[发明专利]一种具有非对称阻尼特性电磁减振器及非对称特性设计方法

权利要求书

1.一种具有非对称阻尼特性电磁减振器，其特征在于：所述电磁减振器由齿轮齿条机构(1)、联轴器(2)、齿轮箱(3)、电机(4)、负载电路(5)和机箱(6)组成；

所述齿轮齿条机构(1)由齿条(101)、导轨(102)、滑块(103)、滑块紧固件(104)、齿轮齿条机箱(105)、吊耳(106)、伸张运动齿轮(107)、伸张运动超越离合器(108)、输出轴(109)、输出轴轴承(110)、紧固螺钉(111)、中间轴轴承(112)、中间轴(113)、压缩运动第一齿轮(114)、压缩运动第二齿轮(115)、压缩运动第三齿轮(116)和压缩运动超越离合器(117)构成；所述齿条(101)下部通过滑块紧固件(104)与所述滑块(103)连接，所述滑块(103)在所述导轨(102)上移动，所述输出轴(109)和中间轴(113)分别通过输出轴轴承(110)和中间轴轴承(112)设置在所述齿轮齿条机箱(105)内，所述伸张运动超越离合器(108)设置在所述伸张运动齿轮(107)的内部，并与所述输出轴(109)连接，所述压缩运动第三齿轮(116)通过压缩运动超越离合器(117)与输出轴(109)连接；所述压缩运动第一齿轮(114)、压缩运动第二齿轮(115)与中间轴(113)固定连接，所述齿条(101)与所述伸张运动齿轮(107)和压缩运动第一齿轮(114)啮合，所述压缩运动第二齿轮(115)与压缩运动第三齿轮(116)啮合传动连接；

所述齿轮齿条机构(1)、联轴器(2)、齿轮箱(3)和电机(4)连接设置在所述机箱(6)的内部，所述负载电路(5)连接设置在所述机箱(6)的外部，所述齿轮齿条机构(1)的输出轴(109)与所述联轴器(2)连接，所述齿轮箱(3)的输入轴与所述联轴器(2)连接，所述齿轮箱(3)的输出轴与所述电机(4)连接，所述负载电路(5)与所述电机(4)上的电极连接；

所述齿轮齿条机构(1)、联轴器(2)、齿轮箱(3)以及电机(4)呈L型连接设置在机箱(6)的内部，负载电路(5)通过电线连接设置在机箱(6)的外部；

所述中间轴(113)和输出轴(109)的轴向自由度通过设置在输出轴轴承(110)和中间轴轴承(112)上的紧固螺钉(111)进行约束。

2.根据权利要求1所述的一种具有非对称阻尼特性电磁减振器，其特征在于：所述伸张运动齿轮(107)和压缩运动第一齿轮(114)的齿轮参数完全相同。

3.根据权利要求1所述的一种具有非对称阻尼特性电磁减振器，其特征在于：所述输出轴(109)与中间轴(113)轴心距确定的情况下，压缩运动第二齿轮(115)和压缩运动第三齿轮(116)的啮合参数通过传动比需求确定。

4.一种具有非对称阻尼特性电磁减振器非对称特性设计方法，其特征在于，设计方法如下：

具有超越离合器的齿轮齿条机构具有两种运动状态，分别为伸张运动状态和压缩运动状态；

所述伸张运动状态，即压缩运动超越离合器(117)断开，齿条(101)带动压缩运动第一齿轮(114)、中间轴(113)、压缩运动第二齿轮(115)、压缩运动第三齿轮(116)空转，齿条(101)的运动将通过伸张运动齿轮(107)、伸张运动超越离合器(108)、输出轴(109)、联轴器(2)、齿轮箱(3)传递给电机(4)；

此时电机的转速可由公式(1)计算

其中，ω_伸张表示电机在伸张运动状态下的转速，v表示齿条移动速度，r表示伸张运动齿轮的分度圆半径，i_G表示齿轮箱的传动比；

电机在此转速下形成的感应电动势为

E_伸张＝k_eω_伸张(2)

其中，E_伸张表示电机在伸张运动状态下的感应电动势，k_e表示电机的反电动势常数，负载电路在此感应电动势下形成的感应电流为

其中，I_伸张表示负载电路在伸张运动状态下的电流，R表示负载电路电阻与电机内阻之和，电机4在此感应电流下形成的阻力转矩为

T_伸张＝k_tI_伸张(4)

其中，T_伸张表示电机在伸张运动状态下形成阻力转矩，k_t表示电机的转矩常数，电机在此转速下形成的阻力转矩再经过齿轮箱、联轴器、齿轮齿条输出轴、伸张运动超越离合器、伸张运动齿轮传递给齿条，此时电磁阻尼器的电磁阻尼力有

其中，F_伸张表示电磁阻尼器在伸张运动时的输出力，η_R表示伸张运动齿轮和齿条间的传动效率，η_G表示齿轮箱内的传动效率，i_G表示齿轮箱的传动比；

将式(1)至(4)代入(5)可得伸张运动时电磁减振器所具有的等效阻尼系数，即

所述压缩运动状态，即伸张运动超越离合器(108)断开，齿条(101)带动伸张传动齿轮(107)空转，齿条(101)的运动将通过压缩运动第一齿轮(114)、中间轴(113)、压缩运动第二齿轮(115)、压缩运动第三齿轮(116)、压缩运动超越离合器(117)、输出轴(109)、联轴器(2)、齿轮箱(3)传递给电机(4)，此时电机(4)的转速可由公式(7)计算

其中，ω_压缩表示电机在压缩运动状态下的转速，v表示齿条移动速度，r表示压缩运动第一齿轮的分度圆半径，i_P表示压缩运动第二齿轮和压缩运动第三齿轮的传动比，i_G表示齿轮箱的传动比；

电机在此转速下形成的感应电动势为

E_压缩＝k_eω_压缩(8)

其中，E_压缩表示电机在压缩运动状态下的感应电动势，k_e表示电机的反电动势常数；

负载电路在此感应电动势下形成的感应电流为

其中，I_压缩表示负载电路在压缩运动状态下的电流，R表示负载电路电阻与电机内阻之和，电机在此感应电流下形成的阻力转矩为

T_压缩＝k_tI_压缩(10)

其中，T_压缩表示电机在压缩运动状态下形成阻力转矩，k_t表示电机的转矩常数；

电机在此转速下形成的阻力转矩再经过齿轮箱、联轴器、输出轴、压缩运动超越离合器、压缩运动第三齿轮、压缩运动第二齿轮、中间轴、压缩运动第一齿轮传递给齿条，此时电磁阻尼器的电磁阻尼力有

其中，η_R表示压缩运动第一齿轮和齿条间的传动效率，η_P表示压缩运动第三齿轮和压缩运动第二齿轮间的传动效率，η_G表示齿轮箱内的传动效率，i_P表示压缩运动第三齿轮和压缩运动第二齿轮间的传动比，i_G表示齿轮箱的传动比；

将式(7)至(10)代入(11)可得伸张运动时电磁减振器所具有的等效阻尼系数，即

对比式(2)与式(8)可得在不同运动状态下电机形成的感应电动势之比，即感应电动势的非对称系数为

对比式(6)与式(11)可得不同运动状态下电磁减振器中电磁阻尼力之比，即电磁阻尼力的非对称系数为

对比式(7)与式(12)可得不同运动状态下电磁减振器中等效阻尼系数之比，即等效阻尼系数的非对称系数为

通过设计压缩运动第二传动齿轮和压缩运动第三传动齿轮的传动比，可以精确的控制电磁阻尼减振器在压缩和伸张状态下的阻尼力以及发电大小。