CN110145567A - 一种非线性能量汇 - Google Patents

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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs

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Abstract

本发明公开了一种非线性能量汇，包括主系统、导轨、非线性弹簧、粘性阻尼器、齿条和惯容器，所述导轨左右对称布置，其上端与需要减振的主系统固定连接，所述惯容器套接在两根导轨下端，能够沿导轨上下移动；所述非线性弹簧一端连接在导轨上，另一端连接在齿条上，所述齿条上端与主系统固定连接，下端与惯容器连接；所述粘性阻尼器前后对称布置，其上端与主系统固定连接，下端与惯容器连接。本发明可以有效地降低非线性能量汇的质量，适用于航天、车辆等领域，具有质量小、减振性能优异等特点。

Description

一种非线性能量汇
技术领域
本发明涉及机械减振领域，特别是一种非线性能量汇。
背景技术
在航天、车辆等工程领域中，振动控制是一个重要的课题。传统的动力吸振器在振动的被动抑制方面因为具有自己独特的优势，已经在工程领域得以广泛的应用。这种振动抑制设备虽然简单易用，但通常只在一个特定的频率附近有效。20 世纪中期，Roberson 指出，如果应用非线性刚度连接吸振器，可以使得吸振带宽有所增加，从而提高吸振性能。从那时开始，非线性吸振器开始得到学者们的关注。工程中的非线性现象由于复杂性而难以分析，常被视为是有害的，但是随着对非线性现象认识的增加，很多学者开始热衷于利用丰富和复杂的非线性现象进行吸振器的分析和设计。非线性能量汇是由具有非线性刚度的弹簧、粘性阻尼、质量块这三部分组成。相比于线性吸振器，非线性能量汇能够实现宽频减振，并不会增加原系统的自由度，具有不改变原系统的固有频率的优点。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种非线性能量汇，其带有齿轮齿条式惯容器，通过飞轮转动的惯性力来代替传统非线性能量汇中的质量块。有效地降低了现有非线性能量汇的质量，优化其结构，使其更具有适用性。
为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种非线性能量汇，包括主系统、导轨、非线性弹簧、粘性阻尼器、齿条和惯容器，所述导轨左右对称布置，其上端与需要减振的主系统固定连接，所述惯容器套接在两根导轨下端，能够沿导轨上下移动；所述非线性弹簧一端连接在导轨上，另一端连接在齿条上，所述齿条上端与主系统固定连接，下端与惯容器连接；所述粘性阻尼器前后对称布置，其上端与主系统固定连接，下端与惯容器连接。
所述惯容器内部包括第一小齿轮，大齿轮，第二小齿轮和飞轮，所述第一小齿轮与大齿轮同轴转动，所述第二小齿轮与飞轮同轴转动，所述齿条与第一小齿轮啮合，大齿轮与第二小齿轮啮合；当主系统振动时，通过齿条齿轮将惯容器与主系统的相对位移转化为飞轮的旋转，使用飞轮转动的惯性力来代替质量块的作用，达到减振的目的。
所述粘性阻尼器由两块长方形的约束钢板中间黏结粘性阻尼层组成，其中一块约束钢板的上端与主系统连接，另一块约束钢板的下端与惯容器连接。所述非线性弹簧由拉紧的钢丝绳来实现。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明采用齿轮齿条式惯容器替代传统非线性能量汇中的质量块，由于该惯容器中采用机械传动的形式将齿条的直线运动转化为飞轮的转动，而飞轮转动的惯性力代替了传统非线性能量汇中质量块所提供的惯性力，能够有效地降低非线性能量汇的质量。本非线性能量汇适用于对质量要求苛刻的航空航天等领域，整个装置结构简单、制造方便、质量小、成本低、经久耐用，应用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的立体结构图。
图中：1、螺栓；2、导轨；3、非线性弹簧；4、粘性阻尼器；5、齿条；6、小齿轮；7、大齿轮；8、小齿轮；9、飞轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图1所示，一种非线性能量汇，包括主系统1、导轨2、非线性弹簧3、粘性阻尼器4、齿条5和惯容器，所述导轨2左右对称布置，其上端与需要减振的主系统1固定连接，所述惯容器套接在两根导轨2下端，能够沿导轨2上下移动；所述非线性弹簧3一端连接在导轨2上，另一端连接在齿条5上，所述齿条5上端与主系统1固定连接，下端与惯容器连接；所述粘性阻尼器4前后对称布置，其上端与主系统1固定连接，下端与惯容器连接。
所述惯容器内部包括第一小齿轮6，大齿轮7，第二小齿轮8和飞轮9，所述第一小齿轮6与大齿轮7同轴转动，所述第二小齿轮8与飞轮9同轴转动，所述齿条5与第一小齿轮6啮合，大齿轮7与第二小齿轮8啮合；当主系统1振动时，通过齿条齿轮将惯容器与主系统1的相对位移转化为飞轮9的旋转，使用飞轮9转动的惯性力来代替质量块的作用，达到减振的目的。
所述粘性阻尼器4由两块长方形的约束钢板中间黏结粘性阻尼层组成，其中一块约束钢板的上端与主系统1连接，另一块约束钢板的下端与惯容器连接。所述非线性弹簧3由拉紧的钢丝绳来实现。
本发明工作原理如下：
在本非线性能量汇中，使用齿轮齿条式惯容器替代质量块。当需要减振的主系统1发生振动时，非线性能量汇的惯容器也发生振动，与主系统1之间产生相对运动。惯容器沿着齿条5的直线运动使得与其啮合的第一小齿轮6发生转动，从而带动同轴的大齿轮7发生转动，与大齿轮7啮合的第二小齿轮8也发生转动，带动同轴的飞轮9产生转动。飞轮9转动的惯性力提供了传统非线性能量汇中质量块所提供的惯性力。惯容器能够通过转动实现质量放大，与传统非线性能量汇中的质量块实现同样的减振效果，但本发明中惯容器的质量比较小。因此，本发明非线性能量汇能够有效地降低质量，适用于对质量要求苛刻、减振性能要求高的工程领域。

