CN106381941B - 一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，包括吸振器本体和限位装置，吸振器本体包括固定框架、第一弹簧、第二弹簧、质量块和导柱，导柱的两端分别连接固定框架的顶端和底端，第一弹簧、质量块和第二弹簧依次套设在导柱上；限位装置包括上限位部和下限位部，上限位部位于固定框架的顶端和质量块之间，包括第一限位块、第一限位弹簧和上限位阻尼器，下限位部位于固定框架的底端和质量块之间，包括第二限位块、第二限位弹簧和下限位阻尼器。本发明能够满足不同主体结构的振动控制要求，并大大增强了吸振器的减振效果。

Description

一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器

技术领域

本发明涉及减振装置技术领域，尤其涉及一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器。

背景技术

调谐质量阻尼器（简称TMD）是被动调谐减振控制装置中的一种，可作为子结构安装于需要进行振动控制的主结构上，通过将其振动频率调整至主结构的基本频率或激振频率附近，当主结构受激励而振动时，子结构将产生与主结构振动方向相反的惯性力，从而使主结构的反应衰减并受到控制。在机械领域，调谐质量阻尼器又称动力吸振器，一般由质量块、弹簧和阻尼器组成，因其结构简单、易于加工，被广泛用于土木建筑的防震和大型机械设备的减振。然而在实际应用中，由于缺乏变形限制装置，吸振器在振动过程中极易因振幅过大出现损坏，进而导致对主结构的振动控制失效，且现有吸振器的振动控制频带宽度较窄，使用时有较大局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，能够实现对土木建筑和机械设备等主体结构的振动控制，同时满足对吸振器本体结构的变形保护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，包括吸振器本体和限位装置，所述的吸振器本体包括固定框架、第一弹簧、第二弹簧、质量块和导柱，所述的第一弹簧和第二弹簧均为形状记忆合金弹簧，所述的导柱的两端分别连接固定框架的顶端和底端，所述的质量块的中部开设有光孔，第一弹簧、质量块和第二弹簧依次套设在导柱上，质量块的两端分别与第一弹簧和第二弹簧的一端相连，第一弹簧和第二弹簧的另一端分别与固定框架的顶端和底端相连；所述的限位装置包括上限位部和下限位部，所述的上限位部位于固定框架的顶端和质量块之间，上限位部包括第一限位块、第一限位弹簧和上限位阻尼器，第一限位弹簧和上限位阻尼器的一端连接固定框架的顶端，第一限位弹簧和上限位阻尼器的另一端连接第一限位块，第一限位块与质量块之间有间隙，所述的下限位部位于固定框架的底端和质量块之间，下限位部包括第二限位块、第二限位弹簧和下限位阻尼器，第二限位弹簧和下限位阻尼器的一端连接固定框架的底端，第二限位弹簧和下限位阻尼器的另一端连接第二限位块，第二限位块和质量块之间有间隙。

还包括间隙调节装置，所述的间隙调节装置包括第一间隙调节板、第二间隙调节板和调节螺纹杆，所述的第一间隙调节板和第二间隙调节板上设有螺孔，第一间隙调节板位于固定框架的顶端和第一限位弹簧之间，第一限位弹簧和上限位阻尼器的一端连接第一间隙调节板，第二间隙调节板位于固定框架的底端和第二限位弹簧之间，第二限位弹簧和下限位阻尼器的一端连接第二间隙调节板，调节螺纹杆的一端设置在固定框架上，调节螺纹杆的上部穿过上间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，调节螺纹杆的下部穿过下间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，调节螺纹杆上部和下部的螺纹旋转方向相反。

所述的间隙调节装置还包括大齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮，所述的调节螺纹杆包括第一调节螺杆和第二调节螺杆，所述的大齿轮设置在固定框架的顶端，第一小齿轮和第二小齿轮分别位于大齿轮的左右两侧并与大齿轮啮合，第一调节螺杆的一端设置在第一小齿轮上，第二调节螺杆的一端设置在第二小齿轮上，所述的第一间隙调节板和第二间隙调节板的左右两侧均开设有螺孔，第一调节螺杆和第二调节螺杆的上部穿过第一间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，第一调节螺杆和第二调节螺杆的下部穿过第二间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，第一调节螺杆和第二调节螺杆上部的螺纹和下部的螺纹旋转方向相反。

