蝶式共振型作動器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于作動器領域，提出一種蝶式共振型作動器，包括：槽鋼梁、連接短軸、深溝球軸承、支座、底板、直線模組、電機、質量滑塊、電磁激振器，其中直線模組內部裝有絲杠螺母并在端部安裝驅動電機。該作動器基于共振原理，將兩端附有模組?質量塊機構的梁結構與一般電磁式作動器組合，改變質量塊位置調節作動器結構的固有頻率。本發明的作動器可根據實際振動環境的振動頻率，通過控制系統調節質量滑塊的位置來相應改變作動器的共振工作頻率，實現優異的作動器跟頻振動控制性能。
【專利說明】
蝶式共振型作動器
技術領域
[0001]本發明涉及作動器技術領域，具體而言涉及一種蝶式共振型作動器。
【背景技術】
[0002]在航空、航天、土木工程等領域中，常常需要對結構進行振動進行主動控制。作動器作為直升機結構響應主動控制(ACSR)的執行元件對控制性能有著重要影響。對于航空結構，降低作動器的附加質量，避免控制系統與其他機載設備的電磁干擾尤為重要，性能優良的作動作動器可以有效提高振動主動控制系統的使用功效、安全性及可靠性。

【發明內容】

[0003]本發明目的在于提供一種固有頻率可調的蝶式共振型作動器，該作動器不僅可擴大作動器的適用范圍，而且可以在滿足高效的動力放大系數的前提下，實現共振型作動器結構的固有頻率可調。
[0004]本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。
[0005]為達成上述目的，本發明提出一種蝶式共振型作動器，包括槽鋼梁、直線模組-質量滑塊機構、支座、底板以及電磁激振器，其中:
[0006]槽鋼梁，用于提供所述直線模組-質量滑塊機構的支撐；
[0007]兩個直線模組-質量滑塊機構通過螺紋連接分別在槽鋼梁兩端，該兩個直線模組-質量滑塊機構位于槽鋼梁的上表面并且關于槽鋼梁中心對稱地布置；
[0008]支座，位于槽鋼梁的下方，所述兩個直線模組-質量滑塊機構與槽鋼梁作為整體與下部支座通過深溝球軸承、短軸連接，并且槽鋼梁與支座之間可形成相對轉動;其中，短軸直接安裝在支座上并通過兩端的螺母與其固連，深溝球軸承的外圈采用過盈配合安裝在槽鋼梁的軸承孔中，其內圈裝在短軸上并用卡簧將內圈鎖止；
[0009]所述電磁激振器通過支承結構懸吊在槽鋼梁上方并位于中心位置，用于提供初始激勵；
[0010]底板，與所述支座固定在一起，該底板用于根據激勵進行動力輸出。
[0011]進一步的實施例中，所述兩個直線模組-質量滑塊機構采用相同的構造，均包括電機、與電機的輸出軸連接并具有絲杠的直線模組以及固定在絲杠上的質量滑塊，所述電機在轉動時驅動絲杠在直線模組的上方做直線運動，從而帶動質量滑塊沿著相同方向做直線運動，通過質量滑塊位置的變化以調節作動器的共振工作頻率。
[0012]進一步的實施例中，所述質量滑塊在絲杠模組中的運動軌跡具有相應刻度值，并且不同的刻度值對應作動器不同的共振工作頻率。
[0013]應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發明主題的一部分。
[0014]結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發明教導的前述和其他方面、實施例和特征。本發明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據本發明教導的【具體實施方式】的實踐中得知。
【附圖說明】
[0015]附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記。現在，將通過例子并參考附圖來描述本發明的各個方面的實施例，其中:
[0016]圖1是根據本發明某些實施例的蝶式共振型作動器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0018]在本公開中參照附圖來描述本發明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發明所公開的構思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發明公開的其他方面的任何適當組合來使用。
[0019]結合圖1所示，根據本發明的實施例，一種蝶式共振型作動器，包括槽鋼梁1、短軸
2、深溝球軸承3、支座4、直線模組-質量滑塊機構、底板5以及電磁激振器9。
[0020]槽鋼梁I，用于提供所述直線模組-質量滑塊機構的支撐。
[0021]兩個直線模組-質量滑塊機構通過螺紋連接分別在槽鋼梁I的兩端，該兩個直線模組-質量滑塊機構位于槽鋼梁的上表面并且關于槽鋼梁中心對稱地布置。
[0022]支座4，位于槽鋼梁I的下方，所述兩個直線模組-質量滑塊機構與槽鋼梁作為整體與下部的支座4之間分別通過深溝球軸承3、短軸2連接，并且槽鋼梁I與支座4之間可形成相對轉動.
