CN118066240A - 一种超高频金属吸振器及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高频金属吸振器及其调试方法；吸振器主体为一根变直径的圆柱形金属杆和一块挡块，变直径的圆柱形金属杆中间细、两端粗，两端的粗杆上设有螺纹，其中一端粗杆的临界处装有挡块；当待优化的振动主体存在待优化的水平方向的振动时，在振动主体上开启一与粗杆螺纹匹配的螺栓孔，将吸振器主体旋入螺栓孔中，拧开夹紧螺栓，在吸振器主体上安装n个圆柱形配重块，使得m1+n*m的配重质量M满足吸振器质量设计需求；当振动主体的振动方向不为水平方向时，修改吸振器主体的形状，使吸振器主体成为弯曲的杆；本发明设计尺寸灵活，作用频率范围广泛，能应对1500Hz以上的超高频振动；吸振器结构简单、制造成本低。

Description

一种超高频金属吸振器及其调试方法

技术领域

本发明属于吸振器技术领域，涉及一种超高频金属吸振器及其调试方法。

背景技术

在工程领域广泛存在着因振动引发的问题，振动会导致土木结构、机械设备等出现损伤，还有可能引发噪声问题，因此在各类行业中设计了不同类型的吸振器来降低振动的危害性。当前设计的吸振器主要适用于1500Hz以下的低频振动，面对超过1500Hz的高频振动的吸振器设计较少。本专利设计了一种应对于超高频的吸振器，具有作用频率广泛、结构简单、成本低、作用方向灵活、设计简单和操作便捷的特点。主要由变直径带纹杆、紧固螺栓、附加质量块和安装支架组成。

研究现状：

周涛等人在专利CN115563706A中介绍了一种汽车吸振器匹配的方法，但是并未介绍适用于高频率吸的吸振器设计方案。

庄国志等人在CN 109723747 B公开了一种基于耦合旋转梁的动力吸振器及其吸振方法，但相比于本专利，吸振方向单一。

张永亮等人在CN 116767388 A中公开了一种适用于乘用车悬置系统的吸振器，但是吸振器主要适用于1500Hz以下的低频振动。

郑力等人在CN 116696966 A中公开了一种电磁结构的主动吸振器，该吸振器结构复杂，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的上述问题，提供了一种超高频金属吸振器及其调试方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种超高频金属吸振器，吸振器主体为一根变直径的圆柱形金属杆和一块挡块，变直径的圆柱形金属杆中间细、两端粗，两端的粗杆上设有螺纹，其中一端粗杆的临界处装有挡块。

进一步地，另一端粗杆粗杆处设置夹紧螺母，在挡块和夹紧螺母之间设置配重块，配重块中间设有与粗杆匹配的螺纹，每块配重块质量为m，一根吸振器主体配备一个或一个以上个配重块。

进一步地，所述挡块为盘状型圆柱，直径大于粗杆直径的两倍，具体尺寸根据实际需求调节；

中间的细杆部分尺寸由吸振器需求的刚度决定，细杆的直径为d，细杆长度为l，变直径的圆柱形金属杆、盘状圆柱挡块和夹紧螺母的总质量为m1。盘状圆柱挡块与圆柱为固定一体。

一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

当待优化的振动主体存在待优化的水平方向的振动时，在振动主体上开启一与粗杆螺纹匹配的螺栓孔，将吸振器主体旋入螺栓孔中，拧开夹紧螺栓，在吸振器主体上安装n个圆柱形配重块，使得m1+n*m的配重质量M满足吸振器质量设计需求。

进一步地，当振动主体的振动方向不为水平方向时，修改吸振器主体的形状，使吸振器主体成为弯曲的杆，将吸振器主体的变直径杆由三部分组成，分别为细杆部分、连接振动主体的粗杆部分和连接配重块的粗杆部分。

进一步地，当振动主体的振动方向不为水平方向时，弯曲连接振动主体的粗杆部分，该部分弯曲角度始终不大于90度，该杆角度满足设计要求的标准为：细杆和连接配重块的粗杆处于一条直线，且该线垂直于振动方向。

进一步地，吸振器主要作用参数为刚度K和配重质量M，根据被吸振件的实际问题，已知目标吸振频率F；吸振器所需配重质量M与被吸振件总质量成比例关系，预估M约为被吸振件的2％-10％，设置初始M值为被吸振件质量的5％，后续根据吸振效果调试M；目标吸振的刚度K为M*(2πF)²。

目标吸振的刚度指的是计算得到的一个具体刚度值。

进一步地，当根据吸振目标作用频率F和配重质量M确定了吸振器的初步方案时，先验证吸振器的固有频率和振型，通过试验手段测试吸振器的固有频率和振型，或通过有限元软件3D建模的方式计算固有频率和振型。

