CN102384213A - 一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，包括吸振器本体，吸振器本体包括与待减振结构件固定连接的连接支座，连接支座上固定安装有箱体，箱体内部设有质量块，质量块两端分别设有非线性弹簧一和非线性弹簧二，非线性弹簧一和非线性弹簧二的一端均与质量块固定连接，非线性弹簧一和非线性弹簧二的另一端均与箱体的内壁固定连接；箱体上部设有碰撞调节装置一，箱体下部设有碰撞调节装置二，碰撞调节装置一下端和碰撞调节装置二上端均穿过箱体，碰撞调节装置一和碰撞调节装置二均与质量块之间有间隙，碰撞调节装置二与待减振结构件之间有间隙。本发明结构设计合理、使用方便且吸振效果好，使用成本低，应用范围广。

Description

一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器

技术领域

本发明涉及一种吸振装置，尤其是涉及一种用于抑制各种机械设备结构件振动的通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器。

背景技术

振动是各种机械设备在运转过程中不可避免地产生的一种运动形式。振动会导致机械设备结构件过早产生疲劳破坏，使结构件的运动发生失常，定位不准确，以及产生噪音等问题。因此，对于结构件的振动抑制成为一种有效提高设备运动精度、使用寿命和降低噪音的方式。

而目前，对于结构件振动的抑制通常是采用三种方式，即主动控制、被动控制和主被动联合控制。其中，主动控制就是预先分析目标偏离的可能性，并拟订和采取各项预防性措施，以使计划目标得以实现，主动控制是一种前馈控制，其具有控制精度高和反应灵敏等特点，但是控制结构复杂，成本高，频域范围窄，且必须提供能源，因此使其应用范围受到一定的限制；被动控制是从计划的实际输出中发现偏差，通过对产生偏差原因的分析，研究制定纠偏措施，以使偏差得以纠正，恢复到原来的计划状态，或虽然不能恢复到计划状态但可以减少偏差的严重程度，被动控制是一种事中控制和事后控制，其具有结构简单、无需能量源和成本低的特点，但是控制范围窄，作用效果差；主被动联合控制就是利用主动控制和被动控制各自的优点，互相弥补各自的不足，实现目标的精确控制。

综上，主动控制是针对目标的偏差分析，提供一定的矫正量，被动控制是对目标产生的偏差进行纠正，提高系统的反应灵敏性，主被动联合控制是结合主动控制与被动控制的优点综合进行作用，其减振效果良好，但结构复杂，成本高，且需要能量源，因此使其应用范围也受到了限制。

在为了提高振动控制的精度和设备运行的稳定性，且在能源供应不便利的情况下，被动控制应用较为广泛，尤其是多用于对野外作业设备的振动抑制上。另外，从节约能源的角度出发，也需要较好的被动控制减振装置。被动控制减振装置是利用结构件自身运动产生的能量带动被动控制减振装置，使被动控制减振装置发生运动，吸收和消耗结构件振动产生的能量，实现快速耗能，以降低结构件的振幅，提高运动精度，降低结构件相互之间的运动磨损，提高其疲劳强度。但是，由于常规的被动控制减振装置往往在运动过程中产生较大的噪音，对作业环境产生污染，且常规的被动控制减振装置往往都是以线性振动控制为主，因此其使用的频带范围窄，只对几个有效的频率点能进行振动控制，无法实现较宽频域范围的吸振减振，且吸振效果不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其结构简单、设计合理、使用操作方便且吸振效果好，能有效解决现有技术中采用主动控制、被动控制和主被动联合控制三种控制方式均不理想的问题，可快速有效降低结构件产生的振动，同时无需外部任何能源供给，减振效率高，应用范围广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：包括吸振器本体，所述吸振器本体包括与待减振结构件固定连接的连接支座，所述连接支座上固定安装有箱体，所述箱体内部设置有质量块，所述质量块两端分别设置有非线性弹簧一和非线性弹簧二，所述非线性弹簧一和非线性弹簧二的一端均与质量块固定连接，所述非线性弹簧一和非线性弹簧二的另一端均与箱体的内壁固定连接；所述箱体上部设置有碰撞调节装置一，所述箱体下部设置有碰撞调节装置二，所述碰撞调节装置一的下端和碰撞调节装置二的上端均穿过箱体且位于箱体内，所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二分别设于质量块的上下两侧，所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二均与质量块之间有间隙，所述碰撞调节装置二与待减振结构件之间有间隙。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述非线性弹簧一设于质量块上端，所述非线性弹簧二设于质量块下端，所述箱体内部设置有依次穿过非线性弹簧二、质量块和非线性弹簧一的导柱，所述导柱上端与箱体顶部固定连接，所述导柱下端与箱体底部固定连接，所述质量块与导柱滑动连接。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二的数量均为两个，两个所述碰撞调节装置一对称设于非线性弹簧一的左右两侧，两个所述碰撞调节装置二对称设于非线性弹簧二的左右两侧。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二的数量均为一个，所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二斜对称设于质量块的上下两侧。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述非线性弹簧一设于质量块左端，所述非线性弹簧二设于质量块右端。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二对称设于质量块的上下两侧。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述箱体为密封箱体，所述箱体内部设置有流体，所述质量块浸入流体中。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述箱体上端设置有凸耳，所述凸耳的数量为两个，两个所述凸耳分别设于箱体的左右两侧，所述凸耳上设置有螺栓孔，所述凸耳与箱体固定连接。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述吸振器本体的数量至少为两个，每相邻两个所述吸振器本体之间通过凸耳和螺栓顺次固定连接。

