CN107165974B - 电磁颗粒阻尼隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁颗粒阻尼隔振装置，具体的属于隔振装置技术领域。该隔振装置包括颗粒阻尼装置和电磁阻尼装置，既能产生颗粒阻尼效应，又能产生电磁阻尼效应，减振效果好，减振效果易控制，同时该装置结构简单，制造成本低。

Description

电磁颗粒阻尼隔振装置

技术领域

本发明涉及隔振装置技术领域，具体地涉及一种电磁颗粒阻尼隔振装置。

背景技术

机械装置在工作过程中通常会产生振动，当振动过大时，振动力一方面会作用于机械装置本身，影响机械装置自身的平稳运转；另一方面会作用于地面基础，影响地基的使用寿命和周围的工作环境。传统的弹簧阻尼双层隔振系统阻尼效果差，隔振效果低；橡胶阻尼双层隔振系统固有频率较高，隔振效果不明显；而弹簧-液压阻尼双层隔振系统虽能起到较好的隔振效果，但制造复杂，液压阻尼器需经常保养维护；现代化阻尼器如：气压阻尼器和滑轨阻尼器与双层隔振系统的结合都存在造价过高、制造复杂和精度要求高等缺点。

中国新型专利(授权公告号：CN200949633Y，授权公告日：2007-9-19)公布了可调质量比双层隔振装置，该装置的优点是改变双层隔振装置在实际应用中的隔振特性参数固定不变、难以调整的问题，通过对中间质量块的质量进行动态调整，来改变其振动的固有频率，减少了工作的误差，使隔振装置的隔振特性调整到最佳工作状态，从而提高装置的适用范围；缺点是存在颗粒与结构间的摩擦碰撞能量损耗过少的问题，减振效果不明显。

中国发明专利申请(申请公布号：CN106286665A，申请公布日：2017-01-04)公开了可调式非线性双层隔振装置，该装置的优点是能显著提高减振效果，缺点是需要运用控制电路给线圈磁铁供电，结构复杂，制造困难，成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种电磁颗粒阻尼隔振装置，该装置既能产生颗粒阻尼效应，又能产生电磁阻尼效应，减振效果好，减振效果易控制，同时该装置结构简单，制造成本低。

为实现上述目的，本发明公开了一种电磁颗粒阻尼隔振装置，包括平行设置的上层基板和下层基板，所述上层基板和下层基板之间设有隔振体，所述隔振体包括方形隔振块，所述隔振块与上层基板和下层基板在竖直方向保持平行，所述隔振块与上层基板之间设有若干根第一减震弹簧，所述隔振块与下层基板之间也设有若干根第二减震弹簧，所述隔振块相对的两个侧面上均匀开有若干个孔径相同的容纳通孔，每个所述容纳通孔内均填充有颗粒阻尼物，每个所述容纳通孔的两端均与螺塞通过螺纹连接；所述隔振块的两端侧面上分别对称连接有若干个导板，隔振块的同一端侧面上的每相邻两个导板之间设有一个磁体，每个所述磁体的一端竖直连接下层基板的一端，每相邻的两个磁体为异极磁体，沿隔振块对称的每两个磁体也为异极磁体。

进一步地，每个所述螺塞的螺纹段长度为容纳通孔总长度的5％、10％、15％或20％中的一种。

再进一步地，每个所述容纳通孔内填充的颗粒阻尼物的总容积为每个容纳通孔体积的30～85％，所有容纳通孔的总容积为隔振块体积的50～75％。

更进一步地，所述颗粒阻尼物均为体积相同的球体，球体的平均直径为0.2～5mm，球体为刚性球体、铅制球体、铜制球体或铝制球体中的一种。

更进一步地，所述隔振块相对的两个侧面上开有n排m列容纳通孔，其中，n和m满足如下数学关系式：n≤m，n和m均为1～10之间的自然数。

更进一步地，每个所述第一减震弹簧的一端连接上层基板的下端面，每个所述第一减震弹簧的另一端连接隔振块的上端面；每个所述第二减震弹簧的一端连接隔振块的下端面，每个所述第二减震弹簧的另一端连接下层基板的上端面，所述第一减震弹簧与第二减震弹簧沿隔振块对称分布，所述第一减震弹簧和第二减震弹簧均为4～16根，所述第一减震弹簧和第二减震弹簧在自然状态下的长度为隔振块高度的60～80％。

