CN115263974A - 一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器 - Google Patents

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卢渊
张红丽
董伟辉
罗文俊
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Abstract

本发明涉及一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，属于减振装置技术领域，包括外套筒以及分别盖在外套筒两端的第一端盖和第二端盖，第一端盖与第二端盖之间转动连接有套管，套管内螺纹配合且贯穿设置有丝杠轴，丝杠轴的两端分别穿过第一端盖和第二端盖并伸出至外套筒外，丝杠轴靠近第一端盖的一端安装有第一连接端子，第二端盖远离第一端盖的一侧安装有第二连接端子，第二连接端子罩在丝杠轴外。该种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器可实现阻尼器中惯容系数和阻尼系数的三级实时调节，是一种阻尼力可调且无需上电或上磁的被动阻尼器。

Description

一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器
技术领域
本发明涉及减振装置技术领域，具体涉及一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器。
背景技术
随着科学技术的不断发展，振动所造成的危害越来越严重。阻尼器以其高耗能、安装方便的特性成为抑制振动的主要措施之一。而在众多阻尼器中，液体粘滞阻尼器作为一种常见的阻尼装置，因具有众多优点，如耗能强、效率高、结构紧凑，所需安装空间小、使用寿命长、性能稳定等，而被广泛应用于各个领域，以减少有害振动。液体粘滞阻尼器是一种速度相关型的耗能装置，主要利用液体的粘性提供阻尼来耗散振动能量，以粘滞材料为阻尼介质的被动速度型耗能减振装置。但是由于液体粘滞阻尼器的阻尼性能由液体的粘性决定，是一种被动阻尼器，其产生的阻尼力不具有可调节的能力，严重制约其发展应用。
目前为了满足各种复杂的减震(振)要求，研究阻尼惯容可调节的惯性阻尼器迫在眉睫。现有的一些阻尼惯容可调节的惯性阻尼器结构形式十分复杂，且大多需要上电或上磁，造价较高。因此，市面上迫切需要一种结构形式简单，便于安装、造价低廉、阻尼力可调且无需上电或上磁的新型阻尼器。
发明内容
本发明旨在于提供一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，包括外套筒以及分别盖在所述外套筒两端的第一端盖和第二端盖，所述第一端盖与所述第二端盖之间转动连接有套管，所述套管内螺纹配合且贯穿设置有丝杠轴，所述丝杠轴的两端分别穿过所述第一端盖和所述第二端盖并伸出至所述外套筒外，所述丝杠轴靠近所述第一端盖的一端安装有第一连接端子，所述第二端盖远离所述第一端盖的一侧安装有第二连接端子，所述第二连接端子罩在所述丝杠轴外，二者之间形成有体积补偿室，所述套管上串有互不接触的第一从动剪切板、主动剪切板和第二从动剪切板，所述第一从动剪切板和所述第二从动剪切板分别对称设置于所述主动剪切板的两侧，其中所述主动剪切板与所述套管固定连接，所述第一从动剪切板和所述第二从动剪切板均与所述套管转动连接，所述主动剪切板将所述外套筒的内部分隔成两个相互独立的空间，两个所述空间内分别充满第二剪切增稠液体和第一剪切增稠液体，其中所述第一从动剪切板浸于所述第一剪切增稠液体内，所述第二从动剪切板浸于所述第二剪切增稠液体内，所述第一剪切增稠液体的起始粘度大于所述第二剪切增稠液体的起始粘度。
