CN105927703A - 一种弹簧半圆配重片动力吸振器 - Google Patents

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王鹏
李宏伟
樊宁波
任伟伟
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means

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Abstract

本发明公开一种弹簧半圆配重片动力吸振器，包括两个支座以及设置在两个支座之间的基本吸振单元，所述基本吸振单元包括弹簧Ⅰ、配重片Ⅰ、弹簧Ⅱ、配重片Ⅱ和弹簧Ⅲ，配重片Ⅰ与配重片Ⅱ均为半圆形结构，且配重片Ⅰ与配重片Ⅱ的圆弧面相背设置，配重片Ⅰ与配重片Ⅱ之间通过弹簧Ⅱ连接，配重片Ⅰ与其相对应的支座之间通过弹簧Ⅰ连接，配重片Ⅱ与其相对应的支座之间通过弹簧Ⅲ连接。本发明提供结构简单、成本低廉，且能够在低频宽频范围内具有良好减振效果。

Description

一种弹簧半圆配重片动力吸振器
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种弹簧半圆配重片动力吸振器。
背景技术
动力吸振器是通过在主系统上附加子结构进而减小主系统振动的一种常用的减振装置。通过动力吸振器的动力作用，使吸振器弹性元件在主系统上产生的作用力可以抵消部分或大部分作用在主系统上的外界激振力来削弱主系统振动，其作用效果相当于把主系统的振动能量转移到了动力吸振器上。动力吸振器是控制结构振动的有效设备之一，按照是否需要外接能量可分为主动式动力吸振器、被动式动力吸振器。主动式动力吸振器通过作动器对主系统瞬时施加控制力以迅速衰减主系统振动，能够在宽频带范围内有效减振。然而主动式动力吸振器结构复杂，费用昂贵，附加质量大，控制精度要求高。当控制出现偏差，吸振器可能不但不起减振作用，反而加强主系统振动。这些都为主动式动力吸振器的设计和应用造成了困难。被动式动力吸振器结构简单、减振效果好，但传统动力吸振器只能对个别模态有良好的控制效果，有效减振频带窄，尤其对于无阻尼吸振器会在主振系统中引入新的共振峰，严重制约了其进一步应用。已有技术中，专利号200820153430.7，名称为“动力吸振器”的发明专利中，利用质量块与支座通过硫化橡胶连接，构成动力吸振器。该动力吸振器在主振模态及固有频率改变时容易失调，吸振频带窄且吸振效果不充分。专利号为94246820.1的实用新型专利提到了一种组合式主动控制的吸振器。该吸振器在被动式吸振器的基础上增加了主动控制力，但当该吸振器仍属于窄频吸振，当外界激振频率偏离吸振器固有频率越远，所需的主动控制力越大，实现成高，实用性差。专利号为200510094882.3的发明专利利用磁流变弹性体设计了一种移频式吸振器，解决了传统动力吸振器减振频带窄的问题，且不需要太大的外界能量。然而受材料性能限制，其吸振频带只能在有限范围内拓宽。张洪田等在《电动式主动吸振装置及其在柴油机振动控制领域的应用》一文中提出的电动式动力吸振器，虽然吸振频带可调，但结构复杂且系统消耗能量过大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种弹簧半圆配重片动力吸振器，该吸振器结构简单、成本低廉，且能够在低频宽频范围内具有良好减振效果。
本发明所采用的技术方案是：一种弹簧半圆配重片动力吸振器，包括两个支座以及设置在两个支座之间的基本吸振单元，所述基本吸振单元包括弹簧Ⅰ、配重片Ⅰ、弹簧Ⅱ、配重片Ⅱ和弹簧Ⅲ，配重片Ⅰ与配重片Ⅱ均为半圆形结构，且配重片Ⅰ与配重片Ⅱ的圆弧面相背设置，配重片Ⅰ与配重片Ⅱ之间通过弹簧Ⅱ连接，配重片Ⅰ与其相对应的支座之间通过弹簧Ⅰ连接，配重片Ⅱ与其相对应的支座之间通过弹簧Ⅲ连接。
作为本发明一种弹簧半圆配重片动力吸振器的进一步优化，所述的弹簧Ⅰ与支座及配重片Ⅰ之间焊接在一起。
作为本发明一种弹簧半圆配重片动力吸振器的进一步优化，所述的弹簧Ⅱ与配重片Ⅰ及配重片Ⅱ之间焊接在一起。
作为本发明一种弹簧半圆配重片动力吸振器的进一步优化，所述的弹簧Ⅲ与支座及配重片Ⅱ之间焊接在一起。
作为本发明一种弹簧半圆配重片动力吸振器的进一步优化，所述弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ和弹簧Ⅲ与其相邻部件之间均充分接触。
与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：
