CN110939673B - 一种耦合分段刚度的非线性减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合分段刚度的非线性减振装置，包括固定框架、非线性减振装置、分段弹簧装置，所述固定框架由底板、左右两侧的固定螺栓，前后端挡板以及导杆组成，所述非线性减振装置由左右两侧的线性弹簧和所连接的质量块组成，所述分段弹簧装置由螺纹丝杆、弹簧和顶片组成。本发明不仅有较宽的减振频带，减振效果更好，结构简单、易于实现，具有广泛的应用前景。

Description

一种耦合分段刚度的非线性减振装置
技术领域
本发明涉及被动振动控制技术领域，具体为一种耦合分段刚度的非线性减振装置。
背景技术
生活中，振动广泛地存在我们的身边。特别在工程中，如果对振动不加以控制，很可能会引发重大的问题，导致灾难性的后果。为了减小振动对结构的损伤，许多振动抑制技术被研究。质量调谐阻尼（TMD）由于其结构简单而被应用较广的一种被动减振装置，然而它只能在较窄的频率范围内有效地抑制主结构的振动，不能实现宽频减振。因此，非线性能量阱被提出以克服TMD吸振频率窄的问题实现宽频减振，并且非线性能量阱能够实现能量的靶向转移，具有更好的鲁棒性。然而，人们的需求不断地提升，对非线性减振器的减振效果有更高的要求，因而需要新颖的非线性减振装置增强振动抑制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种耦合分段刚度的非线性减振装置，调节分段弹簧控制顶片与质量块之间的间隙，提高现有非线性的减振效率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种耦合分段刚度的非线性减振装置，包括固定框架、非线性减振装置、分段弹簧装置；所述固定框架为前挡板和后挡板固定在底板上，两个固定螺栓装配在底板的左右两侧，两根导杆通过螺母固定在前挡板和后挡板上；所述非线性减振装置为左右两侧的线性弹簧的两端分别与固定螺栓以及固定在质量块两侧的固定销连接，导杆贯穿质量块，且质量块能在导杆上滑动；所述分段弹簧装置前后布置，安装在前挡板和后挡板上。
所述固定框架中的前挡板、后挡板、左右两侧固定螺栓、两根导杆，非线性减振装置中的两根线性弹簧以及分段弹簧装置为对称设计，分别呈对称结构固定。
所述的非线性减振装置的立方刚度由初始状态保持原长的左右两侧线性弹簧实现。
所述分段弹簧装置为螺纹丝杆和顶片分别固定于弹簧的两端，螺纹丝杆分别装配到前挡板和后挡板上，顶片一端悬空，旋动螺纹丝杆来调节顶片与质量块之间的间隙大小。
所述的分段弹簧装置中的弹簧为锥形弹簧或圆柱弹簧，实现非线性或线性刚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将分段弹簧装置耦合到非线性减振装置，实现对结构振动的抑制。这种装置不仅适用于单频激励，还适用于复杂的激励环境。对于多模态叠加的弹性结构，该装置也能有效地抑制所有模态的振动。此外，相比不包含分段刚度非线性减振装置，该装置有更好的振动抑制效果。这种装置结构简单，加工成本低，适用范围广。
附图说明
图1是本发明一种耦合分段刚度的非线性减振装置。
图2是本发明实施例单自由度系统振动抑制示意图。
图3是本发明实施例弹性梁结构振动抑制示意图。
其中：1、固定框架，2、非线性减振装置，3、分段弹簧装置，4、主质量，5、板簧，6、弹性梁，7、固定支座，11、固定底板，12、前挡板，13、后挡板，14、固定螺栓，15、导杆，16、螺母，21、线性弹簧，22、固定销，23、质量块，31、顶片，32、弹簧，33、螺纹丝杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细、完整地说明。
如图1所示，一种耦合分段刚度的非线性减振装置，包括固定框架1、非线性减振装置2、分段弹簧装置3；所述固定框架1为前挡板12和后挡板13固定在底板11上，两个固定螺栓14装配在底板11的左右两侧，两根导杆15通过螺母16固定在前挡板12和后挡板13上；所述非线性减振装置2为左右两侧的线性弹簧21的两端分别与固定螺栓14以及固定在质量块23两侧的固定销22连接，导杆15贯穿质量块23，且质量块23能在导杆15上滑动；所述分段弹簧装置3前后布置，安装在前挡板12和后挡板13上。
所述固定框架1中的前挡板12、后挡板13、左右两侧固定螺栓14、两根导杆15，非线性减振装置2中的两根线性弹簧21以及分段弹簧装置3为对称设计，分别呈对称结构固定。
所述的非线性减振装置2的立方刚度由初始状态保持原长的左右两侧线性弹簧21实现。
所述分段弹簧装置3为螺纹丝杆33和顶片31分别固定于弹簧32的两端，螺纹丝杆33分别装配到前挡板12和后挡板13上，顶片31一端悬空，旋动螺纹丝杆33来调节顶片31与质量块23之间的间隙大小。所述的顶片31材料为橡胶。
所述的分段弹簧装置3中的弹簧32为锥形弹簧或圆柱弹簧，实现非线性或线性刚度。
本发明一种耦合分段刚度的非线性减振装置的工作过程如下：
如图2所示，以单自由度系统为例，本发明装置固定在单自由度系统主质量4上端。底部受外力振动使板簧5产生水平方向的刚度作用在主质量4上，并带动本装置一起振动。由于惯性力，质量块23在两侧弹簧21作用下在导杆15上往复运动，产生的反力始终作用在主质量4上，抑制主质量4的振动。通过旋转螺纹丝杆33调节顶片31与质量块23之间的间隙，使质量块23与顶片31不连续接触，当质量块23与顶片31接触时，质量块23对弹簧32施加一个反力，通过固定框架1传递到主质量4上。
如图3所示，以弹性梁系统为例，本发明装置固定在弹性梁6中间部位。弹性梁6在外力作用下产生水平方向的振动，并带动本装置一起振动。由于惯性力，质量块23在两侧弹簧21作用下在导杆15上往复运动，产生的反力始终作用在弹性梁6上，抑制弹性梁6的振动。通过旋转螺纹丝杆33调节顶片31与质量块23之间的间隙，使质量块23与顶片31不连续接触，当质量块23与顶片31接触时，质量块23对弹簧32施加一个反力，通过固定框架1传递到弹性梁6上。

