CN115059726B - 一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，为一对夹具通过第一螺栓两端夹紧固定梁，在梁的两侧面分别放置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁通过吸引力固定在梁的中间，在第一磁铁的左边设置第一偏置磁铁，在第二磁铁的右边设置第二偏置磁铁；所述第一偏置磁铁和第二偏置磁铁通过第二螺栓固定在固定板上，所述固定板通过第三螺栓与底板固定，并对称布置在梁的左右两侧；所述夹具通过第四螺栓与底板固定，底板中间开有通槽，用来连接待减振系统。本发明利用磁铁‑固支梁构造的三稳态非线性吸振装置，实现对微幅振动的抑制，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。

Description

一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置
技术领域
本发明涉及被动振动控制技术领域，具体为一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置。
背景技术
在机械设备运转的过程中，振动是普遍存在的，振动会降低仪器的精度，导致设备磨损，引发故障。如何消除振动产生的消极影响，保证机器设备的正常运行，引发了人们的广泛关注。线性动力吸振器由于结构简单，被人们广泛使用，但是其减振频带窄，当外激励频率变化时，减振效果将变差。非线性能量汇的提出解决了这一问题，由于其具有靶向能量传递的能力，无线性刚度，所以能够宽频吸振。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三稳态非线性吸振装置，通过在固支梁中间固定一对磁铁，并在其左右两端各对称布置一块偏置磁铁，通过调节固定磁铁与偏置磁铁的对称距离和偏置距离，可以得到一个三稳态非线性吸振装置，达到抑制振动的目的，该装置结构简单，抑制频带宽。
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三稳态非线性吸振装置，为一对夹具通过第一螺栓两端夹紧固定梁，在梁的两侧面分别放置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁通过吸引力固定在梁的中间，在第一磁铁的左边设置第一偏置磁铁，在第二磁铁的右边设置第二偏置磁铁；所述第一偏置磁铁和第二偏置磁铁通过第二螺栓固定在固定板上，所述固定板通过第三螺栓与底板固定，并对称布置在梁的左右两侧；所述夹具通过第四螺栓与底板固定，底板中间开有通槽，用来连接待减振系统。
所述第一磁铁和第二磁铁的中间轴线与第一偏置磁铁和第二偏置磁铁的中间轴线处于同一高度。
所述第一磁铁和第二磁铁的磁极相反，相互吸引，所述第一磁铁与第一偏置磁铁、第二磁铁与第二偏置磁铁的磁极相同，相互排斥。
所述的第一磁铁和第二磁铁，其质量之和占待减振系统质量的1％。
所述第一偏置磁铁和第二偏置磁铁形状和材质相同。
所述固定板，夹具，底板均为轻质尼龙材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用磁铁-固支梁构造的三稳态非线性吸振装置，实现对微幅振动的抑制，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是本发明一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置结构示意图。
图2是本发明三稳态非线性吸振装置的恢复力随位移的变化曲线。
图3是本发明三稳态非线性吸振装置的势能随位移的变化曲线。
图4是本发明实施例单自由度系统振动抑制示意图。
图5是附加本发明的三稳态非线性吸振装置前、后单自由度系统的幅频响应曲线。
图6是附加本发明的三稳态非线性吸振装置后，三稳态非线性吸振装置在共振区的时程响应。
其中：11、梁，12、第二磁铁，13、第一磁铁，14、第一偏置磁铁，15、第二偏置磁铁，21、固定板，22、第二螺栓，23、第三螺栓，31、夹具，32、第一螺栓，33、第四螺栓，34、底板。
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三稳态非线性吸振装置，所述装置为一对夹具31通过第一螺栓32两端夹紧固定梁11，在梁11的两侧面分别放置第一磁铁13和第二磁铁12，第一磁铁13和第二磁铁12通过吸引力固定在梁11的中间，在第一磁铁13的左边设置第一偏置磁铁14，在第二磁铁12的右边设置第二偏置磁铁15；所述第一偏置磁铁14和第二偏置磁铁15通过第二螺栓22固定在固定板21上，所述固定板21通过第三螺栓23与底板34固定，并对称布置在梁11的左右两侧；所述夹具31通过第四螺栓33与底板34固定，底板34中间开有通槽，用来连接待减振系统。
所述第一磁铁13和第二磁铁12的中间轴线与第一偏置磁铁14和第二偏置磁铁15的中间轴线处于同一高度。
所述第一磁铁13和第二磁铁12的磁极相反，相互吸引，所述第一磁铁13与第一偏置磁铁14、第二磁铁12与第二偏置磁铁15的磁极相同，相互排斥。
所述的第一磁铁13和第二磁铁12，其质量之和占待减振系统质量的1％。
所述第一偏置磁铁14和第二偏置磁铁15形状和材质相同。
所述固定板21，夹具31，底板34均为轻质尼龙材料。
如图2和图3所示，本发明的三稳态非线性吸振装置中存在A，C和E三个稳定平衡点，B和D两个不稳定平衡点。三稳态非线性吸振装置的磁铁可以在三个稳定平衡点之间做大幅的混沌井间振荡，从而快速耗散待减振系统传至三稳态非线性吸振装置的能量。
如图4所示，以单自由度为例，本发明装置固定在单自由度待减振系统上端。底部受到外激励作用使得板簧产生水平方向的刚度，并作用在待减振系统上，带动本装置一起振动。
如图5所示，为附加本发明的三稳态非线性吸振装置前、后主系统的幅频响应曲线，可以看出，在附加三稳态非线性吸振装置后，主系统在共振区的最大幅值由0.78mm左右降低至0.4mm左右，振动抑制效率达到了40％以上。说明了本发明的三稳态非线性吸振装置有一定的宽频抑制振动能力。
图6是附加本发明的三稳态非线性吸振装置后，三稳态非线性吸振装置的中间固定磁铁在共振区的时程响应，可以看到，三稳态非线性吸振器在共振区在三个稳定位置做大幅混沌的井间跳动。
本发明的一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，抑制振动过程如下：当外激励作用在待减振系统上时，待减振系统产生振动。当待减振系统附加本发明的三稳态非线性吸振装置后，由于待减振系统的振动能量单方向的传递至三稳态非线性吸振装置中，引起了三稳态非线性吸振器的中间固定磁铁在水平方向上做大幅混沌的井间跳动，将待减振系统传来的能量快速耗散，从而抑制了待减振系统的振动。
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 (5)

