CN105443649A - 高阻尼镁合金减振结构及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻尼镁合金减振结构，包括高阻尼镁合金支撑和配重块；高阻尼镁合金支撑为中部坡度为1o～2o的楔形变截面矩形条，两端为平面；高阻尼镁合金支撑较厚端与减振平台连接，另一端固定连接配重块。本发明还提供该阻尼镁合金减振结构的应用，采用所述阻尼镁合金减振结构，在减振平台长度方向外侧对称均匀安装所述阻尼镁合金减振结构，采用弯曲变形的减振方式将振动传递到镁合金支撑结构上达到应变值利用材料的内耗使能量耗散，从而有效的实现减振。在设计方法上，高阻尼镁合金减振结构采用楔形变截面形状，有效利用了镁合金在一定动载荷下的优异减振特性，能够有效提高仪器设备的稳定性与精密性。

Description

高阻尼镁合金减振结构及其应用
技术领域
本发明涉及动力协调减振器设计领域，具体涉及一种高阻尼镁合金材料支撑结构的减振器设计方法。
背景技术
当今社会现代工业发展日新月异，在航空航天、武器装备和轨道交通等领域日趋轻量化、高速化和大功率化的过程中，减振减重已成为现代社会实现可靠性、稳定性和精密化的关键。而仪器设备结构的日益复杂化和应用环境的多样化，传统的钛、铝合金材料已经难以满足目前对稳定性和减振性的更高要求。当前，在样机机械结构中已尝试采用高阻尼合金，并起到良好的阻尼抑振效果，因此可以进一步考虑在系统振源传递路径及设备结构内部件中也加入高阻尼合金结构，对振源进行积极减振。
镁及其镁合金正具备着低密度高阻尼特性、优异的导热性能、高比强度、高比刚度外，还具有导电性能优异、电磁辐射屏蔽能力强（可防止短波辐射）、抗动态冲击载荷能力强（可抵御高能粒子和流星体的轰击）等一系列的优点，并被誉为最有前途的金属材料之一。目前，常用的Mg-Zr商业合金阻尼性能优异，并且还具有良好的力学性能，可用于导弹制导部位的外壳、仪表底板、陀螺罗盘等航天产品中，减小导弹发射时振动效果，达到减振的作用。然而，在实际应用过程中，镁合金的高阻尼特性需要达到一定应变值时才能起到良好的阻尼减振效果。因此，如何设计一种特殊的结构把高阻尼镁合金运用到日常工业中已成为当前亟待解决的重要问题。综上，阻尼镁合金在现代工业的应用中有着极大的潜力，但该方面的应用研究较为匮乏，缺乏系统、有针对性的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明解决的技术问题是：怎样设计一种结构简单，使用方便，特别适用于在高振动且需要承受一定力的复杂工况环境下使用的高阻尼镁合金结构，克服阻尼镁合金需要一定应变值才能起到良好减振效果的弊端，能够有效提高仪器设备的稳定性与精密性。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种高阻尼镁合金减振结构，其特征在于，包括高阻尼镁合金支撑和配重块；高阻尼镁合金支撑为中部坡度为1o～2o的楔形变截面矩形条，两端为平面；高阻尼镁合金支撑较厚端与减振平台连接，另一端固定连接配重块；
所述高阻尼镁合金支撑整体为长200～400mm，宽40～60mm，厚度采用从3～15mm变截面；其中，两端平面长度均为40～50mm；
配重块采用长×厚×宽为60×60×40～60mm（宽度应与镁合金支撑的宽度一致）的普通钢块（如45钢）。
进一步，所述高阻尼镁合金支撑采用商业镁合金（特别采用Mg-0.6Zr轧制板材），其比阻尼系数SDC≥40%，屈服强度≥80MPa。
本发明还提供一种阻尼镁合金减振结构的应用，采用所述阻尼镁合金减振结构，在减振平台长度方向外侧对称均匀安装所述阻尼镁合金减振结构，采用弯曲变形的减振方式通过高阻尼镁合金减振结构实现减振动载荷的目的；
其中，高阻尼镁合金支撑为4、6、8或12块，对称均匀安装在减振平台长度方向的外侧；高阻尼镁合金支撑较厚端与减振平台连接，另一端固定连接配重块；
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、镁合金的高阻尼特性需要达到一定应变值时才能起到良好的阻尼减振效果。本发明采用弯曲变形的减振方式将振动传递到镁合金支撑结构上达到应变值利用材料的内耗使能量耗散，从而有效的实现减振。在设计方法上，高阻尼镁合金减振结构采用楔形变截面形状，有效利用了镁合金在一定动载荷下的优异减振特性，够有效提高仪器设备的稳定性与精密性。特别适用于光机结构设备的减振使用。