1、本发明提供的弹簧与半圆形配重片进行串联形成的动力吸振器，结构简单紧凑，减振效果好，减振频带宽。本发明设计合理，在低频段具有丰富的共振模态，可以对主系统多个频率处的振动进行控制，实现宽带吸振效果。本发明结构简单，加工制造方便，取材成本低廉。同时，该吸振器结构参数丰富，可设计强，对温湿度等环境条件不敏感，可满足不同工况下的减振需求。
2、本发明中的半圆形配重片本身具有非对称性，为系统提供了丰富的共振模态。同时，两个半圆配重片左右镜像分布，在振动时相互牵制和影响。这种设计克服了传统动力吸振器易引起主系统共振的缺点，提高了动力吸振器的吸振能力。
3、本发明在安装应用中可通过调整两个支座之间的距离调整弹簧调谐刚度，进而大幅度调整动力吸振器的吸振频率范围，满足振动主系统不同频段的减振需求。通过在弹性体上附加该动力吸振器，可以有效的抑制弹性体的共振能量，它的这些特点使得它呈现出广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图的俯视图；
附图标记：1、支座，2、弹簧Ⅰ，3、配重片Ⅰ，4、弹簧Ⅱ，5、配重片Ⅱ，6、弹簧Ⅲ。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
如图所示，一种弹簧半圆配重片动力吸振器，包括两个支座1以及设置在两个支座1之间的基本吸振单元，所述基本吸振单元包括弹簧Ⅰ2、配重片Ⅰ3、弹簧Ⅱ4、配重片Ⅱ5和弹簧Ⅲ6，配重片Ⅰ3与配重片Ⅱ5均为半圆形结构，且配重片Ⅰ3与配重片Ⅱ5的圆弧面相背设置，配重片Ⅰ3与配重片Ⅱ5之间通过弹簧Ⅱ4连接，配重片Ⅰ3与其相对应的支座1之间通过弹簧Ⅰ2连接，配重片Ⅱ5与其相对应的支座1之间通过弹簧Ⅲ6连接。
为了使本发明具有更好的实施效果，所述的弹簧Ⅰ2与支座1及配重片Ⅰ3之间焊接在一起，弹簧Ⅱ4与配重片Ⅰ3及配重片Ⅱ5之间焊接在一起，弹簧Ⅲ6与支座1及配重片Ⅱ5之间焊接在一起。所述弹簧Ⅰ2、弹簧Ⅱ4和弹簧Ⅲ6与其相邻部件之间均充分接触，且三个弹簧的中心轴线在同一条直线上。
作为本发明较优的实施方式，弹簧Ⅰ2、配重片Ⅰ3以及其中一个支座1与弹簧Ⅲ6、配重片Ⅱ5以及另外一个支座1以弹簧Ⅱ4为中心呈左右对称。所述配重片Ⅰ3与配重片Ⅱ5的厚度以及两个“L”形支座1的宽度不小于与之相连的弹簧的直径。所述的弹簧半圆配重片动力吸振器与振动主系统之间通过焊接或螺栓进行连接。
本发明中，弹簧Ⅰ2、弹簧Ⅱ4和弹簧Ⅲ6的材质均为45#钢，可根据刚度要求选择铜、铝等其他金属及其合金；半圆形配重片Ⅰ3和配重片Ⅱ5的材质选为45#钢，可根据质量要求选择弹铜、铝等其他金属及其合金；“L”形支座应具备一定的垂直度，以便确保弹簧的直线度及弹簧与半圆形配重片在同一条直线上；弹簧、支座、半圆形配重片之间可通过焊接进行连接，焊接时应确保动力吸振器在安装到主振动系统后不存在扭转力。
弹簧结构模态密集，可在一定频宽范围内针对主系统振动提供多个共振模态，实现宽带吸振的效果。半圆形配重片形状的选择依据主要是因为半圆形为非对称结构，更利于弹簧半圆配重片动力吸振器“拍动”模态的形成，可以很好的改善吸振器与主系统之间的耦合关系，解决了由于附加动力吸振器而引入的新共振峰问题。弹簧半圆配重片动力吸振器中所用到的半圆形配重片的尺寸及质量经过计算得到，且所有配重片尺寸保持一致。
弹簧半圆形配重片动力吸振器的具体设计方法，主要包括以下步骤：
步骤一、对结构进行模态测试，得出结构在10-300Hz范围内的各阶固有频率w i (i=1、2、3…)，在各阶固有频率中与振源工作频率接近的固有频率即为需要减振的频率。
步骤二、根据需要减振的结构形式，确定动力吸振器总质量。一般来说，动力吸振器总质量越大，吸振效果越好。但动力吸振器的总质量原则上不得大于原结构质量的10%。根据原结构尺寸特点确定动力吸振器个数，原结构需要减振的面积越大，动力吸振器基本单元个数越多。如果能够知道结构的振动状态，可将动力吸振器集中布置在结构振幅最大位置处；如果不知道结构的振动状态，可将动力吸振器均匀的布置在结构上。为了避免动力吸振器之间干涉，相邻动力吸振器之间间隔不得小于5mm。
步骤三、根据步骤二所确定动力吸振器总质量，除以动力吸振器个数便得到单个基本吸振单元的质量。单个吸振单元中，弹簧、配重片、支座的质量分配为：弹簧5%~10%、配重片80%~90%、支座5%~10%。
步骤四、为了更有利于半圆配重片动力吸振器“拍动”模态的形成，配重片高径比h/r在0.5，1之间。
步骤五、根据半圆配重片的质量和单个弹簧半圆形配重单元的固有频率，确定弹簧的结构参数。在有限元软件中对基本吸振单元进行参数化建模其中配重片尺寸信息已知；在参数化模型中，对弹簧丝径、匝数、中经尺寸、轴向间距进行优化，使弹簧半圆形配重片基本单元在10-300Hz范围内具有10阶以上共振频率，由此确定弹簧Ⅰ2、弹簧Ⅱ4和弹簧Ⅲ6的结构参数。