上述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二的结构相同，所述碰撞调节装置一和碰撞调节装置二均包括设于箱体内部的固定板和设于箱体外部的手柄，所述手柄与固定板之间设置有连接杆，所述连接杆一端与手柄固定连接，所述连接杆另一端穿过箱体且与固定板固定连接，所述固定板与质量块之间有间隙，所述连接杆上设置有用于对其限位的防松螺母，所述防松螺母设于箱体外部。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理，本发明同时利用非线性能量转移和碰撞耗能作用来实现对待减振结构件的吸振减振，吸振效果好，减振效率高。

2、使用操作方便，使用时，首先通过螺栓将连接支座与待减振结构件固定连接，然后调整碰撞调节装置一和碰撞调节装置二的高度，使得固定板与质量块之间有间隙，再通过防松螺母将连接杆与箱体锁紧即可。

3、本发明能有效解决现有技术中采用主动控制、被动控制和主被动联合控制三种控制方式均不理想的问题，且可快速有效降低结构件产生的振动。

4、由于本发明的减振器箱体安装在待减振结构件上，质量块采用非线性弹簧与箱体连接，因此振动产生的能量可通过非线性弹簧转移到质量块上，使质量块产生运动，且在非线形弹簧的作用下，质量块上的振动能量有很少部分传回到待减振结构件上，实现大部分能量的转移，同时质量块在运动过程中与调节装置的固定板发生碰撞，实现碰撞耗能。另外，箱体中的流体在箱体的振动下会产生晃动，也可以起到吸收能量的作用，并且质量块运动和碰撞过程中带动流体运动，产生能量消耗，同时流体可以吸收碰撞产生的噪声和冲击波，在多重作用下，使得待减振结构件产生的振动幅度快速衰减下来。

5、本发明无需外部任何能源供给，使用成本低。

6、本发明不需要复杂的主动控制系统就可以实现对待减振结构件的减振，提高了对待减振结构件的疲劳寿命。

7、应用范围广，由于本发明的弹簧采用非线性弹簧进行连接，因此可以在较宽的频带范围内使用，且可用于各种机械设备的吸振减振过程中。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明碰撞调节装置一、碰撞调节装置二的结构示意图。

图4为本发明实施例3的结构示意图。

图5为本发明实施例4的结构示意图。

图6为本发明实施例5的结构示意图。

图7为本发明实施例6的结构示意图。

附图标记说明：

1-凸耳；              1-1-螺栓孔；      2-1-碰撞调节装置一；

2-2-碰撞调节装置二；  2-3-固定板；      2-4-手柄；

2-5-连接杆；          2-6-防松螺母；    3-1-非线性弹簧一；

3-2-非线性弹簧二；    4-箱体；          5-流体；

6-连接支座；          7-质量块；        8-导柱；

9-待减振结构件；      10-螺栓。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，包括吸振器本体，所述吸振器本体包括与待减振结构件9固定连接的连接支座6，所述连接支座6上固定安装有箱体4，所述箱体4内部设置有质量块7，所述质量块7两端分别设置有非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2，所述非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2的一端均与质量块7固定连接，所述非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2的另一端均与箱体4的内壁固定连接；所述箱体4上部设置有碰撞调节装置一2-1，所述箱体4下部设置有碰撞调节装置二2-2，所述碰撞调节装置一2-1的下端和碰撞调节装置二2-2的上端均穿过箱体4且位于箱体4内，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2分别设于质量块7的上下两侧，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2均与质量块7之间有间隙，所述碰撞调节装置二2-2与待减振结构件9之间有间隙。

