实验力方滚珠丝杠型磁性摩擦阻尼器14-2

实验力方滚珠丝杠型磁性摩擦阻尼器：半主动控制电磁铁作者：哲也渡边，机械工程学系，埼玉大学，日本琦玉。

康平铃木，机械工程学系，东京都立大学，日本东京。

Fumiya Iiyama Hiroshi Sode yama，测试与研究部，三和Tekki公司，日本枥木，本报告涉及的摩擦阻尼器管道系统的基本行为安装在工业设施。

消能效果取决于滑动位移和摩擦力。

如果滑运动的增加，消能效果预计将上升。

在这份报告中，滚珠螺杆型磁摩擦阻尼器建议适应管道系统。

为了增加摩擦滑动，这个阻尼器转换由滚珠螺杆的旋转运动的轴向运动。

摩擦行为发生之间旋转磁盘和固定磁盘上的阻尼器的框架。

摩擦力取决于位于固定磁盘上的永久磁铁。

如基本特征载荷- 位移曲线的球轴承和惯性力，阻尼力旋转盘，获得了实验和计算模型，从实验数据。

计算的响应，那么，从结果相比实验。

为了计算模型应用到一个度的自由系统调查减少系统的响应效果。

电磁铁适用于代替永磁阻尼器来控制摩擦力和受控行为评估。

说明：安装在工业管道系统的动态特性设施必须被确认为一体的显着在经济和安全的设计考虑的问题。

管道系统一般连接到支撑结构在几个点，如导游，弹簧吊架，液压设备或机械缓冲器和一定的能量吸收[1]。

当注意之间的动态交互管道及其支撑结构，他们经常表现非线性由于接触的议案之间的管道中存在的摩擦振动和支撑结构。

当这种非线性特征积极利用，可以预计将减少地震管道系统的反应。

笔者曾研究有关这些摩擦振动所造成的非线性动力学行为[2,3]。

许多实验和分析方法，已开展得到的摩擦行为。

耗能一个效应和响应减少的影响进行评估定向滑动的议案。

耗能金额限制，因为滑运动的最大位移清除设备的限制。

为了增加耗能，滚珠丝杆型磁摩擦阻尼器建议[4]。

这个阻尼器预计将增加由一个旋转的轴向运动转换耗能由滚珠丝杠的议案。

在这项工作中，数值模型，该模型考虑从测试所得的参数，是一个度的自由系统。

然后，由于减少响应效果阻尼器进行了研究。

此外，设置在电磁铁阻尼器，而不是永磁为了控制摩擦力，并作为半主动阻尼器的使用情况进行了研究。

即，当管道移动缓慢，有一点动静的反作用力阻尼器控制的要小。

增加运动时，应控制反应部队要大。

由压力容器和管道部出版物中的贡献作者：压力容器技术。

收到稿件的PVP司，2002年11月7日收到2003年4月24日修订。

副主编：G 三Slagis。

基本特征测试设备测试设备的概述,和阻尼器的大小，如图所示。

1。

阻尼器由滚珠丝杠，丝杠，住房和摩擦部分。

阻尼有0.31中号的初始长度，住房直径0.1米，固定盘直径为83毫米和旋转盘直径为75毫米。

这种阻尼器的最大行程滚珠丝杆15毫米，4毫米，预计负荷设计是1500N。

单一轴向运动转换到旋转为了提高滚珠丝杠丝杆的议案滑动摩擦议案。

摩擦部分组成的固定盘，旋转盘，永久磁铁和一个PTFE300聚四氟乙烯！磁盘如图。

2。

聚四氟乙烯磁盘用于摩擦议案光滑。

固定磁盘和旋转盘钢SS400钢！固定磁盘和聚四氟乙烯磁盘被限制为旋转住房的关键，随着被允许在轴的轴向方向移动关键。