更进一步地，所述上层基板与隔振块在水平面上的投影重合，所述下层基板在水平面上的投影面积大于上层基板在水平面上的投影面积。

更进一步地，所述导板的数量为a，磁体的个数为b，a和b满足如下数学关系式：

b＝a+1，a为1～10之间的自然数。

更进一步地，所述导板的长度为隔振块长度的50％～100％，所述导板的宽度为隔振块宽度的5％～35％，所述导板的高度为隔振块高度的100％，所述导板为铜制导板、铝制导板或铝合金导板中的一种。

更进一步地，所述磁体的长度为隔振块长度的20％～65％，所述磁体的宽度为隔振块宽度的5％～35％，所述磁体的高度为隔振块高度的180％～300％。

有益效果：

1、本发明的隔振装置包括颗粒阻尼隔振装置和电磁阻尼隔振装置，隔振效果好；

2、本发明隔振装置的容纳通孔内的颗粒阻尼物的粒径及填充率可调，导板的数量，导板的大小，导板之间的间距也可调，因此本发明隔振装置的隔振效果容易调控，可应用到各种不同的机械装置中；

3、本发明的隔振装置结构简单，制造成本低，便于实现工业化。

附图说明

图1为本发明电磁颗粒阻尼隔振装置的正视图；

图2为图1的隔振块的局部剖视图；

图3为图1的俯视图；

图4、图5均为实施例的效果测试图；

上述图中各部件的标号如下所示：

上层基板1、下层基板2、隔振体3(其中：隔振块3.1、容纳通孔3.2、螺塞3.21、颗粒阻尼物3.22、导板3.3、磁体3.4)、第一减震弹簧4.1、第二减震弹簧4.2。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例及附图进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图1所示，本发明公开了一种电磁颗粒阻尼隔振装置，该装置包括平行设置的上层基板1和下层基板2，在所述上层基板1和下层基板2之间设有隔振体3，所述隔振体3优选电磁颗粒隔振体，所述电磁颗粒隔振体包括方形隔振块3.1，且隔振块3.1的材质由优选为金属材质，所述隔振块3.1与上层基板1和下层基板2在竖直方向保持平行，结合图3可知，所述上层基板1与隔振块3.1在水平面上的投影重合，所述下层基板2在水平面上的投影面积大于上层基板1在水平面上的投影面积，所述隔振块3.1与上层基板1之间设有若干根第一减震弹簧4.1，所述隔振块3.1与下层基板2之间设有若干根第二减震弹簧4.2，每个所述第一减震弹簧4.1的一端连接上层基板1的下端面，每个所述第一减震弹簧4.1的另一端连接隔振块3.1的上端面；每个所述第二减震弹簧4.2的一端连接隔振块3.1的下端面，每个所述第二减震弹簧4.2的另一端连接下层基板2的上端面，所述第一减震弹簧4.1与第二减震弹簧4.2沿隔振块3.1对称分布，所述第一减震弹簧4.1和第二减震弹簧4.2均为4～16根，所述第一减震弹簧4.1和第二减震弹簧4.2在自然状态下的长度为隔振块3.1高度的60～80％，且第一减震弹簧4.1和第二减震弹簧4.2均优选焊接的固定方式。

再次结合图2可知，所述隔振块3.1相对的两个侧面上均匀开有n排m列个孔径相同的容纳通孔3.2，其中，n和m满足如下数学关系式：n≤m，n和m均为1～10之间的自然数；在每个所述容纳通孔3.2内填充有颗粒阻尼物3.22，所述颗粒阻尼物3.22均为体积相同的球体，球体的平均直径为0.2～5mm，球体为刚性球体、铅制球体、铜制球体或铝制球体中的一种，在每个所述容纳通孔3.2的两端均与螺塞3.21通过螺纹连接；每个所述螺塞3.21的螺纹段长度为容纳通孔3.2总长度的5％、10％、15％或20％中的一种，其中，每个容纳通孔3.2内部均开有螺纹段，螺纹段的长度为容纳通孔3.2总长度的20％，同时每个所述容纳通孔3.2内填充的颗粒阻尼物3.22的总容积为每个容纳通孔3.2体积的30～85％，所有容纳通孔3.2的总容积为隔振块3.1体积的50～75％。

