CN106855092A - 一种具有运动转换机构的动力吸振器及其动力吸振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有运动转换机构的动力吸振器及其动力吸振方法，其中动力吸振器包括丝杆、设置在丝杆两端上的压簧止挡板一和压簧止挡板二、内空外壳体、滚珠螺母、多个滚珠和质量块；滚珠螺母、滚珠和质量块均位于外壳体内腔中，滚珠螺母插入到质量块中心位置中且滚珠螺母与质量块固接，丝杆依次穿过外壳体一侧、滚珠螺母和外壳体另外一侧后连接在机械设备上，滚珠、丝杆和滚珠螺母之间形成滚珠丝杆副，压簧止挡板一和外壳体的一侧面之间以及压簧止挡板二和外壳体的另外一侧面之间分别设置有压簧一和压簧二且其均处于预压缩状态，质量块和外壳体一起能沿丝杆轴向来、回移动且质量块能做围绕丝杆轴向的圆周运动。本发明增加了等效质量。

Description

一种具有运动转换机构的动力吸振器及其动力吸振方法

技术领域

本发明涉及一种动力吸振器及其动力吸振方法，尤其涉及一种具有运动转换机构的动力吸振器及其动力吸振方法。

背景技术

当机械设备受到激励产生振动时，可以在该机械设备上附加一个辅助系统。当机械设备振动时，这个辅助系统也随之振动，利用辅助系统的动力作用，使其加到机械设备上的动力与激振力互相抵消，从而使得机械设备的振动得到抑制，这种振动控制技术叫做动力吸振器技术，所附加的辅助系统叫做动力吸振器。动力吸振器对于抑制稳定的单频振动和窄带振动非常有效，但动力吸振器在实际应用中也存在一些不足，其中，动力吸振器的一个不足之处在于其自身的质量相对较大。通常情况下，为了有效抑制原有系统的振动，需要增加动力吸振器的质量，增加的质量要达到原有系统质量的1/20——1/5，这样对于一些质量较大的振动系统来说，所要增加的质量是相当大的。在一些情况下，增加这样大的附加质量是不被允许的，尤其是在一些对轻量化要求较高的场合来说，更是难以接受的。

针对动力吸振器的这个不足，解决办法当然是要降低动力吸振器运动部件的质量，但直接降低动力吸振器运动部件的质量，意味着动力吸振器对原振动系统的控制力降低，减振效果会变差。

目前，可采用的技术方案是利用杠杆效应。杠杆效应是将动力吸振器的质量块安放在杠杆的长臂一端，而动力吸振器的弹簧则安装于杠杆的短臂一端。这样，通过杠杆的放大作用，将杠杆长臂一端的质量放大，从而使得短臂一端能够获得更大的等效质量，从而可以利用小质量块产生大质量块的效果。这种方法实现起来相对简单，只是需要较充裕的安装空间。如果在应用场合对安装空间的限制较为严格的话，这种具有杠杆效应的动力吸振器也不宜采用。

经过检索，暂时未发现与本申请相同或相近的专利文献。

综上，如何设计一种实际质量较小、而等效质量较大的动力吸振器同时又不需占用较大的安装空间，从而增强动力吸振器的工程适用性是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种具有运动转换机构的动力吸振器，其采用较小的质量通过运动转换机构实现了较大的等效质量，减轻了动力吸振器的重量且其自身占用空间相对较小，增强了动力吸振器的工程适用性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种具有运动转换机构的动力吸振器，所述动力吸振器包括设置在机械设备上的丝杆、分别设置在所述丝杆的两端上的压簧止挡板一和压簧止挡板二、内空的外壳体、滚珠螺母、多个滚珠和质量块；滚珠螺母、多个滚珠和质量块均位于外壳体的内腔中，在质量块的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块固接，丝杆依次穿过外壳体一侧的中心部、滚珠螺母和外壳体另外一侧的中心部后连接在机械设备上，多个滚珠设置在穿过滚珠螺母的丝杆和滚珠螺母之间使得滚珠螺母和丝杆之间形成滚珠丝杆副，在压簧止挡板一和外壳体的一侧面之间设置有压簧一，在压簧止挡板二和外壳体的另外一侧面之间设置有压簧二，压簧一和压簧二均处于预压缩状态，质量块和外壳体一起能沿丝杆轴向来、回移动且同时质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