在一些实施例中，所述主动剪切板两侧的中心处均环绕所述套管开设有中心槽，所述主动剪切板的两侧还均开设有沿所述套管径向延伸并呈环形阵列排布的多条嵌入槽，每条所述嵌入槽均与所述中心槽连通，且所述中心槽的开设深度大于所述嵌入槽的开设深度，每条所述嵌入槽与所述中心槽的交界处均通过铰接座铰接有活动条板，所述活动条板的一端伸入至所述中心槽内，另一端活动嵌入至所述嵌入槽内，所述主动剪切板与所述第一从动剪切板之间以及所述主动剪切板与所述第二从动剪切板之间的所述套管上均螺纹套设有调节管，所述调节管能够拧入至所述中心槽内并挤压所述活动条板的一端，使所述活动条板的另一端从所述嵌入槽内向外翘起。
在一些实施例中，所述第一端盖和所述第二端盖均与所述外套筒可拆卸连接。
在一些实施例中，所述主动剪切板与所述外套筒的内壁之间设有密封圈，所述密封圈的内侧与所述主动剪切板固定连接，外侧与所述外套筒的内壁滑动贴合。
在一些实施例中，所述套管的两端分别通过第一止推轴承和第二止推轴承来转动连接在所述第一端盖和所述第二端盖上。
在一些实施例中，所述第一从动剪切板和所述第二从动剪切板均通过转动轴承来转动连接在所述套管上。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明为一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，通过利用剪切增稠液体被搅动时，液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而在液体中形成对这种搅动的抵抗力的特性，使得主动剪切板在剪切增稠液体中转动时可以带着从动剪切板一起转动，但由于第一、第二从动剪切板与剪切增稠液体之间的接触面积相同，而第一从动剪切板与主动剪切板之间的第一剪切增稠液体起始粘度比第二从动剪切板与主动剪切板之间的第二剪切增稠液体起始粘度要大，从而导致第一剪切增稠液体开始增稠的临界剪切速率比第二剪切增稠液体要小，进而使得第一从动剪切板比第二从动剪切板要先开始工作，从而实现该惯性阻尼器中惯容系数和阻尼系数的三级实时调节，是一种阻尼力可调且无需上电或上磁的被动阻尼器。
附图说明
图1为本发明实施例1的横断面结构图；
图2为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装轴测图(第一状态)；
图3为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装剖面图(第一状态)；
图4为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装轴测图(第二状态)；
图5为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装剖面图(第二状态)；
图6为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装轴测图(第三状态)；
图7为本发明实施例2中主动剪切板、活动条板、套管以及调节管的组装剖面图(第三状态)。
图中：1、外套筒；2、第一端盖；3、第二端盖；4、第一从动剪切板；5、主动剪切板；501、中心槽；502、嵌入槽；503、活动条板；504、铰接座；6、密封圈；7、第二从动剪切板；8、第二剪切增稠液体；9、第一剪切增稠液体；10、第二止推轴承；11、第一止推轴承；12、转动轴承；13、套管；1301、调节管；14、丝杠轴；15、第二连接端子；16、体积补偿室；17、第一连接端子。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，包括外套筒1以及分别盖在外套筒1两端的第一端盖2和第二端盖3，为了便于检修以及调节外套筒1内的各个部件，第一端盖2和第二端盖3均可与外套筒1可拆卸连接，第一端盖2与第二端盖3之间转动连接有套管13，为了减小套管13转动的阻力，套管13的两端可分别通过第一止推轴承11和第二止推轴承10来与第一端盖2和第二端盖3转动连接，套管13内螺纹配合且贯穿设置有丝杠轴14，丝杠轴14的两端分别穿过第一端盖2和第二端盖3并伸出至外套筒1外，丝杠轴14靠近第一端盖2的一端安装有第一连接端子17，第二端盖3远离第一端盖2的一侧安装有第二连接端子15，第二连接端子15罩在丝杠轴14外，二者之间形成有体积补偿室16，丝杠轴14在套管13内运动时，在螺纹的作用下，将把丝杠轴14的轴向直线运动转换为套管13的旋转运动，体积补偿室16起到了为丝杠轴14提供充足活动空间的作用。