Claims (4)

1.一种非线性能量汇，其特征在于，包括主系统（1）、导轨（2）、非线性弹簧（3）、粘性阻尼器（4）、齿条（5）和惯容器，所述导轨（2）左右对称布置，其上端与需要减振的主系统（1）固定连接，所述惯容器套接在两根导轨（2）下端，能够沿导轨（2）上下移动；所述非线性弹簧（3）一端连接在导轨（2）上，另一端连接在齿条（5）上，所述齿条（5）上端与主系统（1）固定连接，下端与惯容器连接；所述粘性阻尼器（4）前后对称布置，其上端与主系统（1）固定连接，下端与惯容器连接。
2.根据权利要求1所述的非线性能量汇，其特征在于，所述惯容器内部包括第一小齿轮（6），大齿轮（7），第二小齿轮（8）和飞轮（9），所述第一小齿轮（6）与大齿轮（7）同轴转动，所述第二小齿轮（8）与飞轮（9）同轴转动，所述齿条（5）与第一小齿轮（6）啮合，大齿轮（7）与第二小齿轮（8）啮合；当主系统（1）振动时，通过齿条齿轮将惯容器与主系统（1）的相对位移转化为飞轮（9）的旋转，使用飞轮（9）转动的惯性力来代替质量块的作用，达到减振的目的。
3.根据权利要求1所述的非线性能量汇，其特征在于，所述粘性阻尼器（4）由两块长方形的约束钢板中间黏结粘性阻尼层组成，其中一块约束钢板的上端与主系统（1）连接，另一块约束钢板的下端与惯容器连接。
4.根据权利要求1所述的非线性能量汇，其特征在于，所述非线性弹簧（3）为拉紧的钢丝绳。
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