本实施例中，所述非线性弹簧一3-1设于质量块7上端，所述非线性弹簧二3-2设于质量块7下端，所述箱体4内部设置有依次穿过非线性弹簧二3-2、质量块7和非线性弹簧一3-1的导柱8，所述导柱8上端与箱体4顶部固定连接，所述导柱8下端与箱体4底部固定连接，所述质量块7与导柱8滑动连接。

本实施例中，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2的数量均为两个，两个所述碰撞调节装置一2-1对称设于非线性弹簧一3-1的左右两侧，两个所述碰撞调节装置二2-2对称设于非线性弹簧二3-2的左右两侧。

本实施例中，所述箱体4为密封箱体，所述箱体4内部设置有流体5，所述质量块7浸入流体5中，流体5为水、水银、油或者其他介质，流体5可以充满箱体4，也可以未充满。

本实施例中，所述箱体4上端设置有凸耳1，所述凸耳1的数量为两个，两个所述凸耳1分别设于箱体4的左右两侧，所述凸耳1上设置有螺栓孔1-1，所述凸耳1与箱体4固定连接，凸耳1的设置便于将多个吸振器本体相连接，以实现多个吸振器联合减振。

如图3所示，本实施例中，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2的结构相同，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2均包括设于箱体4内部的固定板2-3和设于箱体4外部的手柄2-4，所述手柄2-4与固定板2-3之间设置有连接杆2-5，所述连接杆2-5一端与手柄2-4固定连接，所述连接杆2-5另一端穿过箱体4且与固定板2-3固定连接，所述固定板2-3与质量块7之间有间隙，所述连接杆2-5上设置有用于对其限位的防松螺母2-6，所述防松螺母2-6设于箱体4外部。固定板2-3与质量块7的间隙可通过调节手柄2-4进行调节，调节时向上提升或向下按动手柄2-4，使得固定板2-3至合适位置，然后通过防松螺母2-6将连接杆2-5与箱体4锁紧即可。

另外，本实施例中，非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2均为锥形弹簧、板簧或涡卷弹簧。箱体4固定安装在连接支座6内侧，箱体4通常与连接支座6焊接在一起，箱体4的形状为圆形、方形或者其他形状。连接支座6的设置不仅用于固定箱体4，且便于与待减振结构件9相连接，非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2均起将质量块7支承在箱体4中的作用。

本发明的工作原理为：使用时，首先通过螺栓10将连接支座6与待减振结构件9固定连接，然后调整碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2的高度，使得固定板2-3与质量块7之间有间隙(调节时，通常是根据待减振结构件9振动振幅的大小，调节在振幅阈值附近，以产生碰撞为原则来调整间隙；当间隙超过振幅阈值要求的0.2倍以上，能使其发生碰撞来实现快速耗能，待减振结构件9快速回到正常的工作水平)，再通过防松螺母2-6将连接杆2-5与箱体4锁紧即可。

当待减振结构件9在运动过程中产生振动时，产生的振动通过连接支座6传递到箱体4上，箱体4将振动传给非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2，使得与非线性弹簧一3-1和非线性弹簧二3-2均固定连接的质量块7运动，质量块7的运动使得大部分振动能量由待减振结构件9转移到质量块7上，由于此处采用非线性弹簧连接，因此传递到质量块7的振动能量回传到待减振结构件9上很小，并且质量块7在振动过程中与调节装置2的固定板2-3发生碰撞，使得待减振结构件9产生的振动能量在碰撞过程中消耗，该能量转变为热能、声能和部件的变形能等；同时待减振结构件9产生的振动能量一部分通过箱体4使得流体5产生晃动，进而将振动能量转变为热能散发掉。另外，由于质量块7在上下运动中会搅动流体5，而流体5对质量块7产生阻尼作用来消耗能量，并且流体5在与质量块7发生碰撞的过程中可以吸收碰撞产生的声波，即吸收掉碰撞过程中产生的高频信号，以防止碰撞振动引起附加的高频振动；经过以上的能量转移和碰撞作用耗能，待减振结构件9产生的振动幅度会快速衰减下来。

实施例2

如图2所示，本实施例中，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2的数量均为一个，所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2斜对称设于质量块7的上下两侧。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本实施例中，所述非线性弹簧一3-1设于质量块7左端，所述非线性弹簧二3-2设于质量块7右端。所述碰撞调节装置一2-1和碰撞调节装置二2-2对称设于质量块7的上下两侧。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

