CN107314072B - 摩擦阻尼动力吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种摩擦阻尼动力吸振器，包括一个连接球形壳体(3)开口端的倒T形底座(5)，倒T形底座与球形壳体开口端之间固定连接弹性套筒(4)，球形壳体(3)形成的减振腔(10)内填充有多个减振球(2)；对应球形壳体开口的上部设有向上旋出或向下旋进改变减振腔大小的调节帽(1)，用以调节减振球在减振腔体中运动范围。依据印制电路板固有频率，通过动力吸振理论公式计算出减振腔内填充的减振球的数量。本发明解决了现有技术自带电磁源和供电源，易对电子设备形成辐射干扰；自身体积和重量大，不能用于PCB小型薄板结构减振的问题。具有减振效果好、体积重量小等特点，满足振动量级大条件下的PCB电路板减振需求。

Description

摩擦阻尼动力吸振器

技术领域

本发明涉及一种具有摩擦阻尼特性的动力调谐吸振器，主要用于强振动环境条件下、小安装空间内电子设备印制电路板PCB减振，也可以用于其它设备中小型薄板结构的减振降噪。

背景技术

安装在运动平台或设施上的各类设备总是处于振动环境中，在大多数情况下，振动是有害的，它会引起动态变形和动态应力，这些变形和应力会引设备结构疲劳和内部组件破坏，缩短零部件或元器件的使用寿命，因此对设备及其内部组件进行振动控制是一项必要工作。按是否需要外加能源来划分，振动控制可以分为无源控制与有源控制，前者又称为被动振动控制，后者又称为主动振动控制；按对振动源和被影响设备/组件的减振处理措施不同，振动控制可以分为抑制振源、隔振和消振或吸振三类。其中抑制振源是指直接抑制或减少振动产生源的振动能量输出，隔振是将振动源和被影响设备/组件通过弹性-阻尼器或装置隔离开，将振动源传递到被影响设备的振动能量衰减或缓冲；消振或吸振则是在被影响设备上附加特别的弹性-质量装置组成一个特殊主-从振动系统，通过调谐弹性-质量装置固有频率，使它与被影响设备的固有频率之比满足特定值时，可以依靠该装置与被影响设备之间的动态作用力来吸收该振动系统的动能，来降低被影响设备上的振动响应，实现减振，由于这个特别的弹性-质量装置的自身的固有频率是可以调整的，所以又名动力调谐吸振器，一般属于被动振动控制类型。实际上，无论采取哪类减振措施，其主要目标都是消除或减弱设备及其组件在振动环境中发生的结构共振问题，共振是指设备及其组件的固有频率与振动源频率一样时，设备及其组件结构的振动响应，比如变形、加速度、应力等急剧放大现象，可以在短时间内导致设备结构破坏及其组件损伤。

在随机振动环境中，电子设备始终受到宽频段的振动激励，实现电子设备的固有频率远离振动源频率的设计变得很困难，所以电子设备内的印制电路板总是发生共振，而印制电路板上的许多元器件抵抗机械环境应力的能力较弱，当电子设备为满足特殊安装接口、小型化或减重等限制要求，无法采用整机隔振或减振措施时，印制电路板长时间共振引起的元器件损坏和故障率很高。在目前电子设备印制电路板组件减振设计实践中，主要还是采用提高印制电路板结构刚度、表面粘贴粘弹性阻尼层减振等措施，但是受电路元器件布局、散热、接地、屏蔽和安装等实际条件限制，前述减振措施很少得到充分应用。

在本领域已知的实施方式中，中国专利申请88107926公开了一种电磁式弹簧刚度连续可调吸振器，它利用电磁弹簧代替传统动力吸振器的机械弹簧，可以根据被消振系统的振动频率不同，通过改变电磁弹簧中励磁电流来改变吸振器刚度，实现与被消振系统的振动频率匹配。该型吸振器需要自带电磁源和供电源，容易对电子设备形成辐射、传导干扰；自身体积和重量大，无法用于电子设备中印制电路板组件或其他小型薄板结构减振。

在强振动环境中，上述专利申请公开的吸振器或隔振器均难以满足现代电子设备中印制电路板组件对轻量化、小型化新型减振措施的需求。

发明内容

本发明针对目前电子设备中印制电路板减振存在的不足之处，提供一种摩擦阻尼动力吸振器，它能够满足减振效率高、安装空间小、不影响散热接地等电子设备多重设计需求。

本发明是通过以下方式给予实现的：一种摩擦阻尼动力吸振器，包括一个连接球形壳体3开口端的倒T形底座5，其特征在于：倒T形底座5与球形壳体3开口端之间固定连接弹性套筒4，球形壳体3形成的减振腔10内填充有多个减振球2；对应球形壳体3开口的上部设有向上旋出或向下旋进改变减振腔10大小的调节帽1，用以调节减振球2在减振腔体10中运动范围。

