CN114962519B - 一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，所述装置为质量块通过螺栓固定在梁上，所述梁的一端被固定夹具和第一固定夹板通过第一螺栓夹紧固定，另外一端被滑动夹具和第二固定夹板通过第一螺栓夹紧固定；所述固定夹具通过第二螺栓与直线滑槽板固定，所述滑动夹具能够在直线滑槽板内前后移动；一个螺旋测微头通过固定螺母固定在挡块之中，挡块安装在直线滑槽板上，螺旋测微头的推杆顶住滑动夹具。本发明可以实现对微幅振动的有效抑制，能够有效地宽频吸振，并且结构简单，易于实现，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及被动振动控制技术领域，具体为一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器。
背景技术
在工程实践中，许多振动都是小振幅的，如机床和旋转机械的振动。虽然振幅很小，但也会对机器造成很大的危害。除此之外，微振动也对航天器的分辨率、稳定性和指向精度等性能起着决定性的作用。为了减小振动带来的危害，许多被动减振技术被提出。非线性能量汇由于其具有靶向能量传递的能力，广泛应用于各种工程结构减振当中。但是因为其存在能量阈值，当输入能量低于这个阈值的时候，能量无法进行靶向传递，因此也导致了非线性能量汇对微小振动的抑制效果很差。因此，需要有相应的吸振装置来更有效地抑制微幅振动。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，通过在固支梁的一端施加轴向力，使其屈曲，从而形成双稳态非线性吸振器，降低能量阈值，提高对微幅振动的抑制效率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，所述装置为质量块通过螺栓固定在梁上，所述梁的一端被固定夹具和第一固定夹板通过第一螺栓夹紧固定，另外一端被滑动夹具和第二固定夹板通过第一螺栓夹紧固定；所述固定夹具通过第二螺栓与直线滑槽板固定，所述滑动夹具能够在直线滑槽板内前后移动；一个螺旋测微头通过固定螺母固定在挡块之中，挡块安装在直线滑槽板上，螺旋测微头的推杆顶住滑动夹具。所述滑动夹具与直线滑槽板之间为间隙配合，所述挡块与直线滑槽板之间为过盈配合。
为了尽可能地减小吸振器的质量，所述的固定夹具，滑动夹具，挡块，夹板和直线滑槽轨道均为尼龙轻型材质。
所述的质量块通过螺栓和螺母固定在梁的中间，其质量占待减振系统质量的1％。
旋转所述的螺旋测微头，其推杆推动滑动夹具在直线滑槽轨道中移动，从而给梁施加轴向力，使梁发生屈曲，形成双稳态非线性吸振系统；通过旋转螺旋测微头，即可调节双稳态非线性吸振器的势垒深度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用屈曲梁构建的双稳态非线性吸振器，能在小激励下，触发非线性双稳态吸振器，使其发生大幅的混沌井间振荡，耗散能量，从而实现对微幅振动的抑制，并且能够有效地宽频吸振。这种装置结构简单，易于实现，适用范围广。
附图说明
图1是本发明抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器结构示意图。
图2是本发明抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器的势能随位移变化曲线。
图3是本发明实施例单自由度系统振动抑制示意图。
图4是附加本发明的双稳态非线性吸振器前、后单自由度系统的幅频响应曲线。
图5是附加本发明的双稳态非线性吸振器后，质量块在共振区的时程响应。
其中：11、梁，12、质量块，13、第一螺栓，21、直线滑槽板，22、滑动夹具，23、固定夹具，24、第二螺栓，25、第一固定夹板，26、第三螺栓，31、螺旋测微头，32、挡块，33、固定螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施作进一步详细、完整地说明。
如图1所示，一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，本装置为质量块12通过第一螺栓13固定在梁11上，所述梁11的一端被固定夹具23和第一固定夹板25通过第二螺栓24夹紧固定，另外一端被滑动夹具22和第二固定夹板27通过第二螺栓24夹紧固定；所述固定夹具23通过第三螺栓26与直线滑槽板21固定，所述滑动夹具22能够在直线滑槽板21内前后移动；一个螺旋测微头31通过固定螺母33固定在挡块32之中，挡块32安装在直线滑槽板21上，螺旋测微头31的推杆顶住滑动夹具22。所述滑动夹具22与直线滑槽板21之间为间隙配合，所述挡块32与直线滑槽板21之间为过盈配合。