套管13上串有互不接触的第一从动剪切板4、主动剪切板5和第二从动剪切板7，第一从动剪切板4和第二从动剪切板7分别对称设置于主动剪切板5的两侧，其中主动剪切板5与套管13固定连接，第一从动剪切板4和第二从动剪切板7均与套管13转动连接，可将第一从动剪切板4和第二从动剪切板7均通过转动轴承12来转动连接在套管13上，主动剪切板5将外套筒1的内部分隔成两个相互独立的空间，可在主动剪切板5与外套筒1的内壁之间设置密封圈6，并使密封圈6的内侧与主动剪切板5固定连接，外侧与外套筒1的内壁滑动贴合，以确保两个空间互不连通，两个空间内分别充满第二剪切增稠液体8和第一剪切增稠液体9，其中第一从动剪切板4浸于第一剪切增稠液体9内，第二从动剪切板7浸于第二剪切增稠液体8内，主动剪切板5的两侧分别浸于第二剪切增稠液体8和第一剪切增稠液体9内，第一剪切增稠液体9的起始粘度大于第二剪切增稠液体8的起始粘度，另外，优选的，本实施例中，外套筒1呈圆筒状，第一端盖2、第二端盖3、主动剪切板5、第一从动剪切板4和第二从动剪切板7均呈圆盘状，密封圈6呈圆环状。
剪切增稠液体被搅动时，液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而形成对这种搅动的抵抗应力，其计算公式如下：
σ＝K*(γ)n
其中，γ是剪切速率(即搅动速率)，σ是抵抗应力，K为稠度系数，n是牛顿流体的剪切流动指数，由于剪切增稠液体都具备一定的起始粘度，所以剪切增稠液体在未被搅动时就具有一定的起始抵抗应力，因此，剪切增稠液体的实际抵抗应力等于被搅动时所产生的抵抗应力加上其起始抵抗应力，主动剪切板5转动时搅动剪切增稠液体，从而使剪切增稠液体产生抵抗应力，而此时借助剪切增稠液体的实际抵抗应力可带动第一从动剪切板4或第二从动剪切板7转动，要想带动第一从动剪切板4或第二从动剪切板7转动，主动剪切板5就必须达到不同的搅动速率(因为第一剪切增稠液体9和第二剪切增稠液体8的起始粘度不同)，当主动剪切板5的某个搅动速率刚好能够带动第一从动剪切板4或第二从动剪切板7转动时，则此时主动剪切板5的搅动速率称为临界剪切速率，临界剪切速率所产生的实际抵抗应力称为临界抵抗应力。
主动剪切板5的搅动速率越小，剪切增稠液体的实际抵抗应力越小，当主动剪切板5的搅动速率逐渐增大并达到临界剪切速率时，剪切增稠液体的实际抵抗应力将迅速增大几十倍甚至上百倍，且剪切增稠液体的起始粘度越大，要想达到相同的临界抵抗应力，主动剪切板5的临界剪切速率就越小，反之，主动剪切板5的临界剪切速率就越大，并且剪切增稠液体的起始粘度越大，其能够达到的实际抵抗应力的上限就越高，反之其能够达到的实际抵抗应力的上限就越低。
基于上述内容可知，剪切增稠液体被搅动时，液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而在液体中形成对这种搅动的抵抗力的特性，使得主动剪切板5在剪切增稠液体中转动时可以带着从动剪切板一起转动，但由于第一、第二从动剪切板7与剪切增稠液体之间的接触面积相同，而第一从动剪切板4与主动剪切板5之间的第一剪切增稠液体9起始粘度比第二从动剪切板7与主动剪切板5之间的第二剪切增稠液体8起始粘度要大，从而导致第一剪切增稠液体9开始增稠的临界剪切速率比第二剪切增稠液体8要小，进而使得第一从动剪切板4比第二从动剪切板7要先开始工作，从而实现该惯性阻尼器中惯容系数和阻尼系数的三级实时调节，是一种阻尼力可调且无需上电或上磁的被动阻尼器。
