CN110259881A - 一种动力吸振器 - Google Patents

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申永军
邢海军
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Abstract

本发明涉及一种动力吸振器，属于振动控制设备技术领域，其包括丝杠螺母、丝杠、支撑座组件、扭转弹簧、扭转阻尼、转子组件和转子座组件；丝杠一端和丝杠螺母旋转配合，丝杠另一端通过贯穿支撑座组件中的轴承一与支撑座组件形成转动连接，且丝杠另一端通过支撑座组件上的限位件与轴承一保持轴向位置不变；转子座组件与支撑座组件固定连接，转子组件包括轴承二和转子，轴承二安装于转子座组件内，安装在轴承二中的转子通过轴承二与转子座组件形成转动连接，扭转弹簧和扭转阻尼并联连接在丝杠另一端和转子之间；丝杠螺母、丝杠、扭转弹簧、扭转阻尼和转子组件中的转子同轴安装；本发明可以增加动力吸振器的有效质量，提升设备减振性能。

Description

一种动力吸振器
技术领域
本发明涉及一种动力吸振器，属于振动控制设备技术领域。
背景技术
动力吸振器是振动控制领域中一种常见的减振设备，其基本原理是在受控对象(主系统)上附加一个子结构(即动力吸振器)，通过合理选择子结构的形式、参数以及耦合关系来抑制主系统振幅。传统的动力吸振器由弹簧、阻尼以及附加质量组成，当动力吸振器满足最优参数时，增大附加质量可以提升减振效果，但是也会使吸振器整体结构变得复杂。为了避免增加过多的质量，通常会限制质量比在0.2以下，所述质量比即附加质量与主系统质量的比值。对于一些高层建筑和桥梁结构，通过小型化动力吸振器，质量比会控制在0.01或更小的范围内。传统的动力吸振器，如Voigt式动力吸振器在小质量比情况下很难达到满意的减振效果，并且当系统参数偏离最优参数时减振性能会显著恶化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种减振性能优异的动力吸振器。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种动力吸振器，其包括丝杠螺母、丝杠、支撑座组件、扭转弹簧、扭转阻尼、转子组件和转子座组件；所述丝杠一端和丝杠螺母旋转配合，所述丝杠另一端通过贯穿支撑座组件中的轴承一与支撑座组件形成转动连接，且丝杠另一端通过支撑座组件上的限位件与轴承一保持轴向位置不变；
所述转子座组件与支撑座组件固定连接，所述转子组件包括轴承二和转子，所述轴承二安装于转子座组件内，安装在轴承二中的转子通过轴承二与转子座组件形成转动连接，所述扭转弹簧和扭转阻尼并联连接在丝杠另一端和转子之间；
所述丝杠螺母、丝杠、扭转弹簧、扭转阻尼和转子组件中的转子同轴安装。
进一步的，所述丝杠螺母本体或经上固定支座与受控对象相连接，所述转子座组件本体或经下固定支座与固定位置或地面相连接。
进一步的，所述支撑座组件包括轴承座、安装在轴承座的轴承孔中的轴承一和限位件；所述轴承座的轴肩端面、轴承一外圈端面和限位件依次接触实现轴承一的轴向定位，所述限位件在轴承一内圈端面两侧卡套丝杠实现支撑座组件在丝杠上轴向限位不变。
进一步的，所述支撑座组件包括轴承座、安装在轴承座的轴承孔中的轴承一和限位件；所述限位件包括与支撑座组件中轴承座连接的压板、分别位于轴承一内圈端面两侧的轴环一和套筒二、以及与贯穿出轴承一的丝杠另一端紧配合的锁紧螺母；
所述轴承座的轴肩端面、轴承一外圈端面、压板上的凸台依次接触实现轴承一的轴向定位；
所述轴环一端面、轴承一内圈端面、套筒二端面、锁紧螺母端面依次接触实现支撑座组件在丝杠上轴向限位不变。
进一步的，所述丝杠另一端与锁紧螺母内壁螺纹连接。
进一步的，所述锁紧螺母侧面设有螺纹通孔，止动螺钉贯穿螺纹通孔实现丝杠另一端与锁紧螺母紧配合。
进一步的，所述转子组件还包括轴环二和挡板；轴环二与转子一端过盈配合，挡板与贯穿轴承二的转子另一端连接；所述轴环二端面、轴承二内圈端面、挡板端面依次接触实现轴承二轴向定位。
进一步的，所述转子座组件包括转子室、套筒一和与转子室盖合固定的闷盖；所述转子室内的轴肩端面、轴承二外圈端面、套筒一端面与闷盖上的凸沿依次接触实现对转子组件轴向定位。
进一步的，所述轴承一为角接触轴承，所述轴承二为深沟球轴承。
进一步的，本发明还包括行程室，所述行程室罩在丝杠和丝杠螺母的连接端，且和丝杠螺母固定连接。
进一步的，所述行程室上设置有上固定支座，所述丝杠螺母通过行程室上的上固定支座与受控对象相连接。
进一步的，所述丝杠为滚珠丝杠。