旋转所述螺旋测微头31，其推杆将推动滑动夹具22在直线滑槽板21内滑动，从而改变梁11的中间屈曲挠度，进而调节双稳态非线性的势垒深度。
所述直线滑槽板21，滑动夹具22，固定夹具23，第一固定夹板25和第二固定夹板27均为尼龙轻型材质。
所述质量块12固定在梁11的中间，其质量占待减振系统质量的1％。
如图2所示，本发明双稳态非线性吸振器的势能曲线，存在两个稳定点，当被减振系统传递至双稳态非线性吸振器的能量大于势垒深度的时候，双稳态非线性吸振器的质量块12将在两个稳定点之间做大幅的井间振荡，从而耗散能量。
如图3所示，以单自由度为例，本发明双稳态非线性吸振器固定在单自由度被减振系统上端。底部受到外激励作用使得板簧产生水平方向的刚度，并作用在被减振系统上，带动本双稳态非线性吸振器一起振动。
如图4所示，为附加本发明的双稳态非线性吸振器前、后被减振系统的幅频响应曲线，可以看出，在附加双稳态非线性吸振器后，通过旋转螺旋测微头31，改变梁11中间屈曲挠度至0.8804mm，被减振系统在共振区的最大幅值由0.36mm的微幅振动左右降低至0.15mm左右，振动抑制效率达到了58％以上。说明了本发明的双稳态非线性吸振器有一定的宽频抑制振动能力。
如图5所示，附加本发明的双稳态非线性吸振器后，质量块12在共振区的时程响应，可以看到，双稳态非线性吸振器的质量块12在两个稳定点之间做大幅混沌的井间振荡，这个过程可以快速耗散被减振系统传递过来的能量，达到抑制振动的效果。
本发明的一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，抑制振动过程如下：当外激励作用在被减振系统上时，被减振系统产生振动。当被减振系统附加本发明的双稳态非线性吸振器后，由于被减振系统的振动能量单方向的传递至双稳态非线性吸振器中，引起了双稳态非线性吸振器的质量块12在水平方向上做大幅混沌的井间振荡，将被减振系统传来的能量快速耗散，从而抑制了被减振系统的振动。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，其特征在于，质量块（12）通过第一螺栓（13）固定在梁（11）上，所述梁（11）的一端被固定夹具（23）和第一固定夹板（25）通过第二螺栓（24）夹紧固定，另外一端被滑动夹具（22）和第二固定夹板（27）通过第二螺栓（24）夹紧固定；所述固定夹具（23）通过第三螺栓（26）与直线滑槽板（21）固定，所述滑动夹具（22）能够在直线滑槽板（21）内前后移动；一个螺旋测微头（31）通过固定螺母（33）固定在挡块（32）之中，挡块（32）安装在直线滑槽板（21）上，螺旋测微头（31）的推杆顶住滑动夹具（22）；
当外激励作用在被减振系统上时，被减振系统产生振动；当被减振系统附加所述的双稳态非线性吸振器后，由于被减振系统的振动能量单方向的传递至双稳态非线性吸振器中，引起了双稳态非线性吸振器的质量块（12）在水平方向上两个稳定点之间做大幅混沌的井间振荡，将被减振系统传来的能量快速耗散，从而抑制了被减振系统的振动；
旋转所述螺旋测微头（31），其推杆将推动滑动夹具（22）在直线滑槽板（21）内滑动，从而改变梁（11）的中间屈曲挠度，进而调节双稳态非线性吸振器的势垒深度。
2.根据权利要求1所述的抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，其特征在于，所述直线滑槽板（21），滑动夹具（22），固定夹具（23），第一固定夹板（25）和第二固定夹板（27）均为尼龙轻型材质。
3.根据权利要求1所述的抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，其特征在于，所述质量块（12）固定在梁（11）的中间，其质量占待减振系统质量的1%。
4.根据权利要求1所述的抑制微幅振动的双稳态非线性吸振器，其特征在于，所述滑动夹具（22）与直线滑槽板（21）之间为间隙配合，所述挡块（32）与直线滑槽板（21）之间为过盈配合。
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