CN106088387B - 无偏转杆式高频调谐质量减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无偏转杆式高频调谐质量减振器，属于土木工程结构减振技术领域。其解决了现有技术存在的占用空间大、适用性不强、成本高和无法实现精确调频等问题。本发明包括质量块、弹性元件和阻尼元件，所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。本发明适用性更强，性价比更高，可以广泛应用于地铁道床等结构的高频振动控制，市场应用前景十分广阔。

Description

无偏转杆式高频调谐质量减振器

技术领域

本发明属于土木工程结构减振技术领域，具体涉及一种用于控制建筑结构高频振动的调谐质量减振器。

背景技术

大量工程实践证明，调谐质量减振器(也有文献中称质量调谐阻尼器，或称质量调谐减振器，本文中也简称TMD)是一种有效的振动控制装置，将它的固有频率调整到接近主结构的自振频率，然后安装在主结构上。当主结构受到激振力干扰发生振动时，引起质量调谐减振器的共振，利用调谐质量的振动惯性力反作用于结构本身，从而抵消激振力，达到减小结构反应的目的。要想最大限度发挥质量调谐减振器的减振作用，要求其固有频率要尽可能与主结构的自振频率一致，否则TMD的减振效果就会大幅下降。例如专利号为200410087664.2的中国专利公开了这样一种定向垂直可调式调谐质量减振器，可以用于控制过街天桥或港口栈桥等建筑结构在人行激励作用下引发的共振。但应用过程中发现，现有利用螺旋钢弹簧直接支撑质量块的调谐质量减振器难以适用于15Hz以上的高频振动，原因在于，根据理论力学常识，此类调谐质量减振器的固有频率与全部弹簧的总刚度及全部弹簧的在质量块重力作用下的整体静变形的关系如公式(1)及公式(2)所示：

其中：f是频率，单位是Hz；k是全部弹簧的总刚度；m是质量；π是圆周率；g是重力加速度；δ是全部弹簧的整体静变形，单位是mm。

由固有频率的计算公式(1)可以知道，现有的此类调谐质量减振器可以对2Hz左右的人行激励等低频振动提供良好的控制，拓展后大致可以适用于10Hz左右的结构振动的减振，但是却很难适用诸如15Hz以上的高频结构振动。这是因为，由计算公式(1)可知，假设在质量m相同的条件下，调谐质量减振器的固有频率为3Hz时所需全部弹簧的总刚度为K，则固有频率为15Hz时所需全部弹簧的总刚度为25K，全部弹簧的总刚度需提高25倍，如果直接利用大刚度的弹簧，则生产成本大大提高，如果利用大量低刚度弹簧并联，则产品平面尺寸很大，同时需要较大的平面空间摆放布置，适用性较差；此外，由公式(2)可以得出，当调谐质量减振器的固有频率为3Hz时，全部弹簧的整体静变形为27.6mm；而固有频率为15Hz时，全部弹簧的整体静变形仅为1.1mm；固为频率为20Hz时，全部弹簧的整体静变形仅为0.6mm。当应用于地铁浮置板等高频振动的控制场所时，所需弹簧的总刚度较大，综合考虑加工难度和经济性，如果采用螺旋钢弹簧一般只能利用多个螺旋钢弹簧并联使用，此类技术方案的缺点在于多个螺旋钢弹簧一起使用时，其加工和组装误差往往就超过了1.1mm，因此根本无法满足工程使用要求。

为解决上述问题，有技术人员又研制出新型的高频调谐质量减振器，例如中国专利201310289997.2所述的高频调谐质量减振器，其利用预紧结构对弹性元件进行了预紧，消除了弹性元件初始非线性的影响，使弹性元件始终处于承受的外力与弹性元件的压缩位移成正比的线性变化阶段，高频质量调谐减振器中弹性元件的总刚度和高频调谐质量减振器的工作频率始终保持稳定，因此其可以适用于15Hz以上的高频振动控制。但是，此类技术方案中，由于增设了预紧结构，产品的总高度有所增加，其适用性受到限制，例如在控制地铁浮置板的高频振动时，由于受到钢轨运营的限界高度制约，此类高频调谐质量减振器难以满足使用要求；此类技术中如果采用板簧或碟簧作为弹性元件虽然可以节省空间，但其垂向及横向刚度相互干扰，无法很好地实现垂向和横向同时减振，其适用性也同样受到限制，例如对于钢轨的振动控制这类需要同时控制垂向和横向振动的应用对象就难以满足使用要求；此类技术中如果采用弹性橡胶或弹性聚氨酯等弹性高分子材料作为弹性元件时，其减振性能易受到环境影响，例如在高温、酸碱度等，而且耐火能力也较差，因此适用性也受限。另外，此类高频调谐质量减振器普遍造价较高，一般只能少量应用于工程要求精度很高的场所，在轨道、桥梁等需要大批量使用的领域，由于价格问题，难以大规模推广使用。