通过有限元软件3D建模的方式计算固有频率和振型，是行业内通用的技术手段。

目标作用频率是本发明需要的频率，固有频率是样件的固有频率，最理想的情况是固有频率等于目标作用频率，但是实际工程中固有频率会有一些偏差。

进一步地，通过ABAQUS软件分析吸振器初步方案的固有频率和振型，满足要求的初版吸振器应具备以下特征：

(1)理想的吸振器的振型为配重块沿着吸振器主体细杆处摆动，摆动方向与振动方向一致，振动主体振动方向的向量、配重块摆动方向向量和连接配重块的粗杆轴向向量处于同一平面内；或摆动方向向量与振动方向向量的空间夹角小于20°；

(2)吸振器的一阶固有频率应与目标吸振频率F相近，频率为0.93*F-1.03*F；

(3)吸振器的一阶固有频率与二阶固有频率分离，分离数据大于200Hz和10％*F。

分离数据指的是吸振器的一阶固有频率和二阶固有频率的差值。

进一步地，若初步方案不能满足要求时，通过更改材料密度、材料弹性模量和吸振器尺寸的方式调整方案，直至满足吸振器初版要求；

当初步方案满足要求时，试制吸振器样件安装到振动主体上进行试验，通过调整配重块数量对吸振器进行微调，验证吸振器效果；

当吸振器方案确定时，生产吸振器的正式方案应尽量减少配合，以减少组成部分数量为优，最优选择为同一材料直接一体成型，次优选择为吸振器主体为一种材料，配重质量M整体为一种材料，二者刚性连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

设计尺寸灵活，作用频率范围广泛，能应对1500Hz以上的超高频振动；

吸振器结构简单、制造成本低；

吸振器作用方向可灵活调节；

可以通过简单的计算分析出吸振器关键结构的尺寸，还能通过修改质量块数量的方式调试吸振器尺寸，设计和调试方法灵活便捷；

吸振器为金属材质，相比于橡胶材质，受温度影响小，刚度稳定，作用频率稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述一种超高频金属吸振器主结构图；

图2为吸振器主体形状变弯曲示意图一；

图3为吸振器主体形状变弯曲示意图二；

图4为吸振器主体形状变弯曲示意图三；

图5为本发明所述一种超高频金属吸振器整体结构示意图。

图中：

1、吸振器主体；

2、夹紧螺母；

3、圆柱形配重块；

4、振动主体。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供一实施例，一种超高频金属吸振器，吸振器的主结构如图1，吸振器主体1为一根变直径的圆柱形金属杆和一块盘状型圆柱挡块，变直径金属杆中间细、两端粗，两端的粗杆上设有螺纹，其中一端粗杆的临界处装有盘状型圆柱挡块，该盘状型圆柱挡块直径大于粗杆直径的2倍，具体尺寸可根据实际需求调节。

中间的细杆部分尺寸由吸振器需求的刚度决定，细杆的直径为d，细杆长度为l，图5中虚线框内部分的(吸振器主体、盘状型圆柱挡块和夹紧螺母)的总质量为m1。

图1中圆柱形配重块3，圆柱形配重块3中间设有与粗杆匹配的螺纹，每块圆柱形配重块质量为m，一根吸振器主体可以配备多个圆柱形配重块3。

本发明提供另一实施例，一种超高频金属吸振器调试方法，包括以下内容：

当待优化的振动主体4存在待优化的水平方向的振动时，在振动主体的选定吸振器安装位置上开启一与粗杆螺纹匹配的螺栓孔，将吸振器主体旋入螺栓孔中，拧开夹紧螺栓2，在吸振器主体1上安装n个圆柱形配重块3，使得m1+n*m的总质量M满足吸振器质量开发需求。

当振动主体的振动方向不为水平方向时，需要修改吸振器主体1的形状，使其成为弯曲的杆，如图2、图3，可以将吸振器主体1的变直径杆看做3部分组成，分别为细杆部分，连接振动主体的粗杆部分和连接配重块的粗杆部分。

当振动主体的振动方向不为水平方向时，需要弯曲连接振动主体的粗杆部分，该部分弯曲角度始终不大于90度，该杆角度满足设计要求的标准为：细杆和连接配重块的粗杆处于一条直线，且该线垂直于振动方向。

吸振器主要作用参数为刚度K和质量M，根据被吸振件的实际问题，已知目标吸振频率F。吸振器所需配重质量M与被吸振件总质量成比例关系，预估M约为被吸振件总质量的2％-10％，，可以设置初始M值为被吸振件总质量的5％，后续根据吸振效果调试M。目标吸振刚度K应为M*(2πF)²。

当根据吸振目标作用频率F和配重质量M确定了吸振器的初步方案时，应该先验证吸振器的作用频率和振型，可以通过试验手段测试吸振器的固有频率和振型，还可以通过有限元软件3D建模的方式计算固有频率和振型。较优的方案是通过ABAQUS软件分析吸振器初步方案的固有频率和振型，满足要求的初版吸振器表现应该有以下几部分组成：

1.理想的吸振器的振型应为配重块沿着吸振器主体细杆处摆动，摆动方向与振动方向一致，如图4，较优的结果是振动主体振动方向的向量、配重块摆动方向向量和连接配重块的粗杆轴向向量应近似处于同一平面内；或摆动方向向量与振动方向向量的空间夹角小于20°。配重为吸振器主体部分(圆柱形挡块加杆)加圆柱形配重块的总质量。

