CN105912045B - 惯性力驱动可调谐动力吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，包括动力吸振器移动机构、板、摩擦锁紧机构；在驱动电磁体的驱动下，惯性驱动永磁质量体能够通过柔性连接杆的形变进行摆动；克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力时，动力吸振器移动机构能够与板相对运动。本发明可以实现对被控主振系一定频率带宽范围内振动的高细分有效精密吸振；同时该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点，对于在一定频率范围内频率微细变化的振动具有优异的抑制效果。

Description

惯性力驱动可调谐动力吸振器

技术领域

本发明涉及一种动力吸振器，特别涉及一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，动力吸振器时振动控制领域的重要制振装置，本发明通过惯性力驱动可以实现动力吸振器的变刚度调节。

背景技术

动力吸振器最早出现于1909年，与隔振器相比，动力吸振器的优点在于其可以实现小型轻量化设计、对被控对象原结构破坏小、而同时又具有杰出的制振性能，其在机械振动抑制、建筑制振等领域具有广阔的应用范围。动力吸振器是广泛应用于工程实践中的一种减振技术。其通过在被控主振系的特定部位附加一个具有质量和刚度的子系统即动力吸振器，通过合理地选择动力吸振器的动力参数、结构形式及与主振系的耦合关系，从而改变主振系的振动状态，使能量重新分配，即将主振系上的振动能量转移到动力吸振器上，从而减少或消除主振系的振动。对于通常可以简化为单自由度质量弹簧系统的动力吸振器而言，就是要将附加子系统的质量和刚度调谐至其固有频率与主振系激励频率相同，从而引起动力吸振器发生反共振，使被控主振系的振动能量最大程度地输入到动力吸振器上，达到对被控主振系减振的目的。由于动力吸振器结构简单、减振效果明显、易于实施，因此在工程实践中得到了广泛应用。

动力吸振器最早的工程应用见于1909年Frahm在德国邮船上安装的防振水箱，但是当时并没有明确它的基本构造和原理。1928年J.Ormondroyd和Den Hartog通过对单自由度振动系统的研究，提出了利用动力吸振器的阻尼作用降低主振动系统振幅的动力吸振器设计思想，确定了最优阻尼的存在，建立了动力调谐原理。在此基础上，Hahnkamm利用振幅曲线上存在两个不受阻尼大小影响的定点现象，推导出了动力吸振器的最优同调频率。随后，Brock于1946年推导出了最优阻尼的关系，形成了完整的关于传统的动力吸振器的理论体系。从上世纪中后期开始，人们的研究重点主要是在传统吸振器的基础上，通过改变结构特点、利用特殊材料等来不断寻求适合当今技术发展要求的动力吸振技术。比如，多重动力吸振器、利用记忆合金和磁流变体等智能材料设计的新型吸振器。

从技术特点上来看，可以将动力吸振器分为被动吸振器，半主动吸振器和主动吸振器。传统来讲，我们用来抑制振动的方法主要是被动式吸振器，被动吸振器的各项参数设定后就不再改变，因此主要适用于对单一激励频率进行振动抑制，其结构简单、性能稳定，但控制频率范围太窄。主动吸振器的最大特点是根据被控对象的实际振动情况，对被控对象产生一个反相作动力，抵消原振动，实现减振目标，其控制精度和减振效果最好，但结构复杂且能耗较高，而且对控制系统的要求非常高，因此主要被应用于光学设计或精密加工等对减振效果要求很高的领域。半主动吸振器也称为自调谐吸振器，它的某些参数(频率、阻尼和质量)可在线改变，因此其能够针对变化的激励频率进行减振，宽频减振效果较被动吸振器有很大提高。半主动吸振器介于前两者之间，其减振效果接近主动吸振器，而且结构相对简单、控制方便、耗能较少，因此更具有应用前景。普通被动吸振器结构设计简单、制振效果优异，但是其有效频带很窄，为了扩展吸振器的有效应用频带宽度，逐渐发展成主动吸振器和主被动一体的半主动吸振器。