结合图1可知，所述隔振块3.1的两端侧面上分别对称连接有若干个导板3.3，隔振块3.1的同一端侧面上的每相邻两个导板3.3之间设有一个磁体3.4，每个所述磁体3.4的一端竖直连接下层基板2的一端，隔振块3.1的同一端侧面上的每相邻的两个磁体3.4为异极磁体，保证了导板3.3在固定磁场中运动时，导板3.3内产生感应电流，此电流在导板3.3内闭合，发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应；沿隔振块3.1对称分布的每两个磁体3.4也为异极磁体，因此也保证了隔振块3.1在固定磁场内运动时，隔振块3.1内产生感应电流，该电流在隔振块3.1内闭合，也发生电涡流效应将机械能转化为电能和热能，产生电磁阻尼效应。

所述导板3.3的数量为a，磁体3.4的个数为b，a和b满足如下数学关系式：

b＝a+1，a为1～10之间的自然数。

所述导板3.3的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的50％～100％、5％～35％和100％，所述导板3.3的材质为铜制导板、铝制导板或铝合金导板中的一种；所述磁体3.4的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的20％～65％、5％～35％和180％～300％，所述磁体3.4优选为永磁磁铁。

工作原理：

1、本发明的隔振块中的容纳通孔的两端通过螺纹与螺塞固定连接，螺塞与容纳通孔的深入程度决定了上层基板和电磁颗粒隔振体的质量比，而质量比又影响固有频率，通过改变该装置的固有频率来达到提高减振效果的目的；

2、容纳通孔中填充有颗粒阻尼物，当上层基板或下层基板受到外界振动力输入时，振动力会通过减振弹簧传递到电磁颗粒隔振体，使电磁颗粒隔振体振动损耗机械振动的能量而且还会带动颗粒阻尼物产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生颗粒阻尼效应；

3、导板或隔振块在固定磁场中运动时，根据法拉第电磁感应定律，导板内或隔振块内产生感应电流，此电流在导板内闭合或在隔振块内闭合，发生电涡流效应将机械能转换为电能和热能，产生电磁阻尼效应。

实施例1

本实施例优选第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2均为6根，所述第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2在自然状态下的长度为隔振块3.1高度的65～75％；

本实施例优选隔振块3.1为长方体，在长方体的相对的两个侧面上均匀开有2排3列孔径相同的容纳通孔3.2，在每个容纳通孔3.2内填充体积相同的颗粒阻尼物3.22，且颗粒阻尼物3.22的形状优选为球体，球体的平均直径为1～3mm，球体的材质优选为刚性体；同时，每个容纳通孔3.2内填充的颗粒阻尼物3.22的总容积为每个容纳通孔3.2容积的45～70％，所有容纳通孔3.2的总容积为隔振块3.1体积的55～70％；

本实施例优选螺塞4的螺纹段长度为容纳孔长度的10％；

本实施例所述导板3.3的数量为a，磁体3.4的个数为b，a和b满足如下数学关系式：b＝a+1，a为1～3的自然数，所述导板3.3的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的50％～65％、5％～15％和100％，所述导板3.3的材质为铜；所述磁体3.4的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的20％～35％、5％～15％和180％～220％，所述磁体3.4优选为永磁磁铁。

实施例2

本实施例优选第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2均为4～5根，所述第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2在自然状态下的长度为隔振块3.1高度的60～70％；

本实施例优选隔振块3.1为长方体，在长方体的相对的两个侧面上均匀开有1排2列孔径相同的容纳通孔3.2，在每个容纳通孔3.2内填充体积相同的颗粒阻尼物3.22，且颗粒阻尼物3.22的形状优选为球体，球体的平均直径为0.2～1mm，球体的材质优选为铅制体；同时，每个容纳通孔3.2内填充的颗粒阻尼物3.22的总容积为每个容纳通孔3.2容积的30～55％，所有容纳通孔3.2的总容积为隔振块3.1体积的50～65％；