所述的大齿轮上还设有调节手柄。

本发明使用形状记忆合金弹簧替代线性弹簧，能够利用形状记忆合金刚度会随变形减小的特征，实现吸振结构固有频率的改变，增加吸振器起到吸振作用时的频带宽度，增强系统的抗干扰能力，并且利用形状记忆合金自身的滞后阻尼效应，使得形状记忆合金弹簧具备弹簧和阻尼器的双重作用，有效简化了吸振器的结构；本发明通过在固定框架与质量块之间设置限位装置，可在质量块位移过大时起到限位作用，保护吸振器本体结构，同时在质量块与限位块的碰撞过程中实现部分能量的转移和消耗，大大增强吸振器的减振效果。

更进一步地，本发明利用间隙调节装置改变吸振器质量块和限位块之间的碰撞间隙，能够满足不同主体结构的振动控制要求，对不同的结构对象产生良好的减振效果，扩大了吸振器的适用范围；本发明的间隙调节装置采用螺纹传动的方式实现间隙可调，使用方便，结构简单，性能可靠，易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，包括吸振器本体、限位装置和间隙调节装置。吸振器本体包括固定框架1、导柱2、第一弹簧3、第二弹簧4和质量块5，本实施例中的固定框架1为方形框架，导柱2的两端分别与固定框架1的顶端和底端固定连接，质量块5的中部开设有光孔，第一弹簧3、质量块5和第二弹簧4依次套设在导柱2上，质量块5的两端分别与第一弹簧3和第二弹簧4的一端固定连接，第一弹簧3和第二弹簧4的另一端分别与固定框架1的顶端和底端连接，形成质量弹簧共振系统。其中，第一弹簧3和第二弹簧4均采用形状记忆合金弹簧，有利于扩大吸振器起到吸振作用时的频带宽度，同时能够发挥阻尼器的作用，简化吸振器的主体结构。

本发明的间隙调节装置包括第一间隙调节板6、第二间隙调节板11、第一调节螺杆16、第二调节螺杆17、大齿轮18、第一小齿轮19、第二小齿轮20和调节手柄21。第一间隙调节板6和第二间隙调节板11的左右两侧均开设有螺孔，第一间隙调节板6位于质量块5和固定框架1的顶端之间，第一调节螺杆16和第二调节螺杆17的上部穿过第一间隙调节板6的螺孔与之螺纹连接，第二间隙调节板11位于质量块5和固定框架1的底端之间，第一调节螺杆16和第二调节螺杆17的下部穿过第二间隙调节板11的螺孔与之螺纹连接，第一调节螺杆16和第二调节螺杆17的上部和下部的螺纹旋向相反。大齿轮18通过轴承设置在固定框架1的上端，调节手柄21固定在大齿轮18上，第一小齿轮19和第二小齿轮20分别位于大齿轮18的左右两侧并与大齿轮18啮合，第一调节螺杆16的上端穿入第一小齿轮19的中心孔与之固定连接，第二调节螺杆17的上端穿入第二小齿轮20的中心孔与之固定连接。

本发明的限位装置包括上限位部和下限位部，上限位部设置在质量块5和间隙调节装置的第一间隙调节板6之间，包括第一限位块7、第一限位弹簧8和上限位阻尼器，上限位阻尼器包括第一限位阻尼器9和第二限位阻尼器10，第一限位弹簧8的一端与第一限位块7固定连接，第一限位弹簧8的另一端与第一间隙调节板6固定连接，第一限位阻尼器9和第二限位阻尼器10分别位于第一限位弹簧8的左右两侧，第一限位阻尼器9和第二限位阻尼器10的一端与第一限位块7固定连接，另一端与第一间隙调节板6固定连接，第一限位块7和质量块5之间有间隙δ。

下限位部设置在质量块5和间隙调节装置的第二间隙调节板11之间，包括第二限位块12、第二限位弹簧13和下限位阻尼器，下限位阻尼器包括第三限位阻尼器14和第四限位阻尼器15，第二限位弹簧13的一端与第二限位块12固定连接，第二限位弹簧13的另一端与第二间隙调节板11固定连接，第三限位阻尼器14和第四限位阻尼器15分别位于第二限位弹簧13的左右两侧，第三限位阻尼器14和第四限位阻尼器15的一端与第二限位块12固定连接，另一端与第二间隙调节板11固定连接，第二限位块12和质量块5之间有间隙δ。当需调整质量块5与第一限位块7和第二限位块12之间的间隙δ时，通过转动调节手柄21，可使大齿轮18带动第一小齿轮19和第二小齿轮20转动，进而使得第一调节螺杆16和第二调节螺杆17旋转，则第一间隙调节板6和第二间隙调节板11将沿相反方向做直线运动，实现质量块5与限位块之间的间隙调节。