Claims (6)

1.一种耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，包括固定框架(1)、非线性减振装置(2)、分段弹簧装置(3)；所述固定框架(1)为前挡板(12)和后挡板(13)固定在底板(11)上，两个固定螺栓(14)装配在底板(11)的左右两侧，两根导杆(15)通过螺母(16)固定在前挡板(12)和后挡板(13)上；所述非线性减振装置(2)为左右两侧的线性弹簧(21)的两端分别与固定螺栓(14)以及固定在质量块(23)两侧的固定销(22)连接，导杆(15)贯穿质量块(23)，且质量块(23)能在导杆(15)上滑动；所述分段弹簧装置(3)前后布置，安装在前挡板(12)和后挡板(13)上。
2.根据权利要求1所述的耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，所述固定框架(1)中的前挡板(12)、后挡板(13)、左右两侧固定螺栓(14)、两根导杆(15)，非线性减振装置(2)中的两根线性弹簧(21)以及分段弹簧装置(3)为对称设计，分别呈对称结构固定。
3.根据权利要求1所述的耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，所述的非线性减振装置(2)的立方刚度由初始状态保持原长的左右两侧线性弹簧(21)实现。
4.根据权利要求1所述的耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，所述分段弹簧装置(3)为螺纹丝杆(33)和顶片(31)分别固定于弹簧(32)的两端，螺纹丝杆(33)分别装配到前挡板(12)和后挡板(13)上，顶片(31)一端悬空，旋动螺纹丝杆(33)来调节顶片(31)与质量块(23)之间的间隙大小；并且间隙连续可调，并能防止质量块振动过大损坏减振装置。
5.根据权利要求4所述的耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，所述的顶片(31)材料为橡胶。
6.根据权利要求1所述的耦合分段刚度的非线性减振装置，其特征在于，所述的分段弹簧装置(3)中的弹簧(32)为锥形弹簧或圆柱弹簧，实现非线性或线性刚度。
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