本发明的有益效果如下：
本发明提出了一种动力吸振器，可以增加动力吸振器的有效质量，提升设备减振性能。
与传统动力吸振器相比，本发明将丝杠作为力放大机构引入了动力吸振器，通过扭转弹簧与扭转阻尼连接丝杠与转子，将受控对象的直线运动转换为旋转运动。丝杠放大了转子的惯性与扭转弹簧和扭转阻尼作用于受控对象的力，进而增大了吸振器的有效质量，提升了吸振器的减振性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中支撑座组件的结构示意图。
图3为本发明中锁紧螺母的仰视图。
图4为本发明中压板的仰视图。
图5为本发明中转子组件的结构示意图。
图6为本发明的工作状态示意图。
图7为含有本发明的振动系统示意图。
图8为本发明与传统Voigt动力吸振器在相同的附加质量并取最优参数时的幅频响应曲线图。
其中：1、上固定支座；2、行程室；3、丝杠螺母；4、丝杠；5、支撑座组件；501、轴环一；502、轴承座；503、压板；504、轴承一；505、套筒二；506、锁紧螺母；507、凸台；508、轴肩端面；509、螺纹通孔；6、扭转弹簧；7、转子组件；701、转子；702、轴环二；703、轴承二；704、挡板；8、闷盖；801、凸沿；9、下固定支座；10、套筒一；11、转子室；12、扭转阻尼；13、受控对象；14、主系统刚度一；15、主系统刚度二；16、转子座组件。
具体实施方式
为使本发明的技术方案与要点更加明确，下面结合图1-图8和具体实例对发明进行完整的描述。
如图1-图7所示，实施例1涉及一种动力吸振器，其包括丝杠螺母3、丝杠4、支撑座组件5、扭转弹簧6、扭转阻尼12、转子组件7和转子座组件16；所述丝杠4一端和丝杠螺母3旋转配合，所述丝杠4另一端通过贯穿支撑座组件5中的轴承一504与支撑座组件5形成转动连接，且丝杠4另一端通过支撑座组件5上的限位件与轴承一504保持轴向位置不变；
所述转子座组件16与支撑座组件5固定连接，所述转子组件7包括轴承二703和转子701，所述轴承二703安装于转子座组件16内，安装在轴承二703中的转子701通过轴承二703与转子座组件16形成转动连接，所述扭转弹簧6和扭转阻尼12并联连接在丝杠4另一端和转子701之间；
所述丝杠螺母3、丝杠4、扭转弹簧6、扭转阻尼12和转子组件7中的转子701同轴安装。
在使用过程中，所述丝杠螺母3本体或经上固定支座1与受控对象相连接，所述转子座组件16本体或经下固定支座9与固定位置或地面相连接。
丝杠4下端延伸至转子室11，扭转弹簧6和扭转阻尼12的两端分别与转子701上端和丝杠4下端相连。扭转弹簧6和扭转阻尼12与丝杠4和转子701应同轴安装。
如图1-图7所示，实施例2涉及一种动力吸振器，在实施例1的基础上，所述支撑座组件5包括轴承座502、安装在轴承座502的轴承孔中的轴承一504和限位件；所述轴承座502的轴肩端面508、轴承一504外圈端面和限位件依次接触实现轴承一504的轴向定位，所述限位件在轴承一504内圈端面两侧卡套丝杠4实现支撑座组件5在丝杠4上轴向限位不变。
如图1-图7所示，实施例3涉及一种动力吸振器，在实施例1的基础上，所述支撑座组件5包括轴承座502、安装在轴承座502的轴承孔中的轴承一504和限位件；所述限位件包括与支撑座组件5中轴承座502连接的压板503、分别位于轴承一504内圈端面两侧的轴环一501和套筒二505、以及与贯穿出轴承一504的丝杠4另一端紧配合的锁紧螺母506；
所述轴承座502的轴肩端面508、轴承一504外圈端面、压板503上的凸台507依次接触实现轴承一504的轴向定位；
所述轴环一501端面、轴承一504内圈端面、套筒二505端面、锁紧螺母506端面依次接触实现支撑座组件5在丝杠4上轴向限位不变。
转子室11设有螺纹盲孔，支撑座组件5中的压板503设有通孔，转子室11与支撑座组件5通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。
如图2、4所示，轴承座502设有轴承孔、轴肩与螺纹盲孔，压板503设有凸台与通孔，轴承座502轴肩端面、轴承一504外圈端面、压板503凸台依次接触实现轴承一504的轴向定位。轴承座502与压板503通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。轴承一504可为角接触轴承。
如图1-图7所示，实施例4涉及一种动力吸振器，在实施例2或实施例3的基础上，所述丝杠4另一端与锁紧螺母506内壁螺纹连接。
锁紧螺母506与丝杠4下端螺纹处形成螺纹连接固定支撑座组件5。