再有，专利申请号为201110107528.5的中国专利提出了一种用于悬臂式空心薄壁转子的调谐质量减振器，包括主体机构和支撑机构，主体机构包括辅助质量块、连接杆和两个球面轴承块，所述的支撑机构包括两个端盖、空心圆筒、定位套筒和球承轴，其中，辅助质量块与连接杆为结合件，辅助质量块位于连接杆的中部，连接杆两端各设有一个球面轴承块，两个球面轴承块嵌入在各自相对的端盖中，两个端盖将主体机构密封于空心圆筒中。其利用辅助质量块提供质量，连接杆提供刚度，所述的球面轴承块与端盖之间采用油脂润滑，改变球面轴承与端盖内部的接触情况即可改变减振器的阻尼，能够减小悬臂式空心薄壁转子转动时的高频振动。但是此类结构中，由于连接杆设置在辅助质量块的中心处，对抗偏心扭转精度要求高，无法保证辅助质量块的平衡，辅助质量块的工作姿态并不稳定，其运动时的姿态往往不仅有移动，同时还有扭转，无法实现精确调频，导致系统的实际工作频率与设计频率存在偏差，从而影响最终的减振效果。为了提高稳定性，一般需要增加导向结构，一方面增加了结构的复杂性，提高了成本；另一方面也限制了振动控制的方向性，通常仅能实现单一方向的减振功能，适用性不强。

综上所述，市场迫切要求开发一种占用空间小，适用性更强，适于工程现场精确调频，成本低，可以规模化生产并使用的高频调谐质量减振器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构紧凑，成本低，易于工程现场精确调频，适于规模化生产并使用的无偏转杆式高频调谐质量减振器。

本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器是这样实现的，包括质量块、弹性元件和阻尼元件，其特征在于所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。

本发明中所述弹性杆的横截面轮廓形状可以为正方形、三角形、圆形、五边形、六边形、矩形、椭圆形或菱形等，特别要指出的是，当弹性杆的横截面轮廓形状为三角形、矩形、椭圆形或菱形等垂向与横向非对称形状时，由于弹性杆的横向刚度和垂向刚度不同，经过优化设计后，可以针对性地分别控制待减振结构的横向高频振动和垂向高频振动。优选的，所述弹性杆为金属材料、碳纤维材料、工程塑料或玻璃钢等高强度材料制成的棒或管。此外，为了方便与其他结构进行装配或固定，可以在所述弹性杆的外表面至少局部设置螺纹。

为了实现工程现场准确调频，本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器中弹性杆上还可以设置频率调节装置。所述频率调节装置的结构可以多种多样，例如，频率调节装置包括成对设置的频率调节轴套，所述频率调节轴套在质量块的两侧对称设置，频率调节轴套套设并固定在弹性杆上；或者，所述频率调节装置包括成对设置的螺纹式频率调节轴套，所述螺纹式频率调节轴套对称地设置在质量块的两侧并与质量块通过螺纹结构相连，螺纹式频率调节轴套套设在弹性杆上；或者所述频率调节装置包括至少二个横梁，弹性杆分别设置在横梁的两端，质量块固定设置在横梁上并且通过横梁与弹性杆相连。此外，为了便于将横梁固定在弹性杆上，弹性杆与横梁之间还可以设置锁止装置，所述锁止装置包括横梁上设置的锁紧螺钉或弹性杆上对应横梁两侧设置的锁紧螺母。另外，为了方便移动横梁进行调频，可以将质量块与横梁之间通过紧固件相连，横梁上沿弹性杆的轴向设置长条孔与紧固件配合。

为了进一步提高系统的稳定性，优选的，所有阻尼元件所提供阻尼力的合力至少在垂向通过质量块的质心或质心附近。

作为一种特例，本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器中还可以包括外框，所述质量块、弹性元件及阻尼元件均设置在外框中。

