CN109723747B - 一种基于耦合旋转梁的动力吸振器及其吸振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耦合旋转梁的动力吸振器及其吸振方法。吸振器包括质量块和至少两根旋转梁；旋转梁与质量块之间以可转动方式连接，质量块位于旋转梁的非固定端，旋转梁可绕自身轴线旋转，旋转梁至少有一部分为非圆截面段；且非圆截面段位于固定端与质量块之间。本发明结构简单，可以在不更换结构部件的前提下，仅仅通过旋转梁的旋转，连续地调节吸振器的振动刚度，使得吸振器的谐振频率可以被调整以满足实际的工况需求，亦可使同一型号的动力吸振器可以用于不同共振频率结构的减振需求。

Description

一种基于耦合旋转梁的动力吸振器及其吸振方法

技术领域

本发明属于吸振器设计领域，具体涉及一种基于耦合旋转梁的吸振器及其方法。

背景技术

在土木工程、机械工业等行业都存在着因过量振动产生的问题，过量的振动会导致土木结构、机械设备等出现损伤，因此在各类行业中设计了不同类型的吸振器来降低振动的危害性。

现有的吸振器通常只有在最优设计的频率附近才能实现较好的减振效果，然而由于在实际的工况中，希望被控制振动的结构的实际固有频率难免与预先的设计值存在偏差，此外外部环境的变化亦会使结构固有频率出现变化，这就导致传统非可调频率吸振器的抑振效果大大降低。

现有的变频率吸振器往往结构复杂，并且可以调整的频率范围较为有限，同时在精度和连续性上，难以连续调节频率以适应不同工况需求。

发明内容

针对现有吸振器产品工作频率难以调节，难以适应不同振动环境的缺陷，本发明提供了一种基于耦合旋转非圆截面梁、可灵活调频的动力吸振器。

本发明的技术方案是：

一种基于耦合旋转梁的动力吸振器包括质量块和至少两根旋转梁；质量块与旋转梁之间以可转动方式连接，旋转梁可绕自身轴线旋转；所述的旋转梁至少有一部分为非圆截面段，且至少有一部分作为固定段用于以可转动方式连接外部固定结构；所述的非圆截面段位于质量块与固定段之间。

优选的，所述的旋转梁为两根，结构相同且采用平行布置；所述的两根旋转梁在旋转过程中关于其中间平面实时对称。

优选的，所述的两根旋转梁采用同步传动齿轮啮合以同时旋转。

优选的，所述的非圆截面段采用矩形截面或椭圆截面。

优选的，所述旋转梁材料采用铁、铝等金属材料，所述质量块采用铁、铜等高密度金属材料。

优选的，所述的质量块为一块或多块；两根旋转梁以相同的位置连接同一质量块。质量块用于附加质量，降低吸振频率和加强吸振效果；同一块质量可以耦合多根旋转梁成单一振动频率，否则，将难以实现频率的调节。

优选的，所述的动力吸振器可以包括多个固定块。固定块用于使动力吸振器固定在待吸振结构上，并使得旋转梁能转动。

优选的，所述的基于耦合旋转梁的动力吸振器还包括固定块；所述的固定块与旋转梁的固定段以可转动方式连接。同一块质量可以耦合多根旋转梁成单一振动频率，否则难以实现频率的连续调节。

本发明还公开了一种所述动力吸振器的吸振方法：在需吸振结构的吸振部位上设置一个或多个基于耦合旋转梁的动力吸振器；其中，吸振部位上固定一固定块；固定块与旋转梁固定端以可转动方式连接；根据需吸振结构的振动频率，同步转动两根旋转梁，并保证两根旋转梁在旋转过程中关于其中间平面实时对称；旋转梁的旋转角度将改变基于耦合旋转梁的动力吸振器的吸振频率；且吸振频率的改变是连续的，使吸振器的吸振频率适配需吸振结构的振动频率，实现吸振效果；当需吸振结构的振动频率改变时，通过同步旋转两根旋转梁改变吸振频率，使动力吸振器的吸振频率适配改变后的振动频率。

本发明的有益效果是：

本发明结构简单，可以在不更换结构部件的前提下，仅仅通过旋转梁的旋转，连续地调节吸振器的振动刚度，使得吸振器的谐振频率可以被调整以满足实际的工况需求，亦可使同一型号的动力吸振器可以用于不同共振频率结构的减振需求。

附图说明

图1为本发明吸振器的结构示意图；

图2为本发明结构在梁上布置方式；

图3为本发明在梁上布置时的吸振效果；

图4为本发明设想的单个吸振器件，可自由安装在需要吸振的设备上；

图5为图4结构在不同旋转角度下的共振频率变化图。

1-质量块；2-旋转梁；3-固定块；4-需减振的梁；5固定外壳；6-用于同步旋转的齿轮。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述，注意这里所描述的应用实例仅仅是本发明的一部分实施案例，并不是全部的实施案例。