固定磁盘上设置永久磁铁的六件。

因此，摩擦运动之间的旋转磁盘和聚四氟乙烯盘才能进行。

图1球螺杆式磁摩擦阻尼器图2摩擦系统的结构该阻尼器是能够在条件作出大的反应力低速和小排量，因为反作用力取决于摩擦力和转换的过程滚珠丝杆。

之间的固定磁盘和滑动位移旋转盘轴向位移增加约40倍阻尼器。

因此，这种类型的阻尼可以消散振动能源。

试验方法。

为了调查进行振动试验阻尼器的基本特征。

油类型驱动器，它有一个10000N最大负载和最大100毫米的位移，被用作测试设施。

执行机构控制，以实现预期的位移。

“测量点的数量是2。

一个是位移执行机构和其他反应测量阻尼器的负载负载单元。

阻尼器位移输入的正弦波。

输入频率变化范围为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0和1.5 Hz和最大位移也各不相同2，4，6，8，10，和15毫米。

这个阻尼器已经发展到增加了滑动的议案单一轴向运动转换成旋转运动。

目前，作为阻尼器的原型制作的小东西。

以评估的基本特征，比特征值，较低的频率实际管道系统被用作正弦波频率。

仿真分析仿真模型。

为了澄清的基本特征减振器，三种类型的时刻考虑到审议造型。

一个是旋转的时刻惯性旋转磁盘和轴。

另一个是时刻由于轴承的阻尼力和摩擦力之间的滚珠丝杆和住房。

和另一种是是时刻由于轴承的阻尼力和摩擦力之间的滚珠丝杆和住房。

和其他的是由于之间的旋转磁盘和摩擦力的时刻固定磁盘。

为了简化计算，刚度位于球轴承和滚珠丝杠，刚度轴和轴的扭转刚度被忽略。

阻尼器的动态模型3如图所示。

“旋转方向的运动方程如下所示，分析的参数说明如表一，旋转转动惯量的计算方法是使用的形状旋转部件。

旋转阻尼系数的那一刻由于摩擦实验获得。

Iø1C f f ˙ 1Mf=T （1）图3滚珠丝杆型磁摩擦的动态模型阻尼器旋转角F和轴向位移之间的关系X被描述如下：（2）图4滞环比较：（a）频率=0.2赫兹，移位=10毫米;（b）频率=0.8赫兹，位移=15毫米。

轴向反作用力和力矩之间的关系是给出如下：（3）从这些关系，在轴向方向的运动方程计算如下：（4）因此，轴向反应力F的计算公式如下：（5）比较。

图4（a）和（b）描绘之间的比较滞环获得通过实验和计算式的基础上。

〜5。

上图显示的情况下，最大位移为10毫米，在输入频率为0.2赫兹。

下图显示的情况下，最大位移是15毫米，在输入频率为0.8赫兹。

在部队分析是由惯性力，阻尼力和摩擦强制。

据注意到，循环的上下两面不平像一个典型的摩擦行为，因为效果惯性力和阻尼力。

分析的结果可以平均模拟实验结果。

尤其是在上图的情况下，获得相当不错的协议。

从结果在这里，阻尼器的迟滞行为可以模拟约使用的分析模型，考虑摩擦力，惯性力和阻尼力。

单自由度系统中的应用为了评估耗能和响应减少效果，阻尼器应用到一个程度的自由系统所示图5：一个自由度系统的运动方程，用滚珠丝杆型磁摩擦阻尼器如下所示：（6）M，C和K，描述了质量，阻尼系数和刚度，分别。