本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器调整固有频率的方法也多种多样，其可以通过改变弹性杆的规格尺寸、改变弹性杆的有效弹性工作杆长或者改变弹性杆的数量等方法实现对系统固有频率的调整。

本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器利用弹性杆替代传统金属螺旋弹簧作为弹性元件，依靠钢材等高强度材料制成的弹性杆自身所具有的刚度和弹性，与质量块配合共同构成一个可以实现很高固有频率的“质量—弹性”系统，再利用阻尼元件吸收消耗外部能量，可以实现很好的调谐质量减振功能，特别是至少设置二根弹性杆，并且使所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，可以保证工作过程中质量块不发生偏转，避免对系统的固有频率构成干扰，对其固有频率进行优化设计后，就可以针对性地用于控制结构的高频振动。由于弹性杆占用的高度空间很小，因此本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构非常紧凑，占用空间小，特别是占用高度空间很小；此外，由于弹性杆选材的范围更大，因此本发明可以实现的固有频率范围也更大；另外，相比于传统的螺旋钢弹簧，弹性杆的加工难度更小，弹性及刚度等关键参数也更容易控制，系统更加简单可靠，不易出现故障，有利于降低生产成本，提高减振性能，同时提高使用寿命；第四，通过控制弹性杆的截面尺寸，就可以优化弹性杆的横向刚度及垂向刚度，实现对不同横向频率和垂向频率的分别控制，不需要另外设置弹性元件，结构更加简单，产品适用性更好，性价比更高；第五，特别需要指出的是，本发明可以用于控制垂直于弹性杆轴向的任意方向的振动，包括传统意义上的垂向及横向，其适用性更强，减振效果也更好。

综上所述，本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构更加简单紧凑，具有使用寿命长，可实现频率更高、固有频率稳定、易于实现现场准确调频、安全可靠等优点，其适用性更强，性价比更高，可以广泛应用于地铁道床等结构的高频振动控制，市场应用前景十分广阔。

附图说明

图1为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之一。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之二。

图4为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之三。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之四。

图7为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之五。

图8为图7的A-A向剖视图。

图9为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之六。

图10为图9的B-B向剖视图。

图11为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之七。

图12为图11的C-C向剖视图。

图13为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之八。

图14为图13的D-D剖视图。

图15为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之九。

图16为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之十。

图17为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之十一。

图18为图17的俯视图。

图19为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之十二。

图20为图19的俯视图。

图21为本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构示意图之十三。

图22为图21的T-T剖视图。

具体实施方式

如图1、图2所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，包括质量块1、弹性元件2和阻尼元件3，所述弹性元件2包括四根圆钢管制成的弹性杆；所述弹性杆的一端支承在支架4上并且与支架4焊接固定在一起，弹性杆的另一端嵌置在质量块1中并且与质量块焊接固定在一起，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近；阻尼元件3设置在质量块1下方，阻尼元件3具体为小孔节流式阻尼器，其一端与质量块1相连，另一端与支架4的连接底板20相连。

本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器利用弹性杆替代传统金属螺旋弹簧作为弹性元件，依靠钢材等高强度材料制成的弹性杆自身所具有的刚度和弹性，与质量块配合共同构成一个可以实现很高固有频率的“质量—弹性”系统，再利用阻尼元件吸收消耗外部能量，可以实现很好的调谐质量减振功能，特别是至少设置二根弹性杆，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，可以保证工作过程中质量块不发生偏转，避免对系统的固有频率构成干扰，对其固有频率进行优化设计后，就可以针对性地用于控制结构的高频振动。由于弹性杆占用的高度空间很小，因此本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构非常紧凑，占用空间小，特别是占用高度空间很小；此外，基于本例所述的技术原理，弹性杆可以选用金属材料、碳纤维材料、工程塑料或玻璃钢等高强度材料制成的棒或管，由于弹性杆选材的范围更大，因此本发明可以实现的固有频率范围也更大；另外，相比于传统的螺旋钢弹簧，弹性杆的加工难度更小，弹性及刚度等关键参数也更容易控制，系统更加简单可靠，不易出现故障，有利于降低生产成本，提高减振性能，同时提高使用寿命；第四，本发明可以用于控制垂直于弹性杆轴向的任意方向的振动，包括传统意义上的垂向及横向，其适用性更强，减振效果也更好。特别要说明的是，采用弹性杆作为弹性元件，相比于采用弹簧钢制成的螺旋钢弹簧作为弹性元件，可以大幅降低产品成本，一般来说至少可以将成本降低30％以上，对于大型产品甚至可以实现降低80％以上的成本，因此其性价比极高，特别适于规模化生产和使用，可以满足轨道交通、桥梁等工程减振领域的大批量使用要求。需要指出的是，在设计本例所述无偏转杆式高频调谐质量减振器时，通过改变弹性杆的规格尺寸或改变弹性杆的有效弹性工作杆长就可以实现对系统固有频率的调整，很容易实现产品系列化，其中，所述弹性杆的有效弹性工作杆长就是可以为质量块振动时提供弹性的弹性杆的实际长度，例如在图1中，质量块1的端面P与支架4的侧壁N之间的弹性杆部分，即为所述弹性杆的有效弹性工作杆长。