1.一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，其特征在于，所述装置为一对夹具(31)通过第一螺栓(32)两端夹紧固定梁(11)，在梁(11)的两侧面分别放置第一磁铁(13)和第二磁铁(12)，第一磁铁(13)和第二磁铁(12)通过吸引力固定在梁(11)的中间，在第一磁铁(13)的左边设置第一偏置磁铁(14)，在第二磁铁(12)的右边设置第二偏置磁铁(15)；所述第一偏置磁铁(14)和第二偏置磁铁(15)通过第二螺栓(22)固定在固定板(21)上，所述固定板(21)通过第三螺栓(23)与底板(34)固定，并对称布置在梁(11)的左右两侧；所述夹具(31)通过第四螺栓(33)与底板(34)固定，底板(34)中间开有通槽，用来连接待减振系统，其中，所述第一磁铁(13)和第二磁铁(12)的磁极相反，相互吸引，所述第一磁铁(13)与第一偏置磁铁(14)的磁极相同、第二磁铁(12)与第二偏置磁铁(15)的磁极相同，相互排斥；
其中，抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置固定在单自由度待减振系统上端，待减振系统的振动能量单方向的传递至三稳态非线性吸振装置中，引起三稳态非线性吸振装置的第一磁铁(13)和第二磁铁(12)在水平方向上做大幅混沌的井间跳动，将待减振系统传来的能量快速耗散，从而抑制待减振系统的振动。
2.根据权利要求1所述的一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，其特征在于，所述第一磁铁(13)和第二磁铁(12)的中间轴线与第一偏置磁铁(14)和第二偏置磁铁(15)的中间轴线处于同一高度。
3.根据权利要求1所述的一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，其特征在于，所述的第一磁铁(13)和第二磁铁(12)，其质量之和占待减振系统质量的1％。
4.根据权利要求1所述的一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，其特征在于，所述第一偏置磁铁(14)和第二偏置磁铁(15)形状和材质相同。
5.根据权利要求1所述的一种抑制微幅振动的三稳态非线性吸振装置，其特征在于，所述固定板(21)，夹具(31)，底板(34)均为轻质尼龙材料。
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