考虑到被动动力吸振器有效频率范围有限，寻求一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，该动力吸振器采用惯性力驱动，结合动量守恒定理实现动力吸振器移动机构在板上的移动，通过动力吸振器移动机构在板上相对位置的变化实现变刚度对吸振器的固有频率的调节；该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时该动力吸振器可以实现一定频率带宽范围内的高细分精密吸振，能够有效地进行一定频带范围内的有效吸振。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种惯性力驱动可调谐动力吸振器。

根据本发明提供的一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，包括动力吸振器移动机构、板、摩擦锁紧机构；

动力吸振器移动机构紧固连接摩擦锁紧机构；

摩擦锁紧机构设置在板上，并与板接触。

优选地，克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力时，动力吸振器移动机构能够与板相对运动。

优选地，动力吸振器移动机构包括移动壳体、惯性驱动永磁质量体、柔性连接杆、驱动电磁体；

驱动电磁体紧固连接在移动壳体上；

柔性连接杆的一端连接惯性驱动永磁质量体，柔性连接杆的另一端连接在移动壳体上。

优选地，在驱动电磁体的驱动下，惯性驱动永磁质量体能够通过柔性连接杆的形变进行摆动。

优选地，在驱动电磁体的驱动下，惯性驱动永磁质量体能够缓慢运动；

其中，所述缓慢运动是指：惯性驱动永磁质量体对柔性连接杆的摆动不能克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力，使得动力吸振器移动机构的移动壳体与板保持相对静止。

优选地，惯性驱动永磁质量体能够快速运动；

其中，所述快速运动是指：惯性驱动永磁质量体对柔性连接杆的摆动能够克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力，使得动力吸振器移动机构的移动壳体与板发生相对运动。

优选地，摩擦锁紧机构包括外壳与橡胶圈，橡胶圈设置在外壳的内侧，外壳与吸振器移动机构的移动壳体之间紧固连接，橡胶圈套设在板上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以实现对被控主振系一定频率带宽范围内振动的高细分有效精密吸振；同时该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点，对于在一定频率范围内频率微细变化的振动具有优异的抑制效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的惯性力驱动可调谐动力吸振器的结构示意图。

图2为本发明提供的惯性力驱动可调谐动力吸振器的移动原理示意图，图中L表示移动的距离。

图3为本发明电磁体极化示意图。

图中：1——动力吸振器移动机构，2——惯性驱动永磁质量体，3——电磁体，4——柔性连接杆，5——板，6——摩擦锁紧机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明采用惯性力驱动，结合动量守恒定理实现动力吸振器移动机构在板上的移动，通过动力吸振器移动机构在板上相对位置的变化实现变刚度对吸振器的固有频率的调节；该动力吸振器可以实现一定频率带宽范围内的高细分精密吸振，能够有效地进行一定频带范围内的有效吸振。

请参考图1、图2，图1、图2为本发明提供的惯性力驱动可调谐动力吸振器的整体结构及移动原理示意图。如图1所示，所述惯性力驱动可调谐动力吸振器包括动力吸振器移动机构1、板5；动力吸振器移动机构1包括惯性驱动永磁质量体2、柔性连接杆4和驱动电磁体3。

惯性力驱动可调谐动力吸振器采用惯性力驱动，结合动量守恒定理实现动力吸振器移动机构1在板5上的移动，通过动力吸振器移动机构1在板5上相对位置的变化实现变刚度对吸振器的固有频率的调节。