综上所述，本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构更加简单紧凑，具有使用寿命长，可实现频率更高、固有频率稳定、安全可靠等优点，其适用性更强，性价比更高，可以广泛应用于地铁道床等结构的高频振动控制，市场应用前景十分广阔。

当然，基于本发明的技术原理，支架4的具体结构以及弹性杆的数量可以根据工程需要设计选择。例如，也可以将支架4与待减振结构直接固连成一体，取消连接底板20，相应的阻尼元件3的另一端直接与待减振结构相连即可；此外，根据工程的实际需要，弹性杆的数量也可以是6根、8根甚至更多根，例如图3所示，当质量块尺寸较大时，设置了6根弹性杆与质量块进行配合，所述6根弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近。需要指出的是，由于本例中，质量块是均匀规则的矩形结构，将弹性杆在质量块两侧对称布置就可以保证全部弹性杆工作时动态恢复力的合力在垂向的分力通过质量块的质心，如果将弹性杆在质心两侧对称布置，就可以实现全部弹性杆工作时动态恢复力的合力在横向的分力也通过质量块的质心，此时，质量块在工作时的状态将非常稳定，有利于实现系统固有频率的稳定，以保证与减振目标结构的固有频率接近或相同，实现最佳的减振效果。但是在实际应用中，由于加工误差的存在，一般只能实现全部弹性杆工作时动态恢复力的合力在垂向的分力或在横向的分力通过质量块的质心附近，所以本发明为了保持严谨，均采用了“通过质量块的质心或质心附近”这一表述。当质量块的形状不规则时，可以将弹性杆采用非对称的方式布置，或者采用不同截面尺寸的弹性杆，实现全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，以尽可能保证质量块工作时不发生偏转；另外，根据不同的工程需要，弹性杆除了采用钢管制成外，也可以采用钢棒，以及其他金属材料、碳纤维材料、工程塑料或玻璃钢材料制成的棒或管。上述技术方案都是基于本发明技术原理的简单变化，在此仅以文字给予说明，都在本发明要求的保护范围之中。

实施例二

如图4、图5所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，包括质量块1、弹性元件2和阻尼元件3，所述弹性元件2由二根钢棒制成的弹性杆构成，弹性杆的两端分别支承在支架4上并与支架4焊接固定在一起，质量块1设置在弹性杆上，弹性杆贯穿质量块1并且与质量块焊接固定在一起，所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近；阻尼元件3设置在质量块1下方，阻尼元件3具体为小孔节流式阻尼器，其一端与质量块1相连，另一端与支架4的连接底板20相连；弹性杆上还设有频率调节装置，所述频率调节装置包括四个频率调节轴套30，每个频率调节轴套由两个半环状子频率调节套通过紧固件31连接组装而成，其套设并固定在弹性杆上，四个频率调节套30在质量块1的两侧对称设置。

与实施例一相比，由于增设了频率调节装置，利用频率调节装置改变弹性杆的有效弹性工作杆长就可以实现对系统固有频率的调整，很容易实现工程现场精确调频和产品系列化。所述弹性杆的有效弹性工作杆长就是可以为质量块振动时提供弹性的弹性杆的实际长度，在图4中，频率调节轴套30的最外侧端面M与支架4的侧壁N之间的弹性杆部分，即为所述弹性杆的有效弹性工作杆长。改变频率调节轴套30的使用数量或者单个频率调节轴套30宽度尺寸就可以改变弹性杆的有效弹性工作杆长，通过这种方式，可以在工程现场根据实际情况对本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的固有频率进行精确调整，大大提高了产品的适用性，同时，有利于保证产品的固有频率与待减振结构的共振频率尽可能相同，进而提高减振效率，需要指出的是，本例中仅以设置四个频率调节轴套30为例进行说明，实际应用中，根据需要也可以成对地设置二个、六个、八个甚至更多块频率调节轴套，只要在质量块两侧对称布置即可。由于频率调节轴套30采用了可拆分的分体式结构，因此现场调节频率十分方便。