本发明相比于现有动力消振技术具有如下有益效果：

减振效率高。本发明在倒T形底座5与球形壳体3开口端之间固定连接弹性套筒4，通过球形壳体3减振腔内10填充的多个减振球2；不仅具有摩擦阻尼能耗机制，还具有吸振器-印制电路板组件构成的主-从振动系统的共振吸振能力，呈现出综合减振效果。通过减振腔内置减振球的不断碰撞、摩擦运动将振动机械能转为热能而实现减振作用；利用这种减振腔内填充的减振球2的摩擦阻尼能耗机制，降低了对吸振器的质量比指标要求，能够将传统的动力调谐吸振器的减振效率至少提高40％及以上。而且，通过安装在球形壳体3上部可以向上旋出或向下旋进的调节帽1，调节减振球2在减振腔体中的运动范围，当向下旋进时，可以压缩减振球2在减振腔体中运动范围，当向上旋进时，可以扩展减振球2在减振腔体中运动范围，通过调节上述减振腔体内若干减振球的运动范围，能够有效控制和调节减振球的碰撞和摩擦运动状态，让本发明吸振器具有最优的摩擦阻尼能耗效果。另外，当弹性套筒4选用弹性阻尼材料时，还能通过粘弹性阻尼耗能减振，进一步提高本发明的减振效能。从而解决了现有技术自带电磁源和供电源，易对电子设备形成辐射、传导干扰；自身体积和重量大，不能用于电子设备中印制电路板组件或其它小型薄板结构减振的问题。

体积重量小。本发明采用一个连接球形壳体3开口端的倒T形底座5，并在球形壳体3形成的减振腔10内填充多个减振球2；应用球体体积最小的几何特性，不仅大幅度减少了吸振器的体积，而且满足了安装空间小、振动量级大条件下的印制电路板组件减振需求。能够在印制电路板上的小安装空间的应用。本发明具备的摩擦阻尼减振能力，既降低了传统动力调谐吸振器所需的质量比指标要求，又大大减少了吸振器体积，使得本发明的吸振器更适合印制电路板轻量化、小安装空间等特殊需求。克服了印制电路板发生共振，元器件抵抗机械环境应力能力较弱，无法采用整机隔振或减振措施，长时间共振引起元器件损坏和故障率很高缺陷。

不影响印制电路板的散热、接地等功能。本发明的吸振器安装在印制电路板的共振位置，而不是像传统隔振器那样安装在印制电路板与导热导电金属壳体或基座之间，不会阻隔印制电路板上元器件-印制电路板-金属壳体/基座之间的传热、导电路径，因此完全不会影响印制电路板的散热、接地等功能。

本发明的吸振器具有的减振效果好、体积重量小等特点，满足了安装空间小、振动量级大条件下的电子设备中印制电路板组件减振需求。本发明也可以适用于其他小型薄板结构减振或消振。

附图说明

图1是本发明摩擦阻尼动力吸振器的典型结构主剖视图。

图2是图1的球形壳体减振腔的上剖视图。

图3是实施例2的结构主剖视图。

图4是实施例3的结构主剖视图。

图中：1调节帽，2减振球，3球形壳体，4弹性套筒，5倒T形底座，6内螺纹管， 7膜弹簧片，8螺母,9T型螺杆，10减振腔。

为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图给出最佳实施例，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，包括一个连接球形壳体3开口端的倒T形底座5，倒T形底座5与球形壳体3开口端之间固定连接弹性套筒4，球形壳体3形成的减振腔10内填充有多个减振球2；对应球形壳体3开口的上部设有向上旋出或向下旋进改变减振腔10大小的调节帽1，用以调节减振球2在减振腔体10中运动范围。其中，依据振动测试或仿真获得的印制电路板最大固有频率，通过动力吸振理论的最优调谐比公式计算出减振腔内填充的减振球2的数量；使用时，将本发明吸振器安装在印制电路板的最大振型位置通过振动测试或仿真获得，即可实现印制电路板减振。