[0023]結合圖1，每個短軸2直接安裝在支座4上并通過兩端的螺母與其固連。深溝球軸承3的外圈安裝在槽鋼梁I的軸承孔中，例如采用過盈配合方式，其內圈裝在短軸2上并用卡簧將內圈鎖止。
[0024]所述電磁激振器9，通過支承結構懸吊在槽鋼梁I的上方并位于中心位置，用于提供初始激勵。
[0025]底板5，與所述支座4固定在一起，該底板用于根據激勵進行動力輸出。
[0026]兩個直線模組-質量滑塊機構采用相同的構造。每個直線模組-質量滑塊機構均包括電機7、與電機的輸出軸連接并具有絲杠的直線模組6以及固定在絲杠上的質量滑塊8，所述電機7在轉動時驅動絲杠在直線模組的上方做直線運動，從而帶動質量滑塊8沿著相同方向做直線運動，通過質量滑塊8位置的變化以調節作動器的共振工作頻率。
[0027]在優選的實施例中，質量滑塊8在絲杠模組中的運動軌跡具有相應刻度值，并且不同的刻度值對應作動器不同的共振工作頻率。
[0028]結合圖1所示，初始的激勵由電磁激振器9提供，當作動器應用于不同工況的頻率變化段時，可以通過電機運動來調節質量滑塊的配重來適應振動環境。如此，在上端的電磁作動器規律變頻激勵下，通過控制系統調節質量滑塊8在直線模組-質量滑塊機構中的位置，使共振結構體即作動器的固有頻率跟蹤外激勵頻率，以維持此作動器的共振工作狀態，構成一種蝶式共振型變頻作動器(其結構的固有頻率可調)。
[0029]本發明的蝶式共振型作動器的輸出端位于下部兩個支座的底面，利用底板進行輸出，采用4個力傳感器，通過螺釘與支座4、底板5進行螺紋連接。所設計的蝶式共振型作動器的放大系數取決于槽鋼梁的材料屬性、尺寸形狀、結構阻尼。
[0030]本發明的蝶式共振型作動器可采用HHC算法在LABVIEW中設計控制系統，在采用該控制算法施加控制力后，時域綜合響應則由外激勵時域信號和控制力時域信號兩者疊加。經過FFT變換到頻域并選取合適的二次型目標函數，N1-CR1計算得到最優控制電壓。其中，系統參數由LMS在線辨識方法得到。鑒于蝶式共振型作動器內部構造及其工作原理，將其時滯量主要分為電磁激振器時滯、共振結構體時滯以及滑塊動作時滯三部分，根據理論計算和試驗標定獲得時滯量大小。在可控前提下，通過改變激勵的頻率獲得作動器工作頻率范圍;在滑塊極限行程、速度前提下，改變激勵幅值和相位確定系統的穩定性范圍。
[0031]在LABVIEW中設計控制系統后，進行采樣率、初始控制電壓、采樣點數等初始采樣參數設置。在采集、控制系統布置完成后，系統參數由LMS在線辨識方法得到。當外激勵變頻時，通過N1-CR1控制器得到的實時數據調節質量滑塊在模組中的位置，使共振結構體的固有頻率跟蹤外激勵頻率，以維持此作動器的共振工作狀態，同時N1-CR1控制處理器得到最優控制電壓并施加于作動器。其中，自適應控制過程中所用到的時滯量，是根據事先離線標定得到的。最終，試驗結構的振動在本發明蝶式共振型作動器的作用下，得到較好的控制。
[0032]綜上所述，本發明提出的蝶式共振型作動器和現有技術相比，具有以下優點和特占.V.
[0033]1、蝶式共振型作動器利用共振原理工作，需要的輸入功率比較小，可以節省能源，同時能夠提供較大的控制輸出力，具有較高的放大系數。
[0034]2、當振動控制對象所受外激勵頻率變化時，通過控制系統調節質量滑塊在模組中的位置，使共振結構體的固有頻率跟蹤外激勵頻率，以維持此作動器的共振工作狀態。
[0035]3、蝶式共振型作動器安裝簡便，且整體結構加工成本較低、經濟性較好。為直升機結構響應主動控制(ACSR)提供一種高效的動力放大系數、跟蹤外激勵變頻過程的執行元件。
[0036]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【主權項】
1.一種蝶式共振型作動器，其特征在于，包括槽鋼梁、直線模組-質量滑塊機構、支座、底板以及電磁激振器，其中: 槽鋼梁，用于提供所述直線模組-質量滑塊機構的支撐； 兩個直線模組-質量滑塊機構通過螺紋連接分別在槽鋼梁兩端，該兩個直線模組-質量滑塊機構位于槽鋼梁的上表面并且關于槽鋼梁中心對稱地布置； 支座，位于槽鋼梁的下方，所述兩個直線模組-質量滑塊機構與槽鋼梁作為整體與下部支座通過深溝球軸承、短軸連接，并且槽鋼梁與支座之間可形成相對轉動;其中，短軸直接安裝在支座上并通過兩端的螺母與其固連，深溝球軸承的外圈安裝在槽鋼梁的軸承孔中，其內圈裝在短軸上并用卡簧將內圈鎖止； 所述電磁激振器通過支承結構懸吊在槽鋼梁上方并位于中心位置，用于提供初始激勵； 底板，與所述支座固定在一起，該底板用于根據激勵進行動力輸出。2.根據權利要求1所述的蝶式共振型作動器，其特征在于，所述兩個直線模組-質量滑塊機構采用相同的構造，均包括電機、與電機的輸出軸連接并具有絲杠的直線模組以及固定在絲杠上的質量滑塊，所述電機在轉動時驅動絲杠在直線模組的上方做直線運動，從而帶動質量滑塊沿著相同方向做直線運動，通過質量滑塊位置的變化以調節作動器的共振工作頻率。3.根據權利要求2所述的蝶式共振型作動器，其特征在于，所述深溝球軸承的外圈采用過盈配合安裝在槽鋼梁的軸承孔中。4.根據權利要求2所述的蝶式共振型作動器，其特征在于，所述質量滑塊在絲杠模組中的運動軌跡具有相應刻度值，并且不同的刻度值對應作動器不同的共振工作頻率。
【文檔編號】F16F15/20GK105864356SQ201610432089
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】張方, 劉雄, 姜金輝, 何歡, 王軻, 陳國平
【申請人】南京航空航天大學