综上所述，本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的结构更加简单紧凑，具有使用寿命长，可实现频率更高、固有频率稳定、安全可靠等优点，其适用性更强，性价比更高，可以广泛应用于地铁道床等结构的高频振动控制，市场应用前景十分广阔。

当然，基于本发明的技术原理，支架4的具体结构以及弹性杆的数量可以根据工程需要设计选择。例如，也可以将支架4与待减振结构直接固连成一体，取消连接底板20，相应的阻尼元件3的另一端直接与待减振结构相连即可；此外，根据工程的实际需要，弹性杆的数量也可以是三根、四根甚至更多根，例如图6所示，当质量块尺寸较大时，设置了三根弹性杆与质量块进行配合。由于图6所示技术方案中采用了矩形的质量块，因此三根弹性杆的几何尺寸相同，并且在布置时相对于质量块对称设置，以保证所述全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近。需要指出的是，当质量块的形状不规则时，可以将弹性杆采用非对称的方式布置，或者采用不同截面尺寸的弹性杆，以保证全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近。上述技术方案都是基于本发明技术原理的简单变化，在此仅以文字给予说明，都在本发明要求的保护范围之中。

实施例三

如图7和图8所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例二的区别在于，所述弹性元件2由横截面形状为矩形的铝合金弹性杆构成，为了防止弹性杆发生轴向窜动，在支架4的外侧对应弹性杆的两端分别设置挡块5和紧固件6；此外，本例所述无偏转杆式高频调谐质量减振器中还包括频率调节装置，所述频率调节装置包括两块频率调节轴套7，频率调节轴套7位于质量块1的两侧，呈对称设置，其套设并利用紧固螺钉8固定在弹性杆上，同时将质量块1夹持固定在弹性杆上；另外，弹性元件2包括二个弹性剪切式阻尼器，二个弹性剪切式阻尼器对称地设置在质量块下方。

与实施例一所述技术方案相比，本例所述技术方案具有的优点包括：(1)由于采用了横截面为矩形的弹性杆，通过控制弹性杆的截面尺寸，就可以优化弹性杆的横向刚度及垂向刚度，实现对不同横向频率和垂向频率的分别控制，不需要另外设置弹性元件，结构更加简单，产品适用性更好，性价比更高；(2)由于弹性杆与支架4之间、弹性杆与质量块1之间以及弹性杆与频率调节轴套7之间均采用了可拆卸的固定连接结构，当需要维护时，可以很方便地进行拆分更换；(3)由于采用了横截面形状为矩形的铝合金弹性杆作为弹性元件，此类弹性元件的横向刚度和垂向刚度不同，经过优化设计后，可以针对性地分别控制待减振结构的横向高频振动和垂向高频振动，减振效果更佳。

与实施例二相似，本例所述技术方案中，由于设置了频率调节装置，通过频率调节轴套限制弹性杆局部弹性，从而改变弹性杆两侧提供弹性的有效弹性工作杆长，例如图7中支架4的侧壁N与频率调节轴套7的侧面Q之间的弹性杆段即为弹性杆的有效弹性工作杆长，通过这种方式，可以在工程现场根据实际情况对本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的固有频率进行精确调整。

需要指出的是，本例中阻尼元件采用了二个弹性剪切式阻尼器，出于保证质量块工作时稳定性的需要，优选的，设计时应使所有阻尼元件所提供阻尼力的合力在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，因此，图7所示技术方案中，应将阻尼元件在质心两侧对称布置。该原理也同样适用于本发明其他设置超过一个阻尼元件的技术方案，在此一并给予说明。

基于实施例一、实施例二及本例所述的技术原理，本发明中所述弹性杆的横截面轮廓形状可以为正方形、三角形、圆形、五边形、六边形、矩形、椭圆形或菱形等各种形状，特别要指出的是，当弹性杆的横截面轮廓形状为三角形、矩形、椭圆形或菱形等垂向与横向非对称形状时，由于弹性杆的横向刚度和垂向刚度不同，经过优化设计后，可以针对性地分别控制待减振结构的横向高频振动和垂向高频振动；此外，本发明中阻尼元件可以是小孔节流式阻尼器、弹性剪切式阻尼器、粘滞剪切式阻尼器或电涡流式阻尼器等多种具体形式，在应用时可以根据工程实际选用，都可以起到很好的效果，在此仅以文字给予说明，不再一一附图，都在本发明要求的保护范围之中。

