CN107178574A - 一种带有发电功能的动力吸振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有发电功能的动力吸振装置，其包括导向套4、缸体5、贯穿丝杠12、丝杠螺母14。由于惯容器具有放大质量属性的作用，因此本发明装置可以用于大型主振系统的减振，并且由于导线切割磁感线会产生电磁阻尼，有效拓宽了吸振频带，从而使得减振效果达到最佳，同时又将振动能转化为可利用的电能，经济、环保、节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力吸振器，尤其涉及一种带有发电功能的动力吸振装置，属于振动控制技术领域，也属于能量转化技术领域。
背景技术
1928年，J.奥蒙德罗伊德等提出了动力吸振器的方法。动力吸振器又称调谐质量阻尼器，其原理是在主振系统上附加质量弹簧共振系统，这种附加系统在共振时产生的反作用力可使主振系统的振动减小。当激发力以单频为主，或频率很低,不宜采用一般隔振器时,动力吸振器特别有用。如附加一系列的这种吸振器，还可以抵消不同频率的振动。由于它结构简单，易于实施，能有效抑制频率变化较小的设备振动，因此广泛应用于交通运输、工业机械、建筑桥梁等各行各业的各种机械设备上，已成为实施振动控制最常用的重要手段之一。
2003年，剑桥大学学者Smith基于机电相似理论创造性地提出了惯容器，并给出了其物理实现装置，开展了将惯容器应用于车辆悬架系统的研究，从而探索出一条改善悬架性能的新途径。最初的惯容器有两种形式，即齿轮齿条式惯容器和滚珠丝杠式惯容器，而滚珠丝杠式惯容器更为常用。
现有的动力吸振器绝大多数是没有将有害的振动能转化为可利用的电能，从环保节能的角度看，既不经济，也不环保，同时由于振动能量未能转化，缩减了装置寿命；而有些能将振动能转化为电能的动力吸振装置，也大多数利用压电原理进行转化，这样转化的振动能非常有限。
申请号为CN201010130519.3，名称为“基于动力吸振器的压电振动能量收集装置”的中国发明专利，该专利包括压电元件、盖板、动力吸振器和能量采集电路，其中，压电元件上固定盖板，盖板和动力吸振器相连，能量采集电路和压电元件相连。压电元件不需要嵌入外界振动元件的内部，也不需要较大的振幅，可以方便地收集布置于外界振动元件的表面对小振幅的振动能量，并可以将工作频率设计在较高的频域内，可以实现易于应用的、高效的振动能量的收集。然而，基于压电原理进行能量收集，能量收集相当有限，所以工程发展前景一般。
此外，现有传统的动力吸振器若所需的质量元件较重，比如用于一些大型主振系统吸振的动力吸振器，如果吸振器质量元件不够重，则几乎没有减振效果或者减振效果一般，此时，必然需要较重的质量元件来代替，这样则必然会导致吸振器整体过重。
美国专利US989958公开了一种原始的动力吸振器，美国专利US5816373公开了一种气动动力吸振器，两种动力吸振器均采用质量元件作为其组件之一，也必然存在上述局限性，因此寻找一种能适用于大型主振系统的轻质动力吸振器具有较高的工程意义。
如何能提供一种吸振频带宽、能高效的将振动能转化为电能并且可以应用于大型主振系统的轻质动力吸振装置，成了亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种带有发电功能的动力吸振装置。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，包括导向套4、缸体5、贯穿丝杠12、丝杠螺母14；所述缸体5的两端分别套设有所述导向套4与盖板3；所述导向套4固定在所述缸体5内，并且沿缸体5轴线向其内腔延伸，所述导向套4延伸至缸体5内的一端设有导向孔；所述贯穿丝杠12的两端穿过导向套4的导向孔，所述贯穿丝杠12通过导向套4安装在所述缸体5的内腔，所述导向套4、缸体5与贯穿丝杠12的轴线重合，所述贯穿丝杠12能够沿着该轴线方向在缸体5内墙中平移；所述丝杠螺母14转动安装于所述缸体5内腔的中部位置并且其轴向位置固定从而不能平移，所述丝杠螺母14与贯穿丝杠12螺旋连接；所述弹簧11分别卡接在贯穿丝杠12的两端，所述弹簧11沿贯穿丝杠12的轴线延伸至缸体5的端部位置与盖板3抵接；当产生振动时，所述贯穿丝杠12沿其轴线在弹簧11的弹力限制下产生往复平移，所述贯穿丝杠12驱动丝杠螺母14交替旋转，丝杠螺母14转动交替时的惯性抑制了振动从而达到了吸振的目的。