正弦波作为输入位移在x0。

相对位移与输入位移群众，z5x2x0，通过计算得到。

响应倍率z/x0方面比频率V / VN图所述。

6，其中v为输入波的频率和意见书是无阻尼系统的固有频率。

在这情况下，M51500Kg，C51900Nm/ s和K559000N/平方米。

从这个图，主峰系统的阻尼较小比没有阻尼系统。

主频与阻尼器系统是小于1，因为相当于系统的质量增加转动惯量在阻尼器。

因此，这个阻尼器预计将减少自然像机械缓冲的频率。

图5度的自由系统，滚珠丝杆型磁摩擦阻尼器图6响应倍率半主动控制用电磁铁滚珠丝杆型磁摩擦阻尼器采用摩擦迫使设计上获得足够的反作用力。

这是有利的阻尼器是能够产生，即使在大的反作用力小排量或低速条件。

然而，管道静摩擦力下可能会受到限制，硬性管道对管道的热膨胀和额外的负载行为。

因此，在小变形的情况下，应降低摩擦力或低速。

摩擦力的半主动控制研究在这种条件下，以减少反作用力。

在被动型阻尼器，永磁和摩擦固定盘和旋转盘之间的武力行动。

上另一方面，在半主动减振器，这里讨论，电磁铁安装，而不是永久磁铁来改变耦合力，这样可以控制反作用力。

电磁铁图7显示了设计的电磁铁在这项研究中。

表2显示了电磁铁的规格。

图8显示了电磁阻尼器。

控制程序在这项研究中采用的控制方法是反作用力控制在输入比例阻尼器的位移。

反作用力之间的关系和阻尼器的输入位移，说明如下：(7)图7电磁铁表2规格的电磁铁导致电线f0.5@ MM绕组数860磁场强度0.3130最大电压用V最高温度90度耦合力49AT NSin（x）={其中，F是反应阻尼力，x是输入位移，K为比例系数。

电流作用于电磁铁控制，以获得足够的力F上述方程。

作为比例系数比如像如下：K=2（8）Fmax为最大的力量，和xmax是最大位移图8阻尼器与电磁铁图9预期滞后环滞后反作用力的循环流离失所预计要像图中描绘的循环。

9，如果耦合力电磁铁控制用位移成正比控制方法。

然而，如前所述，反应部队由旋转部分的惯性力和阻尼轴承力以及摩擦力。

因此，实际磁滞回线图。

9可能是不同的理想控制循环。

振动试验进行了使用电磁铁。

油驱动器加载，位移传感器和称重传感器和以前一样。

电磁铁电源电流控制由一台个人电脑。

计算机测量位移传感器的信号。

然后，计算机信号输出电源电压计算。

激励频率，最大输入位移和以前一样测试结果图10显示了从实验的磁滞回线在0.2 Hz频率的情况下的预期循环。

8毫米输入位移。

从图。

10，可以看出，测试回路预期的循环大约是类似的。

循环是从对方反应部队应该不为零造成的，因为最初的电磁耦合力重力一直行事。

但得到相当不错的协议结论第一，进行负载测试的滚珠丝杆型磁永久磁铁的摩擦阻尼器。

磁滞回线从测试中获得了比较与理论循环。

第二，阻尼器被应用到一个程度的自由减少响应效果评估系统。

第三，利用电磁铁的半主动控制不同反作用力。

从测试结果进行比较与预期的结果。

1）从实验结果来看，基本特征阻尼器获得。

2）响应减排效果进行了评价一个度自由度系统阻尼。

3）与那些从分析的结果比较半主动测试，获得了相当好的协议。

这个特定的项目进行了联合研究之中，琦玉大学，东京都立大学和三和tekki公司。

注释：X0=轴向位移阻尼器5〜输入位移！F=轴的旋转角if=转动惯量比照5旋转阻尼系数336无摩擦！MF5时刻因摩擦H 5滚珠丝杠效率L =铅滚珠丝杠F=阻尼器的轴向反作用力T=扭矩轴参考文献[1]NIMS，DK的，凯利，谟，1998年，“机械管道的实验研究缓冲抗震性能，“ASME J.压力容器技术，119，第384页。

- 38。

[2]铃木，光等人，1992年，对地震反应的实验研究第一节振动试验，采用大规模管道系统与摩擦：摇床，ASME PVP的诉讼，PVP-VOL。

237，ASME，纽约， 237-241页。

[3]渡边研究，铃木，光等人，1996年，“非线性地震反应的研究管道系统与摩擦，“地震的第11届世界大会工程，1784号文件。

[4]渡边研究，铃木，光，等。

，2000年，滚珠丝杠“的实验研究型磁性摩擦阻尼器，ASME PVP的诉讼，PVP-VOL。

402-1，ASME，纽约，页257-262页。

114。