本实施例优选螺塞4的螺纹段长度为容纳孔长度的5％；

本实施例所述导板3.3的数量为a，磁体3.4的个数为b，a和b满足如下数学关系式：b＝a+1，a为1～3的自然数，所述导板3.3的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的65％～80％、15％～25％和100％，所述导板3.3的材质为铜；所述磁体3.4的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的35％～50％、15％～25％和220％～260％，所述磁体3.4优选为永磁磁铁。

实施例3

本实施例优选第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2均为7～16根，所述第一减振弹簧4.1和第二减振弹簧4.2在自然状态下的长度为隔振块3.1高度的70～80％；

本实施例优选隔振块3.1为长方体，在长方体的相对的两个侧面上均匀开有3～10排4～10列孔径相同的容纳通孔3.2，在每个容纳通孔3.2内填充体积相同的颗粒阻尼物3.22，且颗粒阻尼物3.22的形状优选为球体，球体的平均直径为3～5mm，球体的材质优选为铜制体；同时，每个容纳通孔3.2内填充的颗粒阻尼物3.22的总容积为每个容纳通孔3.2容积的60～85％，所有容纳通孔3.2的总容积为隔振块3.1体积的50～75％；

本实施例优选螺塞4的螺纹段长度为容纳孔长度的15％或20％；

本实施例所述导板3.3的数量为a，磁体3.4的个数为b，a和b满足如下数学关系式：b＝a+1，a为1～3的自然数，所述导板3.3的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的80％～100％、25％～35％和100％，所述导板3.3的材质为铝合金；所述磁体3.4的长度、宽度和高度分别为隔振块3.1的长度、宽度和高度的50％～65％、25％～35％和260～300％，所述磁体3.4优选为永磁磁铁。

试验测试：

采用比利时LMS公司的振动分析测试系统对上述实施例1的电磁颗粒阻尼隔振装置进行测试，其中电磁颗粒阻尼隔振装置的相关结构件的具体尺寸数据如表1所示：

表1

本次测试中主要使用振动分析测试系统的MIMO FRF Testing和MIMO Sweep&Stepped Sine Testing两个模块，一个加速度传感器，一个带力传感器的阻抗头，放大器为南京佛能科技实业有限公司的HEA-200C功率放大器，激振器为南京航空航天大学振动工程研究所研制的HEV-200激振器,激励信号通过功率放大器放大后输入到激振器中，通过激振杆和激振头施加于系统的下层基板。加速度传感器测量系统上层基板的加速度响应。实验过程中主要使用了两个通道，分别输入上层基板的加速度信号和下层基板的力信号。测试结果如图4和图5，及表2和表3所示；

表2普通隔振装置阻尼比变化

表3电磁阻尼隔振装置阻尼比变化

由图1和图2，表2和表3可知，当激励电压较小时，普通隔振装置的阻尼比与电磁颗粒阻尼隔振装置相差不大，但随着激励电压的提高，前者的阻尼比增加较快，当激励电压达到2.9V时，两个装置的阻尼比均达到最大值，且阻尼比的差值也达到了最大值，说明此时电磁颗粒阻尼在装置中已发挥出最大的效果。即2.9V时，装置中的电磁颗粒阻尼已经充分发生作用。当电压增加到3.3V时，两个装置的阻尼比均出现了下降的趋势。观察实验装置，发现装置出现了一定的横向摆动，由此可知电压达到一定值时，装置的横向运动导致弹簧不能完全发挥隔振效能，进而导致阻尼比的下降。

观察二阶共振峰阻尼比，普通隔振装置在激励电压从0.1V到1.3V增加的过程中，装置的阻尼比变化不大，说明普通隔振装置对微小激励作用不明显，起不到明显的隔振效果。而电磁颗粒阻尼隔振装置在0.5V电压激励下，阻尼比达到0.327％，已经具有明显的隔振效果，故加入颗粒阻尼和电磁阻尼可显著的增加隔振装置的隔振频带，尤其对微小振动，具有良好的隔振效果。