优选的，在质量块的侧部和外壳体的内腔侧壁之间设置有向心球轴承，从而使得质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

优选的，在质量块的上端面和外壳体的内腔上壁之间设置有推力轴承一，在质量块的下端面和外壳体的内腔下壁之间设置有推力轴承二，从而使得质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

优选的，所述质量块包括质量块一和质量块二，质量块一和质量块二之间留有间隙，质量块二位于靠近丝杆一侧，质量块一位于远离丝杆一侧，质量块一和质量块二之间通过腹板连接成一体，在质量块二的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块二中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块二固接，质量块二在沿丝杆径向上的厚度小于质量块一在沿丝杆径向上的厚度。

优选的，所述质量块一是中空的，在质量块一的空腔中设置有液体。

优选的，在质量块的侧部上设置有永磁体，外壳体采用导电金属制成，永磁体和外壳体内腔的侧壁之间留有间隙。

本发明还公开一种动力吸振方法，所述动力吸振方法是在工作时，将动力吸振器中质量块沿轴向的上、下直线运动状态转换成质量块在做沿轴向的上、下直线运动的同时质量块还做围绕轴向的圆周运动的复合运动状态，从而利用质量块的圆周运动获得比直线运动时的直线惯性力更大的圆周惯性力，从而增加整个动力吸振器的等效质量。

优选的，所述动力吸振器还包括设置在机械设备上的丝杆、分别设置在所述丝杆的两端上的压簧止挡板一和压簧止挡板二、内空的外壳体、滚珠螺母和多个滚珠；滚珠螺母、多个滚珠和质量块均位于外壳体的内腔中，在质量块的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块固接，丝杆依次穿过外壳体一侧的中心部、滚珠螺母和外壳体另外一侧的中心部后连接在机械设备上，多个滚珠设置在穿过滚珠螺母的丝杆和滚珠螺母之间使得滚珠螺母和丝杆之间形成滚珠丝杆副，在压簧止挡板一和外壳体的一侧面之间设置有压簧一，在压簧止挡板二和外壳体的另外一侧面之间设置有压簧二，压簧一和压簧二均处于预压缩状态，质量块和外壳体一起能沿丝杆轴向来、回移动且同时质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

优选的，将所述质量块分割成质量块一和质量块二，再将质量块一和质量块二之间通过腹板连成一体，质量块二靠近丝杆，质量块一远离丝杆，在质量块二的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块二中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块二固接，质量块二在沿丝杆径向上的厚度小于质量块一在沿丝杆径向上的厚度。

优选的，在质量块一的内部设置空腔，往质量块一的空腔中设置液体。

本发明的有益效果在于：本发明通过设计，使得质量块在做沿轴向的直线运动的同时也做围绕轴向的圆周旋转运动，利用质量块旋转起来的惯性力矩获得比直线运动时的惯性力矩更大的惯性作用从而增大了等效质量，因此，本实施例采用较小的质量通过运动转换机构实现了较大的等效质量，减轻了动力吸振器的重量且其自身占用空间相对较小，增强了动力吸振器的工程适用性。将质量块设计成侧部质量较大，内部质量较小的轮毂结构或是在质量块侧部设置空腔，往空腔中加入液体，从而将质量集中在质量块的外部边缘，会使得同样质量的质量块的转动惯量更大或者使同样转动惯量的圆盘质量块的质量更小，更有利于动力吸振器的轻量化。在质量块的外侧部上设置永磁体，在工作过程中，当质量块做圆周运动时，通过永磁体和金属外壳体之间的相对运动产生了磁阻尼，这样拓宽了动力吸振器的吸振频带，降低了动力吸振器的频率敏感度，即使被减振机械设备的激振频率发生一定程度的偏移，动力吸振器还能够产生良好的吸振效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中动力吸振器的结构示意图；