实施例1

弹性套筒4为一种弹性支承结构，与刚性的倒T形底座5、球形壳体3完全固定连接。球形壳体3的减振腔10)内填充有的减振球2是实心球体。球形壳体3顶端装配有调节减振腔10) 大小的调节帽1，当调节帽1向下旋进时，可以压缩实心减振球2在减振腔10)中运动范围，当调节帽1向上旋进时，可以扩展实心的减振球2在减振腔体10)中运动范围。在使用时，首先用模态测试或模态仿真确定印制电路板的固有频率和最大振型位置，依据动力吸振理论中的最优调谐比公式通过印制电路板的固有频率计算出本发明吸振器-印制电路板的质量比，依据质量比来调节减振球2的数量，得到实际使用状态的本发明吸振器，其中，α为吸振器与印制电路板组件的固有频率比，μ为吸振器与印制电路板组件的质量比，它们的计算方法是：

其中，ω_d为本发明吸振器的固有频率，ω_p为印制电路板组件的固有频率，k_d为吸振器的刚度、m_d为本发明吸振器的质量，m_p为印制电路板组件的质量。

将吸振器的倒T形底座5与印制电路板最大振型位置连接，形成X、Y、Z三方向振动环境的主-从振动系统；在X、Y、Z三方向振动环境中，通过主-从振动系统的动力消振原理实现减振和减振腔内填充多个实心减振球2之间不断碰撞、摩擦运动将振动机械能转为热能而实现减振。

实施例2

参阅图3。本实施例与上述实施例1的不同点在于，去除弹性套筒4，将球形壳体3由刚性结构改为去除调节帽1的弹性阻尼结构，将倒T形底座5改成内螺纹管6，球形壳体3与内螺纹管6直接固定连接，其它组成、安装与连接关系与实施例1相同。

实施例3

参阅图4。本实施例与上述实施例1的不同点在于，弹性套筒4更换为固定在球形壳体3开口端上的膜弹簧片7，倒T形底座5改变为T形螺杆9，T形螺杆9的轴肩通过膜弹簧片7由螺母8固联，其它组成结构与实施例1相同。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，凡是依据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。在本发明的描述中提到的“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”等指示方位或位置关系的术语，目的是方便说明附图所示的元件间方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件在具体实施时必须具有特定方位、位置和操作，不能理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种摩擦阻尼动力吸振器，包括一个连接球形壳体（3）开口端的倒T形底座（5），其特征在于：倒T形底座（5）与球形壳体（3）开口端之间固定连接弹性套筒（4），球形壳体（3）形成的减振腔（10）内填充有多个减振球（2）；对应球形壳体（3）开口的上部设有向上旋出或向下旋进改变减振腔（10）大小的调节帽（1），用以调节减振球（2）在减振腔体（10）中运动范围，弹性套筒（4）与刚性的倒T形底座（5）、球形壳体（3）完全固定连接，倒T形底座（5）与印制电路板最大振型位置连接，形成X、Y、Z三方向振动环境的主-从振动系统；使用时，将本吸振器安装在印制电路板的最大振型位置，用模态测试或模态仿真确定印制电路板的固有频率和最大振型位置，依据动力吸振理论中的最优调谐比公式，通过印制电路板的固有频率，计算出吸振器-印制电路板的质量比μ，依据质量比μ来调节减振球（2）的数量，得到实际使用状态的吸振器；通过主-从振动系统的动力消振原理实现减振和减振腔内填充多个实心减振球（2）之间不断碰撞、摩擦运动将振动机械能转为热能而实现减振。

2.如权利要求1所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：弹性套筒（4）为一种弹性支承结构。

3.如权利要求1所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：球形壳体（3）的减振腔（10）内填充的减振球（2）是实心球体。

4.如权利要求3所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：球形壳体（3）顶端装配的改变减振腔（10）大小的调节帽（1）向下旋进时，压缩实心减振球（2）在减振腔体（10）中运动范围，调节帽（1）向上旋出时，扩展实心的减振球（2）在减振腔体（10）中运动范围，实现调节上述减振腔体（10）内若干减振球（2）的运动范围。

5.如权利要求1所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：固有频率比α和质量比μ的计算方式是：

，，

其中，为吸振器的固有频率，为印制电路板组件的固有频率，为吸振器的刚度、为吸振器的质量，为印制电路板组件的质量。

6.如权利要求1所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：去除弹性套筒（4），将球形壳体（3）由刚性结构改为去除调节帽（1）的弹性阻尼结构，将倒T形底座（5）改成内螺纹管（6），球形壳体（3）与内螺纹管（6）直接固定连接。

7.如权利要求1所述的摩擦阻尼动力吸振器，其特征在于：弹性套筒（4）更换为固定在球形壳体（3）开口端上的膜弹簧片（7），倒T形底座（5）改变为T形螺杆（9），T形螺杆（9）通过膜弹簧片（7）由螺母（8）固联。