CN107461450A - 一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，包括预压缩梁、弹簧吸振组件、转接块、吸振子及壳体；一对预压缩梁呈临界屈曲状态，并通过转接块与弹簧吸振组件并联安装在壳体内部，且一对预压缩梁与弹簧吸振组件均与壳体固连；所述吸振子设在壳体外部，吸振子的运动方向与弹簧吸振组件的运动方向一致，与预压缩梁的长度方向垂直；振动控制对象振动后将力传递给预压缩梁和弹簧吸振组件，进而传递给吸振子实现非线性动态吸振。本发明能够实现非线性动态吸振，有效抑制宽频带线谱扰动的问题且吸振效率高、鲁棒性强、可靠性高、不需要额外提供能源、不可逆、附加质量小。

Description

一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器
技术领域
本发明涉及振动噪声控制技术领域，具体涉及一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器。
背景技术
对于旋转设备，稳定工作过程中由于加工制造误差、机械摩擦、机电耦合作用会产生宽频线谱扰动，例如航天器上姿轨控所用的反作用飞轮和动量轮等。针对此类设备的扰动抑制需求，常规的线性动力吸振器仅在狭窄的频带内有效；一旦离开共振频点，线性动力吸振器不仅无法抑振，甚至会加速设备的失效。
靶能量传递是一种能量在离散非线性系统中的传递机制，其特点是精确定量的能量可由振源向强非线性耦合的受体单向不可逆的完全传递。简而言之，非线性动力吸振器受扰源激励发生非线性振动，当输入激励能量大于一定阈值时，扰振能量将传递到非线性动力吸振器且不发生逆向传递回扰振结构的情况。此时，可认为发生了靶能量传递，线性动力吸振器不存在此特征。可实现靶能量传递的非线性动力吸振器又称为非线性能量阱。显然，可实现靶能量传递的非线性动力吸振器适用于对设备质量和能耗有严格要求的工程应用场合。为了克服现有线性动力吸振器无法有效抑制宽频带线谱扰动的问题，因此，需要一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，能够实现非线性动态吸振，有效抑制宽频带线谱扰动的问题且吸振效率高、鲁棒性强、可靠性高、不需要额外提供能源、不可逆、附加质量小。
本发明的具体实施方案如下：
一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，所述非线性动力吸振器包括预压缩梁、弹簧吸振组件、转接块、吸振子及壳体；
一对预压缩梁呈临界屈曲状态，并通过转接块与弹簧吸振组件并联安装在壳体内部，且一对预压缩梁与弹簧吸振组件均与壳体固连；所述吸振子设在壳体外部，吸振子的运动方向与弹簧吸振组件的运动方向一致，与预压缩梁的长度方向垂直；振动控制对象振动后将力传递给预压缩梁和弹簧吸振组件，进而传递给吸振子实现非线性动态吸振。
进一步地，所述预压缩梁为薄片平直梁，两端加工有矩形块，矩形块上设有通孔，用于与壳体铰支；
所述预压缩梁的宽度为矩形块宽度的两倍，一对预压缩梁的矩形块相互配合，且同一侧的两个矩形块上的通孔同轴，一对预压缩梁的弯曲方向相反设置实现并联。
进一步地，所述预压缩梁通过销钉与导向滑槽一侧铰接，所述导向滑槽一侧为U型槽，另一侧与壳体固连。
进一步地，所述导向滑槽与壳体固连一侧设有精调螺钉，用于调整预压缩梁的曲率。
进一步地，所述预压缩梁为两对，分别设置在转接块两侧。
进一步地，所述弹簧吸振组件包括线性螺旋弹簧、连接块、套筒、滑套及底座滑槽；
所述连接块一端开槽，用于连接吸振子，另一端设有伸出杆；
所述底座滑槽为空心椭圆柱体；
所述连接块的伸出杆穿过所述转接块与套筒间隙配合，套筒与滑套固定连接，滑套与底座滑槽间隙配合，线性螺旋弹簧套装在伸出杆、套筒及滑套上通过弹簧力使滑套压紧底座滑槽。