进一步的，还包括发电组件，所述发电组件包括导线7与磁铁8，所述丝杠螺母14的外周面上布置有若干根导线7，所述磁铁8布置于所述缸体5的内周面；当所述丝杠螺母14转动时，丝杠螺母14驱动所述导线7切割所述磁铁8的磁感应线从而产生电能。
进一步的，所述导线7沿平行于缸体5轴线的方向固定布置，并且相邻两根导线7彼此连接从而形成通路。
进一步的，所述发电组件7通过导线连接有整流蓄电装置6，所述整流蓄电装置6能够储存所述发电组件7所产生的电能。
进一步的，所述磁铁8为弧形的片状磁铁，所述片状磁铁在径向方向位置彼此相对并且存在间隔。
进一步的，所述丝杠螺母14中部位置设有凸部，所述凸部的两端抵接轴承9，所述轴承9过盈安装在缸体5的内壁面，所述丝杠螺母14通过所述轴承9实现在缸体5内壁面的转动安装。
进一步的，所述导向套4包括本体4-1、法兰盘4-2与空腔4-3与导向孔4-4，所述法兰盘4-2的直径大于缸体5的内径并且固定在所述缸体5外，所述本体4-1安装于所述缸体5内，所述导向套4靠近法兰盘4-2的一端开有空腔4-3，所述空腔4-3沿导向套4的轴线延伸设有导向孔4-4，所述空腔4-3的直径大于导向孔4-4的直径。
进一步的，所述弹簧11设置在所述空腔4-3内，所述贯穿丝杠12的两端通过导向孔4-4架设在所述导向套4上。
进一步的，所述盖板3朝向缸体5内部的面上设有凸起，所述贯穿丝杠12的两端设有凸起，所述弹簧11的一端卡在盖板3的凸起，弹簧11另一端卡接在所述贯穿丝杠12的凸起。
进一步的，所述盖板3远离缸体5的面上固定有吊耳1，所述吸振装置通过吊耳1固定安装，并且所述吸振装置平行于振动方向固定安装。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.由于本发明装置中的惯容器组件具有放大质量属性的作用，所以本发明装置可以应用于大型主振系统的减振；
2.由于惯性阻尼和电磁阻尼作用，有效拓宽了减振频带，增大了减振范围；
3.由于导线7组成的线圈切割所述磁铁8形成的磁感线，高效的转化了能量，经济、环保、节能；
4.本发明不但可以利用在振动系统上，更加可利用于摇摆系统上，如风架减摇、冷却水塔的减摇，所以具有很广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明A向剖视图；
图3为贯穿丝杠三维图；
图4为本发明B向剖视图；
图5为盖板与弹簧连接放大图；
图6为导线缠绕于丝杠表面示意图；
图7为导向套三维图。
附图标记说明如下：
1为吊耳、2为螺栓、3为盖板、4为导向套、4-1为本体、4-2为法兰盘、4-3为空腔、4-4导向孔、5为缸体、6为整流蓄电装置、7为导线、8磁铁、9为轴承、10为锁紧螺母、11为弹簧、12为贯穿丝杠、13为轴承限位圈、14为丝杠螺母、15为滚珠。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
一种带有发电功能的动力吸振装置，包括导向套4、缸体5、贯穿丝杠12、丝杠螺母14。
如图1所示，缸体5的两端分别套设有所述导向套4与盖板3，导向套4固定在缸体5内，并且沿缸体5轴线向其内腔延伸，所述导向套4延伸至缸体5内的一端设有导向孔。贯穿丝杠12的两端穿过导向套4的导向孔，所述贯穿丝杠12通过导向套4安装在所述缸体5的内腔，所述导向套4、缸体5与贯穿丝杠12的轴线重合，所述贯穿丝杠12能够沿着该轴线方向在缸体5内墙中平移。丝杠螺母14转动安装于所述缸体5内腔的中部位置并且其轴向位置固定从而不能平移，所述丝杠螺母14与贯穿丝杠12螺旋连接。弹簧11分别卡接在贯穿丝杠12的两端，弹簧11沿贯穿丝杠12的轴线延伸至缸体5的端部位置与盖板3抵接。当产生振动时，贯穿丝杠12沿其轴线在弹簧11的弹力限制下产生往复平移，贯穿丝杠12驱动丝杠螺母14交替旋转，丝杠螺母14转动交替时的惯性抑制了振动从而达到了吸振的目的。在本实施例中，贯穿丝杠12表面、所述丝杠螺母14内表面均涂有耐磨的自润滑覆盖层，具体优选为，耐磨的自润滑覆盖层为铁氟龙覆盖层或二硫化钼覆盖层。
如图1所示，带有发电功能的动力吸振装置还包括发电组件，发电组件包括导线7与磁铁8。丝杠螺母14的外周面上布置有若干根导线7，磁铁8布置于所述缸体5的内周面。