如图1-图7所示，实施例5涉及一种动力吸振器，在实施例2或实施例3或实施例4的基础上，所述锁紧螺母506侧面设有螺纹通孔509，止动螺钉贯穿螺纹通孔509实现丝杠4另一端与锁紧螺母506紧配合。
锁紧螺母506上设有两个螺纹通孔与止动螺钉配合使用实现防松。
如图1-图7所示，实施例6涉及一种动力吸振器，在上述实施例的基础上，所述转子组件7还包括轴环二702和挡板704；轴环二702与转子701一端过盈配合，挡板704与贯穿轴承二703的转子701另一端连接；所述轴环二702端面、轴承二703内圈端面、挡板704端面依次接触实现轴承二703轴向定位。
转子701设有螺纹盲孔，挡板704设有通孔，转子701与挡板704通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。
如图1-图7所示，实施例7涉及一种动力吸振器，在上述实施例的基础上，所述转子座组件16包括转子室11、套筒一10和与转子室11盖合固定的闷盖8；如图1、5所示，转子组件7通过轴承二703与转子室11形成转动连接。轴承二703可为深沟球轴承。转子室11下端设有轴承孔与轴肩，闷盖8设有凸台。
所述转子室11内的轴肩端面、轴承二703外圈端面、套筒一10端面与闷盖8上的凸沿801依次接触实现对转子组件7轴向定位。
转子室11设有螺纹盲孔，支撑座组件5中的压板503设有通孔，转子室11与支撑座组件5通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。
转子室11设有螺纹盲孔，闷盖8设有通孔，转子室11与闷盖8通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。
进一步的，所述轴承一504为角接触轴承，所述轴承二703为深沟球轴承。
如图1、图6、图7所示，本发明还包括行程室2，所述行程室2罩在丝杠4和丝杠螺母3的连接端，丝杠螺母3设有通孔，行程室2设有螺纹盲孔，丝杠螺母3与行程室2通过通孔与螺纹盲孔形成螺纹连接。
如图7所示，本发明的技术方案在振动系统中工作时上固定支座1与受控对象13相连接，下固定支座9与固定位置或地面相连接。
所述行程室2上设置有上固定支座1，所述丝杠螺母3通过行程室2上的上固定支座1与受控对象相连接。
如图6所示，其技术方案在工作状态时运动传递路线为：受控对象13将振动传递给行程室2→行程室2与丝杠螺母3相连接进行上下运动→滚珠丝杠4转动→扭转弹簧6与扭转阻尼12带动转子701转动。
本发明工作过程及原理如下：
图7为本发明安装在振动系统时的示意图，本发明在振动系统中工作时转子701的惯性与丝杠4的转动都会使扭转弹簧6与扭转阻尼12产生形变，因形变产生的力则会通过滚珠丝杠放大并传递给受控对象13，从而抑制受控对象13的振幅。
假设滚珠丝杠的导程为S，令丝杠螺母受到的轴向力Fa与丝杠产生的转矩Ta的关系为Fa＝LTa。图7中受控对象质量为m，激振力f0(t)＝Fcos(ωt)，m产生的位移为x，受控对象刚度为k1。转子的转动弧度与转动惯量为分别为θ与I，扭转弹簧和扭转阻尼器的刚度与阻尼分别为k2与c，则图7中振动系统的微分方程为：
根据式(1)可以得到主系统受控对象的振幅放大因子A
其中，X1为受控对象的振幅；
为受控对象的静位移；
为固有频率比；
为归一化频率；
为转动惯量与质量比；
主系统固有频率；
吸振器固有频率；
临界阻尼比。
根据固定点理论可以得到本发明动力吸振器的最优频率比最优阻尼比以及主系统最大振幅
图8为在主系统参数相同、吸振器的附加质量大小相等以及吸振器取最优参数时，本发明吸振器与传统Voigt式吸振器的主系统的幅频响应曲线图。
从图8中可以看出在相同的附加质量下本发明的动力吸振器减振性能更加优异，能够有效抑制受控对象振幅。
表1 主系统参数
表2 Voigt式动力吸振器参数
表3 本发明动力吸振器参数
所述主系统受控对象的振幅放大因子A的推导过程如下：
图7中振动系统的微分方程为
引入参数：
式(1a)可以写为
设解为复数形式x1(t)＝X1eiωt和x2(t)＝X2eiωt，将激振力也写作复数形式f0(t)＝Feiωt，式(2a)可整理为
从而可以求得
其中
引入参数
将式(4a)用实振幅形式表示，可得到主系统振幅放大因子A
Voigt式动力吸振器主系统的振幅放大因子形式为
比较两种吸振器的振幅放大因子式(6a)与式(7a)可以发现，除了每个参数μ前多出了L2项以外，式(6a)与式(7a)相同。令L2μ＝S，根据Voigt式动力吸振器的最优参数公式，可以将本发明动力吸振器的最优参数写出