进一步地，所述滑套与底座滑槽接触的端面设有精调螺钉，精调螺钉分别穿过壳体、底座滑槽抵住滑套端面。
进一步地，所述线性螺旋弹簧为两个，并联套装使用。
进一步地，所述预压缩梁采用增材制造方式加工成型。
有益效果：
1、本发明采用预压缩梁临界屈曲状态非线性刚度特征，与线性螺旋弹簧并联安装实现在非线性动力吸振器平衡位置准零刚度的输出特性，且采用预压缩梁作为非线性刚度元件，相比于螺旋弹簧力学性能稳定，材料蠕变不明显；再者，本发明设计结构简单、安装方便、鲁棒性强、可靠性高、不需要额外提供能源、不可逆、附加质量小。
2、本发明为了实现预压缩量端部铰支，在端部块状结构留光孔通过销钉与导向滑槽连接，尽可能减小了端部摩擦力对吸振器非线性特征的影响。
3、本发明并联使用两个预压缩梁，同时预压缩梁的宽度为矩形块宽度的两倍，这一对预压缩梁的矩形块相互配合，增加了非线性刚度值且节省空间。
4、本发明根据不同扰源抑制振动频带和幅值的要求，可通过调整螺钉实现非线性动力吸振器有效吸振频带和衰减性能可调。
5、本发明采用两个线性螺旋弹簧并联使用，更加稳定。
6、本发明的预压缩梁采用增材制造方式加工成型，针对复杂曲面的加工，此方法更加方便。
附图说明
图1为本发明的非线性动力吸振器组成示意图；
图2为本发明的非线性动力吸振器局部剖视图；
图3为预压缩状态下薄片梁的结构示意图。
其中，1-吸振子，2-连接块，3-导向滑槽，4-销钉，5-线性螺旋弹簧，6-外底板，7-底座滑槽，8-螺旋弹簧精调螺钉，9-外侧板，10-转接块，11-预压缩梁精调螺钉，12-底板，13-预压缩梁，14-外顶板，15-滑套。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，非线性动力吸振器包括预压缩梁13、弹簧吸振组件、转接块10、吸振子1及壳体。
一对预压缩梁13呈临界屈曲状态，并通过转接块10与弹簧吸振组件并联安装在壳体内部，且一对预压缩梁13与弹簧吸振组件均与壳体固连；吸振子1设在壳体外部，吸振子1的运动方向与弹簧吸振组件的运动方向一致，与预压缩梁13的长度方向垂直；振动控制对象振动后将力传递给预压缩梁13和弹簧吸振组件，进而传递给吸振子1实现非线性动态吸振。
如图1所示，弹簧吸振组件包括：线性螺旋弹簧5、连接块2、套筒、滑套15及底座滑槽7。
连接块2一端开槽，用于连接吸振子1，另一端设有伸出杆；底座滑槽7为空心椭圆柱体，用于对线性螺旋弹簧5的运动进行导向。
如图2所示，连接块2的伸出杆穿过转接块10与套筒间隙配合，套筒与滑套15固定连接，滑套15与底座滑槽7间隙配合，线性螺旋弹簧5套装在伸出杆、套筒及滑套15上通过弹簧力使滑套15压紧底座滑槽7。
壳体包括：外底板6、外侧板9、底板12及外顶板14。外顶板14上开矩形通孔，用于限制连接块2仅沿伸出杆轴向运动。连接块2穿过矩形通孔并连接吸振子1。外底板6设在外顶板对面，用于与底座滑槽7固定连接；滑套15与底座滑槽7接触的端面设有螺旋弹簧精调螺钉8，螺旋弹簧精调螺钉8分别穿过外底板6、底座滑槽7抵住滑套15端面。外侧板9为两个，分别设在两侧，与外顶板14、外底板6构成框架结构，用于连接导向滑槽3，导向滑槽与外侧板9固连一侧设有预压缩梁精调螺钉11，用于调整预压缩梁13的曲率。底板12固定在整个框架底部，底板12外侧设置通孔，作为与振动控制对象的结构连接接口。
如图3所示，预压缩梁13为薄片平直梁，两端加工有矩形块，矩形块上设有通孔，用于与导向滑槽3铰支；预压缩梁13的宽度为矩形块宽度的两倍，一对预压缩梁13的矩形块相互配合，且同一侧的两个矩形块上的通孔同轴，一对预压缩梁13的弯曲方向相反设置实现并联。预压缩梁13通过销钉4与导向滑槽3一侧铰接，导向滑槽3一侧为U型槽，另一侧与外侧板9固连。预压缩梁13采用增材制造方式加工成型。