2、本发明可针对不同使用需求增减镁合金支撑结构数量和/或配重块的数量和质量，起到良好的减振效果，应用范围广，可靠性高。
3、在实际使用过程中，各种装置使用时会产生较大的振动，而高阻尼镁合金的设计使用可以有效降低振动。本发明的减振器使用时，在试验平台上振动大幅度降低，避免了装置在长久的振动过程中失效。同时本发明减振结构还具备结构简单，使用方便的特点，特别适用于在高振动且需要承受一定力的复杂工况环境下使用。
附图说明：
图1为本发明高阻尼镁合金减振结构安装示意图。
图2为本发明高阻尼镁合金减振结构应用示意图。
图3为高阻尼镁合金支撑的主视图。
图4为图3高阻尼镁合金支撑的俯视图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施时，参见图1和图2，一种阻尼镁合金减振结构的应用，在安装电机6和重物块5的平台1上设计高阻尼镁合金减振结构，包括高阻尼镁合金支撑2和配重块3；所述电机6和重物块5固定在平台1的两侧，高阻尼镁合金支撑结构2通过一端利用螺钉固定在平台1上而另一端采用螺钉固定配重块3（60×60×50mm的45钢）；支架4上套设弹簧，所述高阻尼镁合金支撑2为楔形变截面形状6块，且对称均匀安装（其中较厚部分与平台连接）；采用弯曲变形的减振方式通过高阻尼镁合金支撑2实现减振（动载荷）的目的。
其中，高阻尼镁合金支撑2为商用Mg-0.6Zr轧制板材，其比阻尼系数SDC=41%，屈服强度σs=172MPa。且支架4上的弹簧刚度远小于高阻尼镁合金支撑结构2的刚度（相差102以上数量级）。高阻尼镁合金支撑2采用机加工的方式加工为楔形变截面形状6块，每块具体尺寸为长300mm，宽50mm，厚度采用从4mm至10mm变截面且坡面长度约为220.08mm，其中，两端平台长度都为40mm，具体如图3所示。另外，高阻尼Mg-0.6Zr合金已属于商业镁合金，可以直接购买得到，且可根据实际需求制定特殊的工艺优化合金的阻尼与力学性能。
实际操作过程中，试验用伺服电机驱动偏心质量块产生振动，试验装置用弹簧整体悬浮，确保激励能量不传播到地面。电机转速逐步增速到1450转以模拟本减振器在实际运用环境中的减振效果，电机逐步加速过程相当于扫频测试。振动测量用的是三轴加速度传感器，测试部位分别为试验平台中部、边缘与镁合金减振器末端。实验结果表明，高阻尼镁合金减振结构在吸振器模态频率处发生了明显的吸振现象，装置中间振动明显减小。其中，电机工作在990RPM下时，振幅较不安装镁合金减振器减少了约40%（加速度），按能量计算减少了约60%。可有效提高仪器设备在使用中的稳定性与精密性，避免了装置在长久的振动过程中失效。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高阻尼镁合金减振结构，其特征在于，包括高阻尼镁合金支撑（2）和配重块（4）；高阻尼镁合金支撑（2）为中部坡度为1o～2o的楔形变截面矩形条，两端为平面；高阻尼镁合金支撑（2）较厚端与减振平台连接，另一端固定连接配重块（4）；
所述高阻尼镁合金支撑整体为长200～400mm，宽40～60mm，厚度采用从3～15mm变截面；其中，两端平面长度均为40～50mm；
配重块（4）采用长×厚×宽为60×60×40～60mm，宽度应与镁合金支撑的宽度一致的普通钢块。
2.根据权利要求1所述阻尼镁合金减振结构，其特征在于，高阻尼镁合金支撑（2）为商业镁合金，其比阻尼系数SDC≥40%，屈服强度≥80MPa。
3.根据权利要求2所述阻尼镁合金减振结构，其特征在于，高阻尼镁合金支撑（2）为Mg-0.6Zr轧制板材制成。
4.一种阻尼镁合金减振结构的应用，其特征在于，采用权利要求1、2或3所述阻尼镁合金减振结构，在减振平台（1）长度方向外侧对称均匀安装所述阻尼镁合金减振结构，采用弯曲变形的减振方式通过高阻尼镁合金减振结构实现减振动载荷的目的；
其中，高阻尼镁合金支撑（2）为4、6、8或12块，对称均匀安装在减振平台（1）长度方向的外侧；高阻尼镁合金支撑（2）较厚端与减振平台（1）连接，另一端固定连接配重块（4）。
5.根据权利要求4所述阻尼镁合金减振结构的应用，其特征在于，减振平台（1）的底部均匀设有支架（3），支架（3）上套设弹簧卸掉静载荷。
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