如图1所示，丝杠螺母14中部位置设有凸部，凸部的两端抵接轴承9，轴承9通过锁紧螺母10固定安装在丝杠螺母14上，并且轴承9过盈安装在缸体5的内壁面，通过轴承9实现在缸体5内壁面的转动安装。与丝杠螺母14连接的贯穿丝杠12的螺纹段设有滚珠15，滚珠15优选为为高强度金属或非金属球，具体的，高强度金属球优选为锆球或30Cr球，高强度非金属球优选为陶瓷球或碳纤维增强的树脂基复合材料球。当贯穿丝杠12沿着腔体5的轴线平移时，贯穿丝杠12能够驱动丝杠螺母14交替旋转。在本实施中，沿缸体5的内壁面还设有轴承限位圈13，轴承限位圈13一端抵接轴承9，其另一端抵接导向套4，该轴承限位圈13实现了缸体5内各部件的轴向定位。更多的是，轴承9朝向磁铁8的一端的端部与磁铁8设置有间隔d。在本实施例中，轴承9类型优选为推力调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、角接触球轴承或推力圆柱滚子轴承。
如图2所示，导线7沿平行于缸体5轴线的方向固定布置在丝杠螺母14凸部的外周面上，并且相邻两根导线7彼此连接从而形成通路。磁铁8为弧形的片状磁铁，片状磁铁在径向方向对应导线7布置，磁铁8与导线7在径向方向上存在间隔。在本实施例中，片状磁铁8的数量优选为2片，该两片磁铁8对称布置在缸体5的内周面。
如图6所示，在某根导线相邻的两侧均布置有平行的导线。在本实施例中，优选为以下连接方式，该导线的尾部与其一侧的相邻的导线的尾部相连，该导线的首部与其另一侧的相邻导线的首部相连。通过该种连接方式，导线7互相连接并形成通路并，且能够随着丝杠螺母14的旋转而切割磁铁8的磁感应线，从而产生电能。如图1所示，从导线7的任意一根引出，连接整流蓄电装置6，整流蓄电装置6能够储存发电组件7所产生的电能。当丝杠螺母14转动时，丝杠螺母14驱动导线7切割所述磁铁8的磁感应线从而产生电能，所产生的电能储存至整流蓄电装置6中。
如图7所示，导向套4包括本体4-1、法兰盘4-2与空腔4-3与导向孔4-4。如图1所示，法兰盘4-2的直径大于缸体5的内径并且固定在所述缸体5外，沿法兰盘4-2的外圈设置有若干螺栓，并且通过螺栓将导向套固定在缸体上。如图4所示，本体4-1安装于所述缸体5内。导向套4靠近法兰盘4-2的一端开有空腔4-3。空腔4-3沿导向套4的轴线延伸设有导向孔4-4，空腔4-3的直径大于导向孔4-4的直径。如图4所示，贯穿丝杠12的非螺纹的光滑的端部穿过导向孔4-4，从而通过导向套4实现贯穿丝杠12的平移安装。
如图1与5所示，盖板3与导向套4的法兰盘4-2外缘重合，盖板3上设有与法兰盘4-2上螺栓孔重合的螺栓孔，通过螺栓将盖板3、导向套4固定在缸体5的端部。弹簧11设置在空腔4-3内，盖板3朝向缸体5内部的面上设有凸起，贯穿丝杠12的两端设有凸起。弹簧11的一端卡在盖板3的凸起，弹簧11另一端卡接在所述贯穿丝杠12的凸起。
如图1所示，盖板3远离缸体5的面上固定有吊耳1，吸振装置通过吊耳1固定安装。当安装吸振装置时，注意将该吸振装置平行于振动的方向固定安装。
一种带有发电功能的动力吸振装置的减振发电方法，包括以下步骤：
S1：将一个或多个本发明装置通过所述吊耳1固定于主振系统的各个振动方向上，并且将所述整流蓄电装置6安置于所述缸体上或主振系统上；
S2：由于本发明装置吸振时是所述弹簧11带动所述贯穿丝杠12振动，从而带动所述丝杠螺母14的往复转动，并且所述丝杠螺母14的往复转动交替时的惯性，使得本发明装置存在惯性阻尼，从而拓宽了吸振频带；此外，由于所述导线7组成的线圈切割所述磁铁8形成的磁感线，根据楞次效应可知，本发明装置还存在电磁阻尼，进一步拓宽了吸振频带，并且切割频率越大，所产生的电磁阻力越大，电磁阻尼越强，吸振频带越宽。
S3：由于所述导线7组成的线圈切割所述磁铁8形成的磁感线，从而产生交流电，并且所述导线7接入整流蓄电装置6，从而将电能进行存储。
S4：当主振系统沿着各个振动方向产生振动时，根据公式其中，bm为放大虚拟质量，J为丝杠螺母14的转动惯量，p为贯穿丝杠12的导程。显然，惯容器具有放大质量属性的功能,从而得到一个放大虚拟质量，其实际质量远远小于与放大虚拟质量等同的质量元件，大大降低了用于大型主振系统的动力吸振器质量。
装配工艺：第一步，组装滚珠丝杠式惯容器组件，将贯穿丝杠12与丝杠螺母14通过滚珠15组装成滚珠丝杆螺旋副。第二步，将轴承9套入丝杠螺母14的两端小阶梯圆柱，并用2个锁紧螺母10旋入锁紧。第三步，将弹簧11套入贯穿丝杠12端头设有的小凸台，从而与滚珠丝杠式惯容器组件组成串联系统。第四步，将磁铁8贴入缸体5的中部。第五步，将前述串联系统套入缸体5，并且注意间隙d为3～10mm(见图1)。第六步，将2个轴承限位圈13与2个导向套4依次从缸体5两端套入缸体5。第七步，将弹簧2两端套入2个盖板3内表面中心设有的凸起(见图4)；第八步，将本发明装置两端所有12个螺栓2连接固定起来。
以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。
