基于磁斥力构建准零刚度隔振器的研究

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1、硕士学位论文基于磁斥力构建准零刚度隔振器的研究RESEARCHONTHEQUASIZEROSTIFFNESSOFVIBRATIONISOLATORBASEDONTHEMAGNETICREPULSIVEFORCE辛文鹏哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于磁斥力构建准零刚度隔振器的研究硕士研究生：辛文鹏导师：李兵教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP2

2、42.2U.D.C:621AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONTHEQUASIZEROSTIFFNESSOFVIBRATIONISOLATORBASEDONTHEMAGNETICREPULSIVEFORCECandidate：XinWenpengSupervisor：Prof.LiBingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeri

3、ngSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着现代科技的发展，高端精密设备在各个领域发挥的作用也越来越大，而动态载体下的精密设备在转场运输以及工作过程中，无法避免地要承受着各种连续性振动、间歇性冲击和持续动力载荷等各种因素的影响。因此，为保证高端精密设备工作的

4、精确性，研发可靠的隔振系统成为一项迫切解决的关键技术。通过调查发现，影响高端精密设备工作精度主要因素是低频振动，而传统的线性隔振系统因为不能处理好降低被隔振物静位移和降低系统固有频率之间的矛盾，因而不能具有好的低频、超低频隔振的能力。本文依托省重点项目，为保证高端精密设备的工作精度，研究出一种基于磁斥力的准零刚度隔振平台。该隔振平台不仅在理论层面可以达到准零刚度隔振系统高静态刚度低动态刚度的刚度特性需求，并且试验样机的测试结果也实现了很好的隔振性能，最后利用有限元分析结果也对该准零刚度隔振平台进行了改进。本文针对传统机构式负刚度弹簧的缺陷，设计出一种基

5、于磁斥力的负刚度磁弹簧。对该负刚度磁弹簧建立了力学分析模型，并利用等效磁荷法对其进行了静力学分析，利用ANSYS进行了有限元分析。因为磁环有径向磁化和轴向磁化两种情况，分别对这两种情况进行了研究和比较，最后采用了轴向磁化的磁环构建负刚度磁弹簧。接着对构建好的负刚度磁弹簧进行了动力学分析，其中为简化准零刚度隔振平台的动力学分析，建立了动力学方程，采用谐波平衡法，计算得出了隔振平台的力传递率表达式和位移传递率表达式，与其对应的线性隔振平台进行比较，发现本文所设计的准零刚度隔振平台的起始隔振频率与其所对应的线性隔振器相比有了较大程度的降低，并分析了隔振器所受

6、到的激励幅值和隔振器本身阻尼比对力传递率和位移传递率的影响。根据理论分析，设计加工并搭建了该新型准零刚度隔振平台实验样机，在垂直振动台上分别对准零刚度隔振器和其所对应的线性隔振器进行了扫频振动实验，通过整理实验数据，计算获得了两种隔振器的加速度传递率曲线，发现准零刚度隔振器的隔振效果在低频段比其对应的线性隔振器的隔振效果要好得多，基本符合理论研究。最后，依据该负刚度磁弹簧几何参数的影响趋势，设计了一非线性弹簧，并与线性弹簧并联，组成新的正刚度弹簧系统。建立了改进后的准零刚度隔振平台的理论模型，并进行了动力学分析，计算得到改进后隔振器的力传递率表达式，并

7、在相同阻尼比和相同激励幅值下与改进前的准零刚度隔振系统进行比较，发现在理论层面改进后的隔振系统可以进一步实现低频隔振。关键词：准零刚度；负刚度磁弹簧；传递率；正刚度系统-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheroleofhighprecisionequipmentinvariousfieldsisbecomingmoreandmoreimportantwiththedevelopmentofscienceandtechnology.Butwhenthehighprecisionequipmentunderdynamiccarrieri

8、ntheferrytransportandtheworkingprocess,inevitab