具体的，丝杠轴14带动主动剪切板5旋转，主动剪切板5在剪切增稠液体中转动时，剪切增稠液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而在液体中形成对这种转动的抵抗力，从而使得从动剪切板随着主动剪切板5一起转动，但由于第一剪切增稠液体9的起始粘度比第二剪切增稠液体8要大，从而导致第一剪切增稠液体9开始增稠的临界剪切速率比第二剪切增稠液体8要小。当第一剪切增稠液体9和第二剪切增稠液体8的临界剪切速率均大于主动剪切板5的转动速率时，第一从动剪切板4和第二从动剪切板7均不参与工作。因此由丝杠轴14带着主动剪切板5在剪切增稠液体中转动，从而提供一级惯容系数和一级阻尼系数。
丝杠轴14带动主动剪切板5旋转，主动剪切板5在剪切增稠液体中转动时，剪切增稠液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而在液体中形成对这种转动的抵抗力，从而使得从动剪切板随着主动剪切板5一起转动，但由于第一剪切增稠液体9的起始粘度比第二剪切增稠液体8要大，从而导致第一剪切增稠液体9开始增稠的临界剪切速率比第二剪切增稠液体8要小。当主动剪切板5的转动速率大于第一剪切增稠液体9的临界剪切速率，但小于第二剪切增稠液体8的临界剪切速率时，第一从动剪切板4开始工作，第二从动剪切板7不参与工作。因此由丝杠轴14带着主动剪切板5和第一从动剪切板4在剪切增稠液体中转动，从而提供二级惯容系数和二级阻尼系数。
丝杠轴14带动主动剪切板5旋转，主动剪切板5在剪切增稠液体中转动时，剪切增稠液体中的特殊粒子会发生相互碰撞，从而在液体中形成对这种转动的抵抗力，从而使得从动剪切板随着主动剪切板5一起转动，但由于第一剪切增稠液体9的起始粘度比第二剪切增稠液体8要大，从而导致第一剪切增稠液体9开始增稠的临界剪切速率比第二剪切增稠液体8要小。当第一剪切增稠液体9和第二剪切增稠液体8的临界剪切速率均小于主动剪切板5的转动速率时，第一从动剪切板4和第二从动剪切板7均参与工作。因此由丝杠轴14带着主动剪切板5和第一从动剪切板4、第二从动剪切板7在剪切增稠液体中转动，从而提供三级惯容系数和三级阻尼系数。
上述所有情况均无需上电或上磁，并且整个阻尼器结构形式简单，便于安装且造价低廉，但能够充分满足多级需求。
实施例2
参照图2-7，与实施例1不同的是，本实施例的主动剪切板5两侧的中心处均环绕套管13开设有中心槽501，主动剪切板5的两侧还均开设有沿套管13径向延伸并呈环形阵列排布的多条嵌入槽502，每条嵌入槽502均与中心槽501连通，且中心槽501的开设深度大于嵌入槽502的开设深度，每条嵌入槽502与中心槽501的交界处均通过铰接座504铰接有活动条板503，活动条板503的一端伸入至中心槽501内，另一端活动嵌入至嵌入槽502内，主动剪切板5与第一从动剪切板4之间以及主动剪切板5与第二从动剪切板7之间的套管13上均螺纹套设有调节管1301，调节管1301能够拧入至中心槽501内并挤压活动条板503的一端，使活动条板503的另一端从嵌入槽502内向外翘起，活动条板503位于嵌入槽502内部分的重量大于活动条板503位于中心槽501内部分的重量，以确保活动条板503在不受挤压时不会从嵌入槽502内向外翘起。
通过以上技术方案，可通过拧动调节管1301来控制调节管1301对活动条板503端部的挤压，从而来控制活动条板503的上翘，活动条板503全部被挤压至上翘时(如图6和图7所示)，此时活动条板503也将对剪切增稠液体进行剪切，从而产生相应的附加抵抗应力，此时剪切增稠液体的实际抵抗应力等于主动剪切板5搅动时所产生的抵抗应力加上若干活动条板503搅动时所产生的抵抗应力再加上剪切增稠液体的起始抵抗应力，也就是说，活动条板503上翘之后，通过更低的搅动速率就可达到带动第一从动剪切板4或第二从动剪切板7转动的临界抵抗应力(即降低了临界剪切速率)，此时整个阻尼器对外界振动的应对更加灵敏，而活动条板503未被翘起时(如图2-5所示)，此时活动条板503则不会对剪切增稠液体进行剪切，此时阻尼器的临界剪切速率和临界抵抗应力均未有变化，因此，可通过拧动调节管1301来控制活动条板503的上翘，从而来调节阻尼器的减振灵敏度，以满足不同的减振需求。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：