实施例四

如图9和图10所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施列二的区别在于，弹性元件2包括四根弹性杆，弹性杆中部外表面设置螺纹；此外，质量块1的两侧固定设置耳板9，弹性杆贯穿耳板9设置，实现对质量块1的支承；第三，为了防止弹性杆发生轴向窜动，在支架4的外侧对应弹性杆的两端分别设置挡块5和紧固件6；第四，弹性杆上设置锁紧螺母10及频率调节装置，所述频率调节装置包括成对设置的频率调节轴套32，所述频率调节轴套32具体为增厚型的锁紧螺母，其在质量块1的两侧对称设置，频率调节轴套32套设并固定在弹性杆上，将质量块与弹性杆的相对位置确定后，利用在耳板9两侧设置的锁紧螺母10及频率调节轴套32将质量块1固定在弹性杆上；另外，在质量块1与连接底板20之间设置三个阻尼元件3。

与实施例二相比，本例所述技术方案的优点在于，弹性杆与支架4之间、质量块与弹性杆之间可以方便地进行拆分，便于运输和现场安装以及后期的维修更换；此外，在质量块1两侧设置耳板9与弹性杆配合连接，比弹性杆直接贯穿质量块更加简单方便，加工制作、组装或拆解也都更加容易；再有，频率调节轴套32不仅可以用于精确调节产品的固有频率，其还可以起到锁紧螺母的功能，有利于简化产品结构，降低产品成本。

实施例五

如图11、图12所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例二的区别在于，弹性元件2包括二根弹性杆，弹性杆采用螺杆；此外，所述频率调节装置包括二个横梁12，二根弹性杆分别设置在横梁的两端，并与横梁上固定设置连接座11相连；质量块1焊接固定设置在横梁12上；另外，为了便于将横梁固定在弹性杆上，弹性杆与横梁之间还设有锁止装置，所述锁止装置为弹性杆上对应横梁12的连接座11两侧设置的锁紧螺母10；第四，阻尼元件3包括质量块1与连接底板20之间设置的四个粘滞剪切式阻尼器，四个粘滞剪切式阻尼器分别设置在质量块1的四个边角处；第五，弹性杆与支架4之间也利用锁紧螺母10进行锁紧固定。

本例所述技术方案相比于实施例二具有如下优点：(1)通过移动横梁12的位置，从而改变弹性杆可以提供弹性的有效杆长，从而改变系统的固有频率，可以在工程现场根据实际情况对本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器的固有频率进行调整，大大提高了产品的适用性，同时，有利于保证产品的固有频率与待减振结构的共振频率尽可能相同，进而提高减振效率；(2)弹性杆采用螺杆，弹性杆与横梁之间还设有锁紧螺母10作为锁止装置，可以方便地调整横梁12相对于弹性杆的位置，从而对系统的固有频率进行调节，应用时，可以在现场先对系统的固有频率进行精确调节，然后再将质量块与横梁焊连成一体；(3)弹性杆采用螺杆，弹性杆与支架4之间利用锁紧螺母10进行锁紧固定，其随时可以拆分，维护和组装都十分便利；(4)由于在质量块1底面的四个边角处分别设置了阻尼元件3，发生振动时，不易产生倾覆力矩，质量块更加稳定。

本例所述技术方案中，弹性杆的位置相对质量块较低，其可以实现全部弹性杆工作时动态恢复力的合力在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，不易实现全部弹性杆工作时动态恢复力的合力在横向的分力通过质量块的质心或质心附近，因此，在调频结束后将质量块与横梁固连成一体，可以有效提高质量块的稳定性。

实施例六

如图13、图14所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例五的区别在于，质量块1由多个独立质量叠置组成；此外弹性杆与横梁12之间设置的锁止装置具体为连接座11上设置的锁紧螺钉15；另外，为了方便移动横梁12进行调频，质量块1与横梁12之间通过紧固件13相连，横梁12上沿弹性杆的轴向设置长条孔14与紧固件13配合。

与实施例五相比，本例所述的技术方案的优点在于：横梁12与质量块1之间利用可拆分的结构进行固连，便于后续的维修或调整；此外，利用多个独立质量叠置组成本发明中的质量块，不仅便于加工制作、运输和组装，同时也便于调整参振质量，从而对系统参数进行准确调节。