2.吸振器的一阶固有频率应与目标吸振频率F相近，较优的频率为0.93*F-1.03*F。

3.吸振器的一阶固有频率与二阶固有频率应该分离，较优的分离数据应该大于200Hz和10％*F。

若初步方案不能满足要求时，可以通过更改材料密度、材料弹性模量和吸振器尺寸的方式调整方案，直至满足上述3条吸振器要求。

当初步方案满足要求时，试制吸振器样件安装到振动主体上进行试验，可以通过调整配重块数量对吸振器进行微调，验证吸振器效果。

当吸振器方案确定时，生产吸振器的正式方案应尽量减少配合，以减少组成部分数量为优，最优选择为同一材料直接一体成型，次优选择为吸振器主体1为一种材料，附加质量M整体为一种材料，二者刚性连接。

本发明依靠纯金属结构建立吸振器，用于满足消减超高频振动的思路；吸振器结构尺寸可调节，可生效的频率范围广泛；吸振器主体为金属杆加配重，较优的设计为圆柱杆；连接点刚度值由细短杆刚度决定；可通过改变安装角度的方式，作用于多种振动方向。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种超高频金属吸振器，其特征在于：

吸振器主体为一根变直径的圆柱形金属杆和一块挡块，变直径的圆柱形金属杆中间细、两端粗，两端的粗杆上设有螺纹，其中一端粗杆的临界处装有挡块。

2.根据权利要求1所述的一种超高频金属吸振器，其特征在于：

另一端粗杆粗杆处设置夹紧螺母，在挡块和夹紧螺母之间设置配重块，配重块中间设有与粗杆匹配的螺纹，每块配重块质量为m，一根吸振器主体配备一个或一个以上个配重块。

3.根据权利要求2所述的一种超高频金属吸振器，其特征在于：

所述挡块为盘状型圆柱，直径大于粗杆直径的两倍，具体尺寸根据实际需求调节。

4.一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

当待优化的振动主体存在待优化的水平方向的振动时，在振动主体上开启一与粗杆螺纹匹配的螺栓孔，将吸振器主体旋入螺栓孔中，拧开夹紧螺栓，在吸振器主体上安装n个圆柱形配重块，使得m1+n*m的配重质量M满足吸振器质量设计需求。

5.根据权利要求4所述的一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

当振动主体的振动方向不为水平方向时，修改吸振器主体的形状，使吸振器主体成为弯曲的杆，将吸振器主体的变直径杆由三部分组成，分别为细杆部分、连接振动主体的粗杆部分和连接配重块的粗杆部分。

6.根据权利要求5所述的一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

当振动主体的振动方向不为水平方向时，弯曲连接振动主体的粗杆部分，该部分弯曲角度始终不大于90度，该杆角度满足设计要求的标准为：细杆和连接配重块的粗杆处于一条直线，且该线垂直于振动方向。

7.根据权利要求6所述的一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

吸振器主要作用参数为刚度K和配重质量M，根据被吸振件的实际问题，已知目标吸振频率F；吸振器所需配重质量M与被吸振件总质量成比例关系，预估M约为被吸振件的2％-10％，设置初始M值为被吸振件质量的5％，后续根据吸振效果调试M；目标吸振的刚度K为M*(2πF)²。

8.根据权利要求7所述的一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

当根据吸振目标作用频率F和配重质量M确定了吸振器的初步方案时，先验证吸振器的固有频率和振型，通过试验手段测试吸振器的固有频率和振型，或通过有限元软件3D建模的方式计算固有频率和振型。

9.根据权利要求8所述的一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于，通过ABAQUS软件分析吸振器初步方案的固有频率和振型，满足要求的初版吸振器应具备以下特征：

(1)理想的吸振器的振型为配重块沿着吸振器主体细杆处摆动，摆动方向与振动方向一致，振动主体振动方向的向量、配重块摆动方向向量和连接配重块的粗杆轴向向量处于同一平面内；或摆动方向向量与振动方向向量的空间夹角小于20°；

(2)吸振器的一阶固有频率应与目标吸振频率F相近，频率为0.93*F-1.03*F；

(3)吸振器的一阶固有频率与二阶固有频率分离，分离数据大于200Hz和10％*F。

10.根据权利要求9所述一种超高频金属吸振器调试方法，其特征在于：

若初步方案不能满足要求时，通过更改材料密度、材料弹性模量和吸振器尺寸的方式调整方案，直至满足吸振器初版要求；

当初步方案满足要求时，试制吸振器样件安装到振动主体上进行试验，通过调整配重块数量对吸振器进行微调，验证吸振器效果；

当吸振器方案确定时，生产吸振器的正式方案应尽量减少配合，以减少组成部分数量为优，最优选择为同一材料直接一体成型，次优选择为吸振器主体为一种材料，配重质量M整体为一种材料，二者刚性连接。