图2为图1中位于滚珠螺母处的局部结构示意图；

图3为本发明实施例2中动力吸振器的结构示意图；

图4为本发明实施例3中动力吸振器的结构示意图；

图5为本发明实施例4中动力吸振器的结构示意图；

图6为本发明实施例5中动力吸振器的结构示意图；

图中：1. 机械设备，2. 丝杆，3. 压簧止挡板一，4. 压簧止挡板二，5. 外壳体，6. 滚珠螺母，7. 滚珠，8. 质量块，811. 质量块一，812. 质量块二，813. 腹板，9. 压簧一，10. 压簧二，11. 推力轴承一，12. 推力轴承二，13. 安装螺杆，14. 向心球轴承，15. 永磁体，16. 液体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例1：如图1和图2所示，一种具有运动转换机构的动力吸振器，所述动力吸振器包括设置在机械设备1上的丝杆2、分别设置在所述丝杆2的两端上的压簧止挡板一3和压簧止挡板二4、内空的外壳体5、滚珠螺母6、多个滚珠7和质量块8；滚珠螺母6、多个滚珠7和质量块8均位于外壳体5的内腔中，在质量块8的中心位置上开有通孔，滚珠螺母6插入到质量块8中心位置上的通孔中且滚珠螺母6与质量块8固接，丝杆2依次穿过外壳体5一侧的中心部、滚珠螺母6和外壳体5另外一侧的中心部后连接在机械设备1上，多个滚珠7设置在穿过滚珠螺母的丝杆2和滚珠螺母6之间使得滚珠螺母6和丝杆2之间形成滚珠丝杆副，在压簧止挡板一3和外壳体5的一侧面之间设置有压簧一9，在压簧止挡板二4和外壳体5的另外一侧面之间设置有压簧二10，压簧一9和压簧二10均处于预压缩状态，质量块8和外壳体5一起能沿丝杆2轴向来、回移动且同时质量块8能相对于外壳体5做围绕丝杆2轴向的圆周运动。在安装前，通过合理地匹配两个压簧的刚度和质量块的转动惯量，来将动力吸振器的固有频率设计成与机械设备的激励频率相同，然后将动力吸振器中的丝杠固接在机械设备上，当机械设备剧烈振动时，通过耦合作用，部分振动能量传递给本实施例，由质量块8、外壳体5和两个压簧组成质量-弹簧振动系统，在振动能量的激励下质量块8和外壳体5一起做沿着丝杠2轴向的上、下振动，由于滚珠丝杆副具有运动转换作用，使得质量块8在做直线运动的同时也做围绕轴向的圆周旋转运动，通过设计合理的质量块8能具有很大的转动惯量，其旋转起来的惯性力矩可以比直线运动时的惯性力矩产生更大的惯性作用，这对于质量-弹簧系统来说，相当于增大了等效质量，而通过等效质量的增加，提高了动力吸振器的减振效果，在较小的动力吸振器质量的情况下可以得到更好的减振效果，即对动力吸振器的轻量化是一个很好的方法。因此，本实施例采用较小的质量通过运动转换机构实现了较大的等效质量，减轻了动力吸振器的重量且其自身占用空间相对较小，增强了动力吸振器的工程适用性。质量块8为圆形，也可以是其他形状，质量块8可采用钢、铜等金属材料制成，质量块8做围绕轴向的圆周旋转运动时，会随着上、下运动先朝一个方向旋转一定的角度，然后再朝相反的方向旋转一定的角度，如此交替进行。

在质量块8的上端面和外壳体5的内腔上壁之间设置有推力轴承一11，在质量块8的下端面和外壳体5的内腔下壁之间设置有推力轴承二12，从而使得质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。这样能保证质量块相对于外壳体平稳的做圆周运动。

在所述压簧止挡板二4上还固接有安装螺杆13。当安装时，可直接通过安装螺杆13将本实施例拧紧在机械设备1上的安装螺纹孔中，从而使得本实施例能方便快捷的连接到机械设备上，提高了本实施例的安装效率。在这里，也可以将安装螺杆13设置在压簧止挡板二4上，在这里，还可以在压簧止挡板一3和压簧止挡板二4上都设置安装螺杆13。

如图1和图2所示，本实施例还公开一种动力吸振方法，所述动力吸振方法是在工作时，将动力吸振器中质量块8沿轴向的上、下直线运动状态转换成质量块8在做沿轴向的上、下直线运动的同时质量块8还做围绕轴向的圆周运动的复合运动状态，从而利用质量块8的圆周运动获得比直线运动时的直线惯性力更大的圆周惯性力，从而增加整个动力吸振器的等效质量。