基于本例的技术原理，根据质量块的尺寸不同，横梁也可以设置三根或三根以上，这种情况下，当质量块的形状规则时，为保证质量块的稳定性，避免产生明显的扭矩，横梁应相对质量块对称布置，例如，如图15所示，与图13所述技术方案的区别在于，横梁12设置了四个，为保证质量块1的稳定性，避免产生明显的扭矩，四个横梁12相对质量块1对称布置；此外，对于上部设置卡口的连接座11，锁紧装置具体为连接座11上部设置的锁紧螺钉15。此时，弹性杆的有效弹性工作杆长由最外侧的横梁所限定；当然，当质量块的形状不规则时，也可以将横梁采用非对称的形式布置，以保证全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，在此仅以文字给予说明，不再另外附图说明。

实施例七

如图16所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例三的区别在于，所述频率调节装置包括成对设置的螺纹式频率调节轴套21，所述螺纹式频率调节轴套21对称地设置在质量块1的两侧并与质量块1通过螺纹结构相连，螺纹式频率调节轴套21套设在弹性杆2上。

与实施例三中记录的技术原理相似，由于螺纹式频率调节轴套21的尺寸较大，其可以有效限制所覆盖弹性杆部分的弹性，因此，通过螺纹结构调整螺纹式频率调节轴套21旋出质量块1的长度，就可以调整弹性杆的有效弹性工作杆长，从而实现调整系统固有频率的目的。与实施例三相比，本例所述的技术方案中由于螺纹式频率调节轴套21与质量块1之间采用螺纹结构进行连接，利用该螺纹结构调整弹性杆的有效弹性工作杆长更加容易，同时其可以实现连续地调整系统固有频率，是一种能够真正实现精确调频的技术方案；此外，由于本例所述技术方案在利用螺纹式频率调节轴套21调整系统固有频率时，不需要再额外增加元件，因此更加适合在工程现场进行精确调频使用。

实施例八

如图17和图18所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例二的区别在于，两块钢板制成的支架4分别预制锚固在主结构22中，钢棒制成的弹性杆2一端与支架4焊连，另一端与质量块1焊接固定在一起；此外，阻尼元件3直接设置在弹性杆2表面，阻尼元件3具体为一种由弹性聚氨酯材料制成的阻尼套，阻尼套套设在弹性杆2上；另外，所述频率调节装置包括二个频率调节轴套30，每个频率调节轴套由两个半环状子频率调节套通过紧固件31连接组装而成，其套设并固定在弹性杆上，二个频率调节套30在质量块1的两侧对称设置。

与实施例二相比，本例所述的技术方案，由于将阻尼元件直接设置在弹性杆表面，不再占用额外的安装空间，因此结构更加紧凑，占用的空间更小，适用性更强。此外，将支架直接固定在主结构中，也有利于提高空间利用率。另外，图17所示技术方案中，如果弹性杆与质心位于同一水平面上且相对质心对称布置，将阻尼元件在质量块两侧对称布置以后，不仅可以实现所有阻尼元件所提供阻尼力的合力在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，还可以实现所有阻尼元件所提供阻尼力的合力在横向的分力通过质量块的质心或质心附近，有利于提高质量块工作时的稳定性。

当然，基于本例所记载的技术原理，阻尼元件3也可以采用高阻尼橡胶等其他弹性阻尼材料制成，也能实现相似的技术效果，都可以应用于本发明之中。

实施例九

如图19和图20所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例八的区别在于，支架4支撑于弹性杆2的中间处，弹性杆2贯穿支架4设置并利用锁紧螺母10固定；所述质量块包括二个独立的子质量块42，两个子质量块42对应支架对称地设置在弹性杆2的两端。

与实施例八相比，本例所述技术方案中由于将质量块拆分为二个子质量块42并且分别设置于支架4的两侧，其仍满足全部弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近的要求，可以适用于支架宽度较窄，支架内部空间较小，无法正常容纳质量块的应用条件。