本实施例中，所述吸振器本体的数量至少为两个，每相邻两个所述吸振器本体之间通过凸耳1和螺栓10顺次固定连接(连接时，将相邻两吸振器本体通过同时穿设于连接支座6和螺栓孔1-1中的螺栓10相连接即可)，且吸振器本体与实施例1中的吸振器本体结构相同，图5所示为两个吸振器本体联合减振的情况。本实施例较实施例1、实施例2和实施例3的减振效果好，实际使用时，可根据待减振结构件9运动产生的振动大小，相应增加吸振器本体的数量。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例5

本实施例中，所述吸振器本体的数量至少为两个，每相邻两个所述吸振器本体之间通过凸耳1和螺栓10顺次固定连接，且吸振器本体与实施例3中的吸振器本体结构相同，图6所示为采用两个如实施例3中的吸振器本体联合减振的情况。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例4相同。

实施例6

本实施例中，所述吸振器本体的数量至少为两个，每相邻两个所述吸振器本体之间通过凸耳1和螺栓10顺次固定连接，且吸振器本体为实施例1中的吸振器本体和实施例3中的吸振器本体的组合，图7所示为采用一个如实施例1中的吸振器本体，另一个为实施例3中的吸振器本体，两者相互连接后联合减振的情况。

本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例4相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：包括吸振器本体，所述吸振器本体包括与待减振结构件(9)固定连接的连接支座(6)，所述连接支座(6)上固定安装有箱体(4)，所述箱体(4)内部设置有质量块(7)，所述质量块(7)两端分别设置有非线性弹簧一(3-1)和非线性弹簧二(3-2)，所述非线性弹簧一(3-1)和非线性弹簧二(3-2)的一端均与质量块(7)固定连接，所述非线性弹簧一(3-1)和非线性弹簧二(3-2)的另一端均与箱体(4)的内壁固定连接；所述箱体(4)上部设置有碰撞调节装置一(2-1)，所述箱体(4)下部设置有碰撞调节装置二(2-2)，所述碰撞调节装置一(2-1)的下端和碰撞调节装置二(2-2)的上端均穿过箱体(4)且位于箱体(4)内，所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)分别设于质量块(7)的上下两侧，所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)均与质量块(7)之间有间隙，所述碰撞调节装置二(2-2)与待减振结构件(9)之间有间隙。

2.按照权利要求1所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述非线性弹簧一(3-1)设于质量块(7)上端，所述非线性弹簧二(3-2)设于质量块(7)下端，所述箱体(4)内部设置有依次穿过非线性弹簧二(3-2)、质量块(7)和非线性弹簧一(3-1)的导柱(8)，所述导柱(8)上端与箱体(4)顶部固定连接，所述导柱(8)下端与箱体(4)底部固定连接，所述质量块(7)与导柱(8)滑动连接。

3.按照权利要求2所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)的数量均为两个，两个所述碰撞调节装置一(2-1)对称设于非线性弹簧一(3-1)的左右两侧，两个所述碰撞调节装置二(2-2)对称设于非线性弹簧二(3-2)的左右两侧。

4.按照权利要求2所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)的数量均为一个，所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)斜对称设于质量块(7)的上下两侧。

5.按照权利要求1所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述非线性弹簧一(3-1)设于质量块(7)左端，所述非线性弹簧二(3-2)设于质量块(7)右端。

6.按照权利要求5所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)对称设于质量块(7)的上下两侧。

7.按照权利要求2-6中任一权利要求所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述箱体(4)为密封箱体，所述箱体(4)内部设置有流体(5)，所述质量块(7)浸入流体(5)中。

8.按照权利要求7所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述箱体(4)上端设置有凸耳(1)，所述凸耳(1)的数量为两个，两个所述凸耳(1)分别设于箱体(4)的左右两侧，所述凸耳(1)上设置有螺栓孔(1-1)，所述凸耳(1)与箱体(4)固定连接。

9.按照权利要求8所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述吸振器本体的数量至少为两个，每相邻两个所述吸振器本体之间通过凸耳(1)和螺栓(10)顺次固定连接。

10.按照权利要求1-6中任一权利要求所述的一种通过非线性能量转移与碰撞耗能作用的吸振器，其特征在于：所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)的结构相同，所述碰撞调节装置一(2-1)和碰撞调节装置二(2-2)均包括设于箱体(4)内部的固定板(2-3)和设于箱体(4)外部的手柄(2-4)，所述手柄(2-4)与固定板(2-3)之间设置有连接杆(2-5)，所述连接杆(2-5)一端与手柄(2-4)固定连接，所述连接杆(2-5)另一端穿过箱体(4)且与固定板(2-3)固定连接，所述固定板(2-3)与质量块(7)之间有间隙，所述连接杆(2-5)上设置有用于对其限位的防松螺母(2-6)，所述防松螺母(2-6)设于箱体(4)外部。

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