如图1所示，为本发明的一种实施结构，该吸振器包括质量块1，两根平行布置的非圆截面旋转梁2。两根旋转梁穿过质量块并可以进行转动，两根旋转梁转动中角度θ需保持一致。所述的非圆截面旋转梁可以包含部分圆截面段，圆截面段更方便与质量块进行可转动的连接；但至少有一部分需要为非圆截面段，示意图中的非圆截面为矩形截面。该结构对材料没有特别要求，根据所需抑振频率选择合适的材料。

图1所示矩形截面单振子共振频率理论计算公式为：

式中，f为结构共振频率，E为旋转梁材料杨氏模量，h为矩形截面宽，w为矩形截面长，l为矩形梁长，θ为旋转角度，m为质量块质量。

另一方面，如采用椭圆截面，单振子共振频率理论计算公式为

式中，f为结构共振频率，E为旋转梁材料杨氏模量，a为椭圆半长轴长度，b为椭圆半短轴长度，l为椭圆梁长，θ为旋转角度，m为质量块质量。

除了本发明已经给定的该结构外，旋转梁可采用如椭圆之类的其他类型非圆截面梁。旋转梁也可以是部分非圆截面部分圆截面，只需存在非圆截面部分即可实现变频率。此外，关于旋转梁与质量块以及固定结构的连接方式没有固定要求，保证可以旋转即可(如可采用轴承连接)。此外，可以采用齿轮连接两旋转梁以保证两梁耦合旋转。旋转梁个数不限定为2根，可以有4、6、8等偶数组合的数量，以保证共振频率耦合连续可调。

实施例一

将图1结构布置在铝梁上如图2所示：包括固定块3，需减振的梁4。本实施例采用双振子五周期均匀布置，并采用固定块将两侧的吸振器固定连接。本案例中铝梁参数为8mm*20mm*600mm，吸振器质量块质量为51g，旋转梁采用铝，矩形截面部分h＝3mm，w＝6mm，l＝22mm。

在这样的布置下，当铝梁的一侧振动激励，另一侧的位移响应有限元仿真情况如图3所示，可以看到在0°旋转角时，在600-900Hz为振动抑制区；30°时为550-850Hz；60°时为400-700Hz；90°时为330-580Hz，由此可以看到该吸振器可以通过简单的旋转角度实现吸振频率的转变。

实施例二

将图1结构采用四梁结构制作成单个吸振器件如图4所示，需要注意的是，该器件可以与阻尼单元结合形成效果更好的隔振器。图4中包括固定外壳5，用于同步旋转的双齿轮6；其中，固定外壳5呈方形结构，其与同一旋转梁的两个部位以可转动方式连接，质量块位于旋转梁的中间位置。本案例中固定外壳材料不限定，可以固定即可。吸振器质量块质量为76.5g，旋转梁采用铝，矩形截面部分h＝2mm，w＝4mm，l＝25mm。

设计的双齿轮结构以确保四根旋转梁可以同角度相向旋转，振子结构通过外壳进行固定。在该参数布置下，吸振器共振频率有限元仿真值如图5所示，结构的共振频率可以在432Hz到826.6Hz范围内进行调节，可以满足不同工况的要求。

Claims (6)

1.一种基于耦合旋转梁的动力吸振器，其特征在于包括质量块和至少两根旋转梁；质量块与旋转梁之间以可转动方式连接，旋转梁可绕自身轴线旋转；所述的旋转梁至少有一部分为非圆截面段，且至少有一部分作为固定段用于以可转动方式连接外部固定结构；所述的非圆截面段位于质量块与固定段之间；所述的旋转梁的个数为偶数；所述的非圆截面段采用矩形截面或椭圆截面。

2.如权利要求1所述的基于耦合旋转梁的动力吸振器，其特征在于所述的旋转梁为两根，结构相同且采用平行布置；所述的两根旋转梁在旋转过程中关于其中间平面实时对称。

3.根据权利要求2所述的基于耦合旋转梁的动力吸振器，其特征在于所述的两根旋转梁采用同步传动齿轮啮合以同时旋转。

4.根据权利要求2所述的基于耦合旋转梁的动力吸振器，其特征在于所述的质量块为一块或多块；两根旋转梁以相同的位置连接同一质量块。

5.根据权利要求1所述的基于耦合旋转梁的动力吸振器，其特征在于还包括固定块；所述的固定块与旋转梁的固定段以可转动方式连接。

6.一种权利要求2所述动力吸振器的吸振方法，其特征在于：

在需吸振结构的吸振部位上设置一个或多个基于耦合旋转梁的动力吸振器；其中，吸振部位上固定一固定块；固定块与旋转梁固定端以可转动方式连接；

根据需吸振结构的振动频率，同步转动两根旋转梁，并保证两根旋转梁在旋转过程中关于其中间平面实时对称；旋转梁的旋转角度将改变基于耦合旋转梁的动力吸振器的吸振频率；且吸振频率的改变是连续的；使吸振器的吸振频率适配需吸振结构的振动频率，实现吸振效果；

当需吸振结构的振动频率改变时，通过同步旋转两根旋转梁改变吸振频率，使动力吸振器的吸振频率适配改变后的振动频率。