实施例十

如图21和图22所示本发明无偏转杆式高频调谐质量减振器，与实施例四的区别在于，还包括外框40，所述质量块、弹性元件及阻尼元件均设置在外框中，其中，弹性元件2包括二根弹性杆，质量块1两侧分别固定设置耳板9，弹性杆贯穿耳板9设置，弹性杆的两端分别嵌置在外框40两端设置的支架4上，支架4同时也是外框40内腔两端的封闭堵头，所述全部弹性杆满足在工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近；所述频率调节装置包括四个频率调节轴套30，每个频率调节轴套由两个半环状子频率调节套通过紧固件31连接组装而成，其套设并固定在弹性杆上，四个频率调节套30在质量块1的两侧对称设置；外框40中对应质量块1的两端分别固定设置隔板41，隔板41与质量块1之间设置阻尼元件3，所述阻尼元件3具体由高阻尼橡胶材料构成，高阻尼橡胶分别与隔板41及质量块1硫化固定在一起。

与实施例四相比，本例所述技术方案同样具有不易发生偏转、可以实现现场精确调频、结构简单、适用性好、加工成本低并且弹性杆与支架易于拆分实施维护等等一系列优点。不同之处在于，本例所述技术方案中由于增设了外框，质量块、弹性元件及阻尼元件均设置在外框中，整个“质量—弹性”系统均可以得到很好地保护，其减振降噪性能受外部环境影响更小，使用寿命更长，耐火性也得到有效提升；此外，将阻尼元件3对称地设置在质量块1与隔板41之间，易于实现所有阻尼元件所提供阻尼力的合力在垂向及横向的分力通过质量块的质心或质心附近，质量块工作时更加稳定，不易发生偏转。当然基于本例所述的技术原理，阻尼元件3也可以设置在质量块与外框之间，也能实现很好的技术效果，并且可以省略掉隔板41，加工更加简单方便，但是，相对于本例所述的技术方案，其对外框内部空间要求更高，需要采用较大规格尺寸的外框，不利于降低成本。另外，阻尼元件3除了采用高阻尼橡胶、高阻尼聚氨酯等高分子阻尼材料外，也可以采用其他形式的阻尼结构，例如可以采用金属丝团，利用金属丝团在质量块与隔板之间产生的干摩擦提供阻尼力，这种技术方案可以实现更好的耐高温、耐火性能。此类技术方案同样是本发明技术原理的简单变化，也在本发明要求的保护范围之中，在此仅以文字给予说明。

以上给出了本发明的部分典型实施例，目的在于方便更好地理解本发明之技术方案，其不应视为对本发明的限制，其中各实施例中的技术方案也可以交叉使用，只要基于本发明的技术原理，都在本发明要求的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种无偏转杆式高频调谐质量减振器，包括质量块、弹性元件和阻尼元件，其特征在于所述弹性元件包括至少两根弹性杆，弹性杆的两端分别支承在支架上并且质量块与弹性杆相连，或者弹性杆的一端支承在支架上并且弹性杆的另一端与质量块相连，全部所述弹性杆工作时动态恢复力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近，阻尼元件直接设置在弹性杆表面或者阻尼元件与质量块相连。

2.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述弹性杆的外表面至少局部设置螺纹。

3.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于弹性杆上设置频率调节装置。

4.根据权利要求3所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述频率调节装置包括成对设置的频率调节轴套，所述频率调节轴套在质量块的两侧对称设置，频率调节轴套套设并固定在弹性杆上。

5.根据权利要求3所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述频率调节装置包括至少二个横梁，弹性杆分别设置在横梁的两端，质量块固定设置在横梁上并且通过横梁与弹性杆相连。

6.根据权利要求5所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于弹性杆与横梁之间还设置锁止装置，所述锁止装置包括横梁上设置的锁紧螺钉或弹性杆上对应横梁两侧设置的锁紧螺母。

7.根据权利要求6所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于质量块与横梁之间通过紧固件相连，横梁上沿弹性杆的轴向设置长条孔与紧固件配合。

8.根据权利要求3所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述频率调节装置包括成对设置的螺纹式频率调节轴套，所述螺纹式频率调节轴套对称地设置在质量块的两侧并与质量块通过螺纹结构相连，螺纹式频率调节轴套套设在弹性杆上。

9.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述弹性杆为金属材料、碳纤维材料、工程塑料或玻璃钢材料制成的棒或管。

10.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所述弹性杆的横截面轮廓形状为正方形、三角形、圆形、五边形、六边形、矩形、椭圆形或菱形。

11.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于所有阻尼元件所提供阻尼力的合力至少在垂向的分力通过质量块的质心或质心附近。

12.根据权利要求1所述的无偏转杆式高频调谐质量减振器，其特征在于还包括外框，所述质量块、弹性元件及阻尼元件均设置在外框中。