实施例2：如图3所示，与实施例1相比，不同之处在于：在质量块8的侧部和外壳体5的内腔侧壁之间设置有向心球轴承14，从而使得质量块8能相对于外壳体5做围绕丝杆轴向的圆周运动。这种结构只采用一个轴承即可，在满足支承功能要求的前提下，可以进一步降低吸振器的质量，更有利于轻量化。

实施例3：如图4所示，与实施例1相比，不同之处在于：所述质量块8包括质量块一811和质量块二812，质量块一811和质量块二812之间留有间隙，质量块二812位于靠近丝杆一侧，质量块一811位于远离丝杆一侧，质量块一811和质量块二812之间通过腹板813连接成一体，在质量块二812的中心位置上开有通孔，滚珠螺母6插入到质量块二812中心位置上的通孔中且滚珠螺母6与质量块二812固接，质量块二812在沿丝杆2径向上的厚度小于质量块一811在沿丝杆2径向上的厚度。质量块一811和质量块二812均为圆环状，质量块8的轴向截面形状为H型，质量块一811、质量块二812和腹板813是一体的，在本实施例中，将质量块设计成圆盘形的轮毂结构，即将质量大部分集中在质量块的外部边缘上，质量块的中间部分为相对较薄的腹板，腹板连接外部圆环状质量块一和内部圆环状质量块二。这样的结构将质量集中在圆盘质量块的外部边缘，会使得同样质量的质量块的转动惯量更大或者使同样转动惯量的圆盘质量块的质量更小，更有利于动力吸振器的轻量化。

实施例4：如图5所示，与实施例1相比，不同之处在于：在质量块8的侧部上设置有永磁体15，外壳体5采用导电金属制成，永磁体15和外壳体5内腔的侧壁之间留有间隙。在本实施例中，永磁体15设置有多块。多块永磁体15沿周向依次设置在质量块8的侧部上。在工作过程中，当质量块做圆周运动时，通过永磁体和金属外壳体之间的相对运动产生了磁阻尼，这样拓宽了动力吸振器的吸振频带，降低了动力吸振器的频率敏感度，即使被减振机械设备的激振频率发生一定程度的偏移，动力吸振器还能够产生良好的吸振效果。

实施例5：如图6所示，与实施例1相比，不同之处在于：所述质量块一811是中空的，在质量块一811的空腔中设置有液体16。优选的，液体16采用高密度液体，如汞等。加入液体16时，液体16最好不要加满整个空腔，而是留有一定的空间。这样，当质量块8做圆周运动时，在向心力的作用下，能使得大部分液体16聚积在靠近质量块8的外部一侧，从而也能将质量集中在圆盘质量块的外部边缘，会使得同样质量的质量块的转动惯量更大，或者使同样转动惯量的圆盘质量块的质量更小，更有利于动力吸振器的轻量化。另外，优选采用液态金属汞，是因为液态金属汞的密度比常用的金属材料（如钢、铜等）大得多，同体积的汞能产生更大的质量效应，此外，汞在常温下呈现液态，将其注入到旋转部件的空腔中，可在空腔中自由流动，当旋转部件旋转时，在离心力作用下，液态金属汞在空腔中远离旋转轴即丝杆轴线位置，从而使旋转部件具有更大的转动惯量，即相当于增加了动力吸振器的等效质量。

