• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2019, Vol. 55 ›› Issue (11): 169-175.doi: 10.3901/JME.2019.11.169

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可用于大幅值激励的永磁式非线性隔振器

严博1,2, 马洪业1, 韩瑞祥3, 王珂2, 武传宇1   

  1. 1. 浙江理工大学机械与自动控制学院 杭州 310018;
    2. 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室 北京 100094;
    3. 浙江金火机床有限公司 杭州 311400
  • 收稿日期:2018-12-29 修回日期:2019-04-03 出版日期:2019-06-05 发布日期:2019-06-05
  • 通讯作者: 武传宇(通信作者),男,1976年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为智能装备技术、机器人、机构学以及机械动力学与控制。E-mail:cywu@zstu.edu.cn
  • 作者简介:严博,男,1986年出生,博士,副教授。主要研究方向为振动控制、智能材料与结构及非线性振动与控制等。E-mail:yanbo@zstu.edu.cn;马洪业,男,1994年出生,硕士研究生。主要研究方向为非线性振动与控制。E-mail:hongyem@foxmail.com;韩瑞祥,男,1962年出生,学士,高级工程师。主要研究方向为数控机床以及自动化智能装载技术。E-mail:hrxzxr163@163.com;王珂,男,1982年出生,博士,研究员,博士研究生导师。主要研究方向为空间机电系统、动力学与控制及智能结构技术。E-mail:wangke@csu.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(11602223)。

Permanent Magnets Based Nonlinear Vibration Isolator Subjected to Large Amplitude Acceleration Excitations

YAN Bo1,2, MA Hongye1, HAN Ruixiang3, WANG Ke2, WU Chuanyu1   

  1. 1. Faculty of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018;
    2. Key Laboratory of Space Utilization, Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094;
    3. Zhejiang GFIR Machine Tool Co., Hangzhou 311400
  • Received:2018-12-29 Revised:2019-04-03 Online:2019-06-05 Published:2019-06-05

摘要: 大加速度激励可极大影响结构的性能,甚至造成其破坏,如火箭发射时产生的强烈振动。提出了一种新型永磁式非线性隔振器,利用永磁力构建等效负刚度,并基于非线性软弹簧实现大加速度激励下的高性能隔振。永磁装置由一个轴向布置的永磁体和三个沿圆周均布的环形永磁体构成,所有永磁体均沿轴向磁化。分析并建立了隔振系统理论模型,基于谐波平衡法推导并得到了非线性隔振器的传递率表达式。设计了非线性隔振器的试验系统,分别研究了隔振器在0.2g、0.3g、5g及7g加速度激励下的隔振性能。结果表明,非线性隔振器在大幅值加速度激励(7g)下具有良好的隔振效果,其峰值频率降低47%,最大传递率降低70%。此外,也研究了永磁装置沿圆周不对称时的隔振特性,在该情况下,峰值频率降低51%,最大传递率降低86%。

关键词: 非线性隔振, 非线性振动, 负刚度, 谐波平衡法, 振动控制

Abstract: Large amplitude excitations extremely affect the performance of host structures, such as the vibrations during the launch. A novel permanent magnets based nonlinear isolator is proposed, which utilizes the nonlinear force to construct an equivalent negative stiffness and also utilizes the softening spring to realize the high performance isolation. The nonlinear vibration isolator mainly comprises of an axial permanent magnet (PM) and three radial PMs that are uniformly distributed along the circumference, where all the PMs are magnetized along their axes. The governing equation of the isolator is established, and the displacement transmissibility is obtained with the harmonic balance method. The isolation performance tests under the base acceleration with the amplitude of 0.2g, 0.3g, 5g and 7g are carried out. The results demonstrate that the peak frequency and corresponding transmissibility decrease by 47% and 70% with the nonlinear isolator. For the asymmetric configuration of the radial PMs, the peak frequency and corresponding transmissibility decrease by 51% and 86%.

Key words: harmonic balance method, negative stiffness, nonlinear isolation, nonlinear oscillation, vibration control

中图分类号: