，控制系统较为复杂，使其应用范围受到限制。被动减振方式结构简单，便于操作，无需外界输入能量，仅需在悬臂梁系统上附加质量-弹簧系统或者粘贴阻尼材料，即可达到较好的减振效果。

非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink，NES)技术是21世纪初国外研究学者命名提出的，其结构与线性动力吸振器类似，均是在主体结构上附加质量-弹簧系统。其减振机理为，通过为主结构提供可抑制其振动的反作用力的同时，吸收消耗部分能量，达到减振的目的。不同之处在于，NES具有强非线性刚度，只要外界激励幅值达到一定强度，NES可与任意主体结构产生共振，扩宽了减振频带，使其具有了追踪主体结构固有频率的特性。

近年来该领域的研究主要集中在立方刚度NES，理论研究已经发展的较为完善。但在实际应用中，立方刚度NES很难完美实现，研究者只能通过近似的方式去拟合立方刚度。例如专业研究者提出的分段线性刚度法，采用具有不同刚度的微型悬臂梁依次支撑质量块，随着质量块位移的增大，系统的整体刚度也随之变化，可近似拟合为立方刚度。遗憾的是质量块与不同微型悬臂梁的撞击会对系统的整体减振效果产生很大的影响，不利于减振效果的提升。而且当NES的非线性特征过于明显时，同样不利于系统的整体减振。

磁铁作为一种较为容易实现非线性特性的材料，进入了NES研究者的视线。在传统减振技术中，磁铁的性能可用于隔振，如磁悬浮列车、磁悬浮工作台等。NES研究者通过矩形磁铁的布置，实现了双稳态NES的设计，但是这种结构往往尺寸过大，对主体结构改造过多，对应用环境具有很大限制，不利于普适化，因此其减振效果仍有较大的提升空间。在此技术背景下，本发明创造了一种可吸收、耗散振动能量并为主结构悬臂梁提供反作用力的减振装置。

发明内容

为了弥补非线性能量阱的技术缺陷，本发明的目的是：提出一种悬臂梁振动单稳态磁悬浮式减振装置及其磁悬浮力的计算方法。

装置中磁悬浮式动力吸振器用三块磁铁和一个磁悬浮管组成，将吸振器中心固定连接在悬臂梁末端，即可达到对悬臂梁进行减振的目的。同时在一定条件下，吸振器具有线性动力减振的技术特征，降低非线性动力吸振器对外界激励幅值的敏感性，实现线性刚度与非线性刚度结合的减振特性。

本发明的技术方案由三个部分组成，即：单稳态磁悬浮式减振装置、吸振器中单稳磁悬浮力的计算步骤、以及吸振器中最优磁铁间距的计算方法。