综上，本发明通过设计，使得质量块在做沿轴向的直线运动的同时也做围绕轴向的圆周旋转运动，利用质量块旋转起来的惯性力矩获得比直线运动时的惯性力矩更大的惯性作用从而增大了等效质量，因此，本实施例采用较小的质量通过运动转换机构实现了较大的等效质量，减轻了动力吸振器的重量且其自身占用空间相对较小，增强了动力吸振器的工程适用性。将质量块设计成侧部质量较大，内部质量较小的轮毂结构或是在质量块侧部设置空腔，往空腔中加入液体，从而将质量集中在质量块的外部边缘，会使得同样质量的质量块的转动惯量更大或者使同样转动惯量的圆盘质量块的质量更小，更有利于动力吸振器的轻量化。在质量块的外侧部上设置永磁体，在工作过程中，当质量块做圆周运动时，通过永磁体和金属外壳体之间的相对运动产生了磁阻尼，这样拓宽了动力吸振器的吸振频带，降低了动力吸振器的频率敏感度，即使被减振机械设备的激振频率发生一定程度的偏移，动力吸振器还能够产生良好的吸振效果。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种具有运动转换机构的动力吸振器，其特征在于：所述动力吸振器包括设置在机械设备上的丝杆、分别设置在所述丝杆的两端上的压簧止挡板一和压簧止挡板二、内空的外壳体、滚珠螺母、多个滚珠和质量块；滚珠螺母、多个滚珠和质量块均位于外壳体的内腔中，在质量块的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块固接，丝杆依次穿过外壳体一侧的中心部、滚珠螺母和外壳体另外一侧的中心部后连接在机械设备上，多个滚珠设置在穿过滚珠螺母的丝杆和滚珠螺母之间使得滚珠螺母和丝杆之间形成滚珠丝杆副，在压簧止挡板一和外壳体的一侧面之间设置有压簧一，在压簧止挡板二和外壳体的另外一侧面之间设置有压簧二，压簧一和压簧二均处于预压缩状态，质量块和外壳体一起能沿丝杆轴向来、回移动且同时质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

2.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于：在质量块的侧部和外壳体的内腔侧壁之间设置有向心球轴承，从而使得质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

3.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于：在质量块的上端面和外壳体的内腔上壁之间设置有推力轴承一，在质量块的下端面和外壳体的内腔下壁之间设置有推力轴承二，从而使得质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

4.根据权利要求2或3所述的动力吸振器，其特征在于：所述质量块包括质量块一和质量块二，质量块一和质量块二之间留有间隙，质量块二位于靠近丝杆一侧，质量块一位于远离丝杆一侧，质量块一和质量块二之间通过腹板连接成一体，在质量块二的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块二中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块二固接，质量块二在沿丝杆径向上的厚度小于质量块一在沿丝杆径向上的厚度。

5.根据权利要求4所述的动力吸振器，其特征在于：所述质量块一是中空的，在质量块一的空腔中设置有液体。

6.根据权利要求2或3所述的动力吸振器，其特征在于：在质量块的侧部上设置有永磁体，外壳体采用导电金属制成，永磁体和外壳体内腔的侧壁之间留有间隙。

7.一种动力吸振方法，其特征在于：所述动力吸振方法是在工作时，将动力吸振器中质量块沿轴向的上、下直线运动状态转换成质量块在做沿轴向的上、下直线运动的同时质量块还做围绕轴向的圆周运动的复合运动状态，从而利用质量块的圆周运动获得比直线运动时的直线惯性力更大的圆周惯性力，从而增加整个动力吸振器的等效质量。

8.根据权利要求7所述的动力吸振方法，其特征在于：所述动力吸振器还包括设置在机械设备上的丝杆、分别设置在所述丝杆的两端上的压簧止挡板一和压簧止挡板二、内空的外壳体、滚珠螺母和多个滚珠；滚珠螺母、多个滚珠和质量块均位于外壳体的内腔中，在质量块的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块固接，丝杆依次穿过外壳体一侧的中心部、滚珠螺母和外壳体另外一侧的中心部后连接在机械设备上，多个滚珠设置在穿过滚珠螺母的丝杆和滚珠螺母之间使得滚珠螺母和丝杆之间形成滚珠丝杆副，在压簧止挡板一和外壳体的一侧面之间设置有压簧一，在压簧止挡板二和外壳体的另外一侧面之间设置有压簧二，压簧一和压簧二均处于预压缩状态，质量块和外壳体一起能沿丝杆轴向来、回移动且同时质量块能相对于外壳体做围绕丝杆轴向的圆周运动。

9.根据权利要求7所述的动力吸振方法，其特征在于：将所述质量块分割成质量块一和质量块二，再将质量块一和质量块二之间通过腹板连成一体，质量块二靠近丝杆，质量块一远离丝杆，在质量块二的中心位置上开有通孔，滚珠螺母插入到质量块二中心位置上的通孔中且滚珠螺母与质量块二固接，质量块二在沿丝杆径向上的厚度小于质量块一在沿丝杆径向上的厚度。

10.根据权利要求9所述的动力吸振方法，其特征在于：在质量块一的内部设置空腔，往质量块一的空腔中设置液体。