结合图1、图2、图3阐述本发明的原理。如图1所示，初始位置时，动力吸振器移动机构1通过摩擦锁紧机构6与板5之间产生的摩擦力锁定在板5上，当电磁体3通入图中方向电流后，线圈激励铁芯产生磁场并使其极化，铁芯上端为N极、下端为S极。如图1所示，当电磁铁3的线圈中通入电流后，线圈激励铁芯产生磁场并使其极化，若此时磁极方向与惯性驱动永磁质量体2磁极方向相同，两者会有互相排斥的趋势，此时惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4产生扭矩，使得惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4发生微小偏摆，通过电磁体中的电流进行控制，使得惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4由初始位置A缓慢偏摆到位置B，此时由于其偏转摆动是连续而缓慢的运动，故此时惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4的摆动不会使动力吸振器移动机构1在板5上的移动，当其偏转摆动到位置B时；断开电磁体线圈中的控制电流，由于柔性连接杆4有恢复至初始状态的特性，惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4会以高切向加速度运动至位置C，此时产生的惯性驱动力大于摩擦锁紧机构6与板5产生的摩擦力，此过程中由动量守恒定理可知动力吸振器移动机构1会产生L的位移；当其运动至位置C后，控制电磁体3线圈中的电流，使其与惯性驱动永磁质量体2产生一定的电磁力，动过电磁力的缓冲作用，使惯性驱动永磁质量体2将对柔性连接杆4从位置C缓慢至位置A的初始状态，此过程中动力吸振器移动机构1也不会产生位移。

通过控制电磁体3线圈中电流的强度以及变化频率就可以实现对动力吸振器移动机构1的运动速度以及运动位移的精确调整，以变刚度原理实现此惯性力驱动可调谐动力吸振器。当此动力吸振器移动机构1在板5上的位置不同时，其与板5组成的系统刚度会发生变化，从而可以进行较大频带内的调节。

上述实施方式中给出的惯性力驱动可调谐动力吸振器原理及结构方案能够实现被控主振系一定频率带宽范围内的精密吸振；该动力吸振器采用惯性力驱动，结合动量守恒定理实现动力吸振器移动机构在板上的移动，通过动力吸振器移动机构在板上相对位置的变化实现变刚度对吸振器的固有频率的调节；该动力吸振器具有体积小、质量轻、易于安装、方便应用等优点；同时该动力吸振器可以实现一定频率带宽范围内的高细分精密吸振，能够有效地进行一定频带范围内的有效吸振。

摩擦锁紧机构可以包括外壳与橡胶圈，橡胶圈设置在外壳的内侧，外壳与吸振器移动机构的移动壳体之间紧固连接，橡胶圈套设在板5上，当板5从橡胶圈的圈孔穿过时，板与橡胶圈内侧之间将产生摩擦力，当摩擦力足够大时将可以产生锁紧的功能。本领域技术人员参照现有技术还可以实现其它方式的摩擦锁紧机构，在此不予赘述。

图1、图2中示出的动力吸振器移动机构的移动方向为从右到左，从左往右采用同样的原理可以实现，当电磁体中通入与从右往左移动时的方向相反、大小相同的电流，调整过程相同的时候，即可实现从左往右的移动调整。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，包括动力吸振器移动机构、板、摩擦锁紧机构；

动力吸振器移动机构紧固连接摩擦锁紧机构；

摩擦锁紧机构设置在板上，并与板接触；

动力吸振器移动机构包括移动壳体、惯性驱动永磁质量体、柔性连接杆、驱动电磁体；

驱动电磁体紧固连接在移动壳体上；

柔性连接杆的一端连接惯性驱动永磁质量体，柔性连接杆的另一端连接在移动壳体上。

2.根据权利要求1所述的惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力时，动力吸振器移动机构能够与板相对运动。

3.根据权利要求1所述的惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，在驱动电磁体的驱动下，惯性驱动永磁质量体能够通过柔性连接杆的形变进行摆动。

4.根据权利要求3所述的惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，在驱动电磁体的驱动下，惯性驱动永磁质量体能够缓慢运动；

其中，所述缓慢运动是指：惯性驱动永磁质量体对柔性连接杆的摆动不能克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力，使得动力吸振器移动机构的移动壳体与板保持相对静止。

5.根据权利要求3所述的惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，惯性驱动永磁质量体能够快速运动；

其中，所述快速运动是指：惯性驱动永磁质量体对柔性连接杆的摆动能够克服摩擦锁紧机构与板之间的摩擦力，使得动力吸振器移动机构的移动壳体与板发生相对运动。

6.根据权利要求1所述的惯性力驱动可调谐动力吸振器，其特征在于，摩擦锁紧机构包括外壳与橡胶圈，橡胶圈设置在外壳的内侧，外壳与吸振器移动机构的移动壳体之间紧固连接，橡胶圈套设在板上。