在使用过程中，当吸振器本体的质量块5的振动幅度超过其与限位块之间的间隙δ时，将与限位块发生碰撞，能够防止第一弹簧3和第二弹簧4发生过度形变，进而实现对吸振器本体即质量弹簧共振系统的保护作用。同时，在质量块5与限位块发生碰撞的过程中能够消耗部分能量，并将部分能量转移到限位装置上，由限位阻尼器继续消耗部分能量，从而加强对主体结构的减振效果。

本发明的工作原理是：根据主体结构的频率设计质量块5的质量和形状记忆合金弹簧的线性刚度，使用该装置时，将固定框架1通过法兰、螺栓或直接焊接等固定方式设置在需要减振的主体结构上，当主体结构受到外激励作用时，吸振器发挥调谐作用，将作用在主体结构上的部分能量传递给吸振器本体，引起质量块5与形状记忆合金弹簧组成的子系统的振动，当振动位移不超过质量块5与限位块之间的间隙δ时，该装置为带有滞后阻尼的调谐质量阻尼器，当振动位移超过质量块5与限位块之间的间隙时，质量块5会与限位块产生碰撞，碰撞时可消耗部分能量，并将部分能量转移到由限位块5、限位弹簧和限位阻尼器组成的限位系统中，在此过程中由限位阻尼器消耗部分能量，从而实现主体结构的振动控制和对吸振器本体结构的保护。此外，通过转动调节手柄21，利用大齿轮18、小齿轮以及调节螺杆构成的间隙调节装置调整限位块的位置，从而实现质量块5与限位块间碰撞间隙的调整，能够满足不同的主体结构的振动控制要求。

Claims (3)

1.一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，其特征在于：包括吸振器本体和限位装置，所述的吸振器本体包括固定框架、第一弹簧、第二弹簧、质量块和导柱，所述的第一弹簧和第二弹簧均为形状记忆合金弹簧，所述的导柱的两端分别连接固定框架的顶端和底端，所述的质量块的中部开设有光孔，第一弹簧、质量块和第二弹簧依次套设在导柱上，质量块的两端分别与第一弹簧和第二弹簧的一端相连，第一弹簧和第二弹簧的另一端分别与固定框架的顶端和底端相连；所述的限位装置包括上限位部和下限位部，所述的上限位部位于固定框架的顶端和质量块之间，上限位部包括第一限位块、第一限位弹簧和上限位阻尼器，第一限位弹簧和上限位阻尼器的一端连接固定框架的顶端，第一限位弹簧和上限位阻尼器的另一端连接第一限位块，第一限位块与质量块之间有间隙，所述的下限位部位于固定框架的底端和质量块之间，下限位部包括第二限位块、第二限位弹簧和下限位阻尼器，第二限位弹簧和下限位阻尼器的一端连接固定框架的底端，第二限位弹簧和下限位阻尼器的另一端连接第二限位块，第二限位块和质量块之间有间隙；还包括间隙调节装置，所述的间隙调节装置包括第一间隙调节板、第二间隙调节板和调节螺纹杆，所述的第一间隙调节板和第二间隙调节板上设有螺孔，第一间隙调节板位于固定框架的顶端和第一限位弹簧之间，第一限位弹簧和上限位阻尼器的一端连接第一间隙调节板，第二间隙调节板位于固定框架的底端和第二限位弹簧之间，第二限位弹簧和下限位阻尼器的一端连接第二间隙调节板，调节螺纹杆的一端设置在固定框架上，调节螺纹杆的上部穿过第一间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，调节螺纹杆的下部穿过第二间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，调节螺纹杆上部和下部的螺纹旋转方向相反。

2.如权利要求1所述的一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，其特征在于：所述的间隙调节装置还包括大齿轮、第一小齿轮和第二小齿轮，所述的调节螺纹杆包括第一调节螺杆和第二调节螺杆，所述的大齿轮设置在固定框架的顶端，第一小齿轮和第二小齿轮分别位于大齿轮的左右两侧并与大齿轮啮合，第一调节螺杆的一端设置在第一小齿轮上，第二调节螺杆的一端设置在第二小齿轮上，所述的第一间隙调节板和第二间隙调节板的左右两侧均开设有螺孔，第一调节螺杆和第二调节螺杆的上部穿过第一间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，第一调节螺杆和第二调节螺杆的下部穿过第二间隙调节板的螺孔与其螺纹连接，第一调节螺杆和第二调节螺杆上部的螺纹和下部的螺纹旋转方向相反。

3.如权利要求2所述的一种含有碰撞阻尼耗能装置的形状记忆合金弹簧吸振器，其特征在于：所述的大齿轮上还设有调节手柄。