Claims (5)

1.一种弹簧半圆配重片动力吸振器，其特征在于：包括两个支座（1）以及设置在两个支座（1）之间的基本吸振单元，所述基本吸振单元包括弹簧Ⅰ（2）、配重片Ⅰ（3）、弹簧Ⅱ（4）、配重片Ⅱ（5）和弹簧Ⅲ（6），配重片Ⅰ（3）与配重片Ⅱ（5）均为半圆形结构，且配重片Ⅰ（3）与配重片Ⅱ（5）的圆弧面相背设置，配重片Ⅰ（3）与配重片Ⅱ（5）之间通过弹簧Ⅱ（4）连接，配重片Ⅰ（3）与其相对应的支座（1）之间通过弹簧Ⅰ（2）连接，配重片Ⅱ（5）与其相对应的支座（1）之间通过弹簧Ⅲ（6）连接。
2.如权利要求1所述的一种弹簧半圆配重片动力吸振器，其特征在于：所述的弹簧Ⅰ（2）与支座（1）及配重片Ⅰ（3）之间焊接在一起。
3.如权利要求1所述的一种弹簧半圆配重片动力吸振器，其特征在于：所述的弹簧Ⅱ（4）与配重片Ⅰ（3）及配重片Ⅱ（5）之间焊接在一起。
4.如权利要求1所述的一种弹簧半圆配重片动力吸振器，其特征在于：所述的弹簧Ⅲ（6）与支座（1）及配重片Ⅱ（5）之间焊接在一起。
5.如权利要求1所述的一种弹簧半圆配重片动力吸振器，其特征在于：所述弹簧Ⅰ（2）、弹簧Ⅱ（4）和弹簧Ⅲ（6）与其相邻部件之间均充分接触。
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