包括外套筒(1)以及分别盖在所述外套筒(1)两端的第一端盖(2)和第二端盖(3)，所述第一端盖(2)与所述第二端盖(3)之间转动连接有套管(13)，所述套管(13)内螺纹配合且贯穿设置有丝杠轴(14)，所述丝杠轴(14)的两端分别穿过所述第一端盖(2)和所述第二端盖(3)并伸出至所述外套筒(1)外，所述丝杠轴(14)靠近所述第一端盖(2)的一端安装有第一连接端子(17)，所述第二端盖(3)远离所述第一端盖(2)的一侧安装有第二连接端子(15)，所述第二连接端子(15)罩在所述丝杠轴(14)外，二者之间形成有体积补偿室(16)；
所述套管(13)上串有互不接触的第一从动剪切板(4)、主动剪切板(5)和第二从动剪切板(7)，所述第一从动剪切板(4)和所述第二从动剪切板(7)分别对称设置于所述主动剪切板(5)的两侧，其中所述主动剪切板(5)与所述套管(13)固定连接，所述第一从动剪切板(4)和所述第二从动剪切板(7)均与所述套管(13)转动连接，所述主动剪切板(5)将所述外套筒(1)的内部分隔成两个相互独立的空间，两个所述空间内分别充满第二剪切增稠液体(8)和第一剪切增稠液体(9)，其中所述第一从动剪切板(4)浸于所述第一剪切增稠液体(9)内，所述第二从动剪切板(7)浸于所述第二剪切增稠液体(8)内；
所述第一剪切增稠液体(9)的起始粘度大于所述第二剪切增稠液体(8)的起始粘度。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：所述主动剪切板(5)两侧的中心处均环绕所述套管(13)开设有中心槽(501)，所述主动剪切板(5)的两侧还均开设有沿所述套管(13)径向延伸并呈环形阵列排布的多条嵌入槽(502)，每条所述嵌入槽(502)均与所述中心槽(501)连通，且所述中心槽(501)的开设深度大于所述嵌入槽(502)的开设深度；
每条所述嵌入槽(502)与所述中心槽(501)的交界处均通过铰接座(504)铰接有活动条板(503)，所述活动条板(503)的一端伸入至所述中心槽(501)内，另一端活动嵌入至所述嵌入槽(502)内；
所述主动剪切板(5)与所述第一从动剪切板(4)之间以及所述主动剪切板(5)与所述第二从动剪切板(7)之间的所述套管(13)上均螺纹套设有调节管(1301)，所述调节管(1301)能够拧入至所述中心槽(501)内并挤压所述活动条板(503)的一端，使所述活动条板(503)的另一端从所述嵌入槽(502)内向外翘起。
3.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：所述第一端盖(2)和所述第二端盖(3)均与所述外套筒(1)可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：所述主动剪切板(5)与所述外套筒(1)的内壁之间设有密封圈(6)，所述密封圈(6)的内侧与所述主动剪切板(5)固定连接，外侧与所述外套筒(1)的内壁滑动贴合。
5.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：所述套管(13)的两端分别通过第一止推轴承(11)和第二止推轴承(10)来转动连接在所述第一端盖(2)和所述第二端盖(3)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于剪切增稠液体的惯性阻尼器，其特征在于：所述第一从动剪切板(4)和所述第二从动剪切板(7)均通过转动轴承(12)来转动连接在所述套管(13)上。
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CN116223248A (zh) * 2022-12-09 2023-06-06 中材科技风电叶片股份有限公司 叶根预埋金属套筒与复合材料界面剪切测试工装及方法

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