因此，加入电磁颗粒阻尼后的隔振装置的一阶和二阶共振峰阻尼比均较大幅度的增加，1、两种装置阻尼比的最大差值出现在激励电压2.9V时，一阶共振峰阻尼比由1.9％增加到2.602％，差值达到了0.702％。2、两种装置阻尼比的最大增大率出现在激励电压0.1V时，一阶共振峰阻尼比由0.154％增加到0.587％，增大率达到了381％。说明了加入电磁颗粒阻尼后的装置大大提高了其减振效果。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁颗粒阻尼隔振装置，包括平行设置的上层基板（1）和下层基板（2），所述上层基板（1）和下层基板（2）之间设有隔振体（3），其特征在于：所述隔振体（3）包括方形隔振块（3.1），所述隔振块（3.1）与上层基板（1）和下层基板（2）在竖直方向保持平行，所述隔振块（3.1）与上层基板（1）之间设有若干根第一减震弹簧（4.1），所述隔振块（3.1）与下层基板（2）之间设有若干根第二减震弹簧（4.2），所述隔振块（3.1）相对的两个侧面上均匀开有若干个孔径相同的容纳通孔（3.2），每个所述容纳通孔（3.2）内均填充有颗粒阻尼物（3.22），每个所述容纳通孔（3.2）的两端均与螺塞（3.21）通过螺纹连接；所述隔振块（3.1）的两端侧面上分别对称连接有若干个导板（3.3），隔振块（3.1）的同一端侧面上的每相邻两个导板（3.3）之间设有一个磁体（3.4），每个所述磁体（3.4）的一端竖直连接下层基板（2）的一端，每相邻的两个磁体（3.4）为异极磁体，沿隔振块（3.1）对称的每两个磁体（3.4）也为异极磁体。

2.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：每个所述螺塞（3.21）的螺纹段长度为容纳通孔（3.2）总长度的5%、10%、15%或20%中的一种。

3.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：每个所述容纳通孔（3.2）内填充的颗粒阻尼物（3.22）的总容积为每个容纳通孔（3.2）体积的30~85%，所有容纳通孔（3.2）的总容积为隔振块（3.1）体积的50~75%。

4.根据权利要求1或2或3所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述颗粒阻尼物（3.22）均为体积相同的球体，球体的平均直径为0.2～5mm，球体为铅制球体、铜制球体或铝制球体中的一种。

5.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述隔振块（3.1）相对的两个侧面上开有n排m列容纳通孔（3.2），其中，n和m满足如下数学关系式：n≤m，n和m均为1~10之间的自然数。

6.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：每个所述第一减震弹簧（4.1）的一端连接上层基板（1）的下端面，每个所述第一减震弹簧（4.1）的另一端连接隔振块（3.1）的上端面；每个所述第二减震弹簧（4.2）的一端连接隔振块（3.1）的下端面，每个所述第二减震弹簧（4.2）的另一端连接下层基板（2）的上端面，所述第一减震弹簧（4.1）与第二减震弹簧（4.2）沿隔振块（3.1）对称分布，所述第一减震弹簧（4.1）和第二减震弹簧（4.2）均为4~16根，所述第一减震弹簧（4.1）和第二减震弹簧（4.2）在自然状态下的长度为隔振块（3.1）高度的60~80%。

7.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述上层基板（1）与隔振块（3.1）在水平面上的投影重合，所述下层基板（2）在水平面上的投影面积大于上层基板（1）在水平面上的投影面积。

8.根据权利要求1所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述导板（3.3）的数量为a，磁体（3.4）的个数为b，a和b满足如下数学关系式：

b=a+1，a为1~10之间的自然数。

9.根据权利要求1或8所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述导板（3.3）的长度为隔振块（3.1）长度的50%~100%，所述导板（3.3）的宽度为隔振块（3.1）宽度的5%~35%，所述导板（3.3）的高度为隔振块（3.1）高度的100%，所述导板（3.3）为铜制导板、铝制导板或铝合金导板中的一种。

10.根据权利要求1或8所述的电磁颗粒阻尼隔振装置，其特征在于：所述磁体（3.4）的长度为隔振块（3.1）长度的20%~65%，所述磁体（3.4）的宽度为隔振块（3.1）宽度的5%~35%，所述磁体（3.4）的高度为隔振块（3.1）高度的180%~300%。