预压缩梁13为两对，分别设置在转接块10两侧。线性螺旋弹簧5为两个，并联套装使用。
在装配过程中，首先将连接块2穿过外顶板14中间的矩形通孔，然后一侧连接吸振子1，另一侧依次串联连接块2，转接块10，线性螺旋弹簧5，套筒，滑套15及底座滑槽7；底座滑槽7与外底板6固定连接，螺旋弹簧精调螺钉8分别穿过外底板6、底座滑槽7抵住滑套15端面；将两对预压缩梁13通过转接块10与两个线性螺旋弹簧5并联安装，同时，预压缩梁13通过导向滑槽3与外侧板9固定连接并设置预压缩梁精调螺钉11，且将预压缩梁13与导向滑槽3铰接。采用预压缩梁13临界屈曲状态非线性刚度特征，与线性螺旋弹簧5并联安装后，受动态载荷作用，预压缩梁13和线性螺旋弹簧5的组合刚度由一次线性部分和三次非线性部分组成，由此实现了动力吸振器非线性刚度输出特性。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述非线性动力吸振器包括预压缩梁、弹簧吸振组件、转接块、吸振子及壳体；
一对预压缩梁呈临界屈曲状态，并通过转接块与弹簧吸振组件并联安装在壳体内部，且一对预压缩梁与弹簧吸振组件均与壳体固连；所述吸振子设在壳体外部，吸振子的运动方向与弹簧吸振组件的运动方向一致，与预压缩梁的长度方向垂直；振动控制对象振动后将力传递给预压缩梁和弹簧吸振组件，进而传递给吸振子实现非线性动态吸振。
2.如权利要求1所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述预压缩梁为薄片平直梁，两端加工有矩形块，矩形块上设有通孔，用于与壳体铰支；
所述预压缩梁的宽度为矩形块宽度的两倍，一对预压缩梁的矩形块相互配合，且同一侧的两个矩形块上的通孔同轴，一对预压缩梁的弯曲方向相反设置实现并联。
3.如权利要求2所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述预压缩梁通过销钉与导向滑槽一侧铰接，所述导向滑槽一侧为U型槽，另一侧与壳体固连。
4.如权利要求3所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述导向滑槽与壳体固连一侧设有精调螺钉，用于调整预压缩梁的曲率。
5.如权利要求2所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述预压缩梁为两对，分别设置在转接块两侧。
6.如权利要求1所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述弹簧吸振组件包括线性螺旋弹簧、连接块、套筒、滑套及底座滑槽；
所述连接块一端开槽，用于连接吸振子，另一端设有伸出杆；
所述底座滑槽为空心椭圆柱体；
所述连接块的伸出杆穿过所述转接块与套筒间隙配合，套筒与滑套固定连接，滑套与底座滑槽间隙配合，线性螺旋弹簧套装在伸出杆、套筒及滑套上通过弹簧力使滑套压紧底座滑槽。
7.如权利要求6所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述滑套与底座滑槽接触的端面设有精调螺钉，精调螺钉分别穿过壳体、底座滑槽抵住滑套端面。
8.如权利要求6所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述线性螺旋弹簧为两个，并联套装使用。
9.如权利要求1所述的可实现靶能量传递的非线性动力吸振器，其特征在于，所述预压缩梁采用增材制造方式加工成型。
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