Claims (10)
1.一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，包括导向套(4)、缸体(5)、贯穿丝杠(12)、丝杠螺母(14)；
所述缸体(5)的两端分别套设有所述导向套(4)与盖板(3)；
所述导向套(4)固定在所述缸体(5)内，并且沿缸体(5)轴线向其内腔延伸，所述导向套(4)延伸至缸体(5)内的一端设有导向孔；
所述贯穿丝杠(12)的两端穿过导向套(4)的导向孔，所述贯穿丝杠(12)通过导向套(4)安装在所述缸体(5)的内腔，所述导向套(4)、缸体(5)与贯穿丝杠(12)的轴线重合，所述贯穿丝杠(12)能够沿着该轴线方向在缸体(5)内墙中平移；
所述丝杠螺母(14)转动安装于所述缸体(5)内腔的中部位置并且其轴向位置固定从而不能平移，所述丝杠螺母(14)与贯穿丝杠(12)螺旋连接；
所述弹簧(11)分别卡接在贯穿丝杠(12)的两端，所述弹簧(11)沿贯穿丝杠(12)的轴线延伸至缸体(5)的端部位置与盖板(3)抵接；
当产生振动时，所述贯穿丝杠(12)沿其轴线在弹簧(11)的弹力限制下产生往复平移，所述贯穿丝杠(12)驱动丝杠螺母(14)交替旋转，丝杠螺母(14)转动交替时的惯性抑制了振动从而达到了吸振的目的。
2.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，还包括发电组件，所述发电组件包括导线(7)与磁铁(8)，所述丝杠螺母(14)的外周面上布置有若干根导线(7)，所述磁铁(8)布置于所述缸体(5)的内周面；当所述丝杠螺母(14)转动时，丝杠螺母(14)驱动所述导线(7)切割所述磁铁(8)的磁感应线从而产生电能。
3.根据权利要求2所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述导线(7)沿平行于缸体(5)轴线的方向固定布置，并且相邻两根导线(7)彼此连接从而形成通路。
4.根据权利要求2所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述发电组件(7)通过导线连接有整流蓄电装置(6)，所述整流蓄电装置(6)能够储存所述发电组件(7)所产生的电能。
5.根据权利要求2所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述磁铁(8)为弧形的片状磁铁，所述片状磁铁与导线(7)在径向方向位置彼此相对并且存在间隔。
6.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述丝杠螺母(14)中部位置设有凸部，所述凸部的两端抵接轴承(9)，所述轴承(9)过盈安装在缸体(5)的内壁面，所述丝杠螺母(14)通过所述轴承(9)实现在缸体(5)内壁面的转动安装。
7.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述导向套(4)包括本体(4-1)、法兰盘(4-2)与空腔(4-3)与导向孔(4-4)，所述法兰盘(4-2)的直径大于缸体(5)的内径并且固定在所述缸体(5)外，所述本体(4-1)安装于所述缸体(5)内，所述导向套(4)靠近法兰盘(4-2)的一端开有空腔(4-3)，所述空腔(4-3)沿导向套(4)的轴线延伸设有导向孔(4-4)，所述空腔(4-3)的直径大于导向孔(4-4)的直径。
8.根据权利要求7所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述弹簧(11)设置在所述空腔(4-3)内，所述贯穿丝杠(12)的两端通过导向孔(4-4)架设在所述导向套(4)上。
9.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述盖板(3)朝向缸体(5)内部的面上设有凸起，所述贯穿丝杠(12)的两端设有凸起，所述弹簧(11)的一端卡在盖板(3)的凸起，弹簧(11)另一端卡接在所述贯穿丝杠(12)的凸起。
10.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的动力吸振装置，其特征在于，所述盖板(3)远离缸体(5)的面上固定有吊耳(1)，所述吸振装置通过吊耳(1)固定安装，并且所述吸振装置平行于振动方向固定安装。
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