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力吸振器，其特征在于，其包括丝杠螺母(3)、丝杠(4)、支撑座组件(5)、扭转弹簧(6)、扭转阻尼(12)、转子组件(7)和转子座组件(16)；
所述丝杠(4)一端和丝杠螺母(3)旋转配合，所述丝杠(4)另一端通过贯穿支撑座组件(5)中的轴承一(504)与支撑座组件(5)形成转动连接，且丝杠(4)另一端通过支撑座组件(5)上的限位件与轴承一(504)保持轴向位置不变；
所述转子座组件(16)与支撑座组件(5)固定连接，所述转子组件(7)包括轴承二(703)和转子(701)，所述轴承二(703)安装于转子座组件(16)内，安装在轴承二(703)中的转子(701)通过轴承二(703)与转子座组件(16)形成转动连接，所述扭转弹簧(6)和扭转阻尼(12)并联连接在丝杠(4)另一端和转子(701)之间；
所述丝杠螺母(3)、丝杠(4)、扭转弹簧(6)、扭转阻尼(12)和转子组件(7)中的转子(701)同轴安装。
2.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述丝杠螺母(3)本体或经上固定支座(1)与受控对象相连接，所述转子座组件(16)本体或经下固定支座(9)与固定位置或地面相连接。
3.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述支撑座组件(5)包括轴承座(502)、安装在轴承座(502)的轴承孔中的轴承一(504)和限位件；所述轴承座(502)的轴肩端面(508)、轴承一(504)外圈端面和限位件依次接触实现轴承一(504)的轴向定位，所述限位件在轴承一(504)内圈端面两侧卡套丝杠(4)实现支撑座组件(5)在丝杠(4)上轴向限位不变。
4.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述支撑座组件(5)包括轴承座(502)、安装在轴承座(502)的轴承孔中的轴承一(504)和限位件；所述限位件包括与支撑座组件(5)中轴承座(502)连接的压板(503)、分别位于轴承一(504)内圈端面两侧的轴环一(501)和套筒二(505)、以及与贯穿出轴承一(504)的丝杠(4)另一端紧配合的锁紧螺母(506)；
所述轴承座(502)的轴肩端面(508)、轴承一(504)外圈端面、压板(503)上的凸台(507)依次接触实现轴承一(504)的轴向定位；
所述轴环一(501)端面、轴承一(504)内圈端面、套筒二(505)端面、锁紧螺母(506)端面依次接触实现支撑座组件(5)在丝杠(4)上轴向限位不变。
5.根据权利要求4所述的动力吸振器，其特征在于，所述丝杠(4)另一端与锁紧螺母(506)内壁螺纹连接。
6.根据权利要求4或5所述的动力吸振器，其特征在于，所述锁紧螺母(506)侧面设有螺纹通孔(509)，止动螺钉贯穿螺纹通孔(509)实现丝杠(4)另一端与锁紧螺母(506)紧配合。
7.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述转子组件(7)还包括轴环二(702)和挡板(704)；轴环二(702)与转子(701)一端过盈配合，挡板(704)与贯穿轴承二(703)的转子(701)另一端连接；所述轴环二(702)端面、轴承二(703)内圈端面、挡板(704)端面依次接触实现轴承二(703)轴向定位。
8.根据权利要求1或7所述的动力吸振器，其特征在于，所述转子座组件(16)包括转子室(11)、套筒一(10)和与转子室(11)盖合固定的闷盖(8)；所述转子室(11)内的轴肩端面、轴承二(703)外圈端面、套筒一(10)端面与闷盖(8)上的凸沿(801)依次接触实现对转子组件(7)轴向定位。
9.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述轴承一(504)为角接触轴承，所述轴承二(703)为深沟球轴承。
10.根据权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，还包括行程室(2)，所述行程室(2)罩在丝杠(4)和丝杠螺母(3)的连接端，且和丝杠螺母(3)固定连接。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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Application publication date: 20190920