CN1553997A - 振动阻尼系统 - Google Patents

Abstract

在由可产生振动的组件和容纳该组件的外壳所构成的振动阻尼系统中，紧邻外壳的组件通过至少一个阻尼的弹簧装置(14)而被保持，而该弹簧装置又分别通过一个连接点(12，13)与组件和外壳相连。弹簧装置(14)包括至少一个单个的弹簧元件(15)和至少一个另外的可振动部件(16；17)，而且这个可振动部件能够以一个与上述单个的弹簧元件(15)不同的谐振频率振动。

Description

振动阻尼系统

本发明涉及一种由可产生振动的组件和容纳该组件的外壳构成的系统。

本发明中所说的组件，可以是任意一个动力机械，特别是电动机或者由该电动机驱动的装置，动力机械的运作会引起该装置的不希望有的振动。为了保护该组件或其使用者的安全，往往将组件置于一个外壳中，该外壳自身具有振动能力，因此组件的振动可引起外壳的振动，继而引起不希望有的噪音。

因此，避免或降低由这种组件和/或其外壳所造成的不希望有的噪音的问题由来已久，为了解决这一问题也曾提出过很多解决方法。

这里举一个众所周知的解决方法：在外壳和组件之间设置弹簧装置来实现外壳和组件之间的连接，该连接使组件保持在外壳上，这种连接不是刚性连接，这样就可以确保组件以一个相对较大的振幅振动，同时不会完全将该振幅传递到外壳上，从而不会造成外壳上产生大量噪音。但是即使这种悬置构造中由组件向外壳所传递的振动虽然有所降低，仍然不能完全避免外壳上产生振动。

另外一个比较常见的解决方法就是用隔音材料层将可振动的组件隔离开。不过，这些隔离材料层一般对阻隔空气传播的噪音很有效，对于通过组件向外壳所传播的固体声的阻隔作用极其有限。

最新的研究成果是使用一个电子减噪装置来探测减噪信号，并通过一个扬声器制造一个振幅相同但相位相反的噪音，也就是说该噪音与所要降低的噪音彼此相抵消地叠加在一起。但这种方法只适用于远距离，也就是说，适用于远离噪声源的地方，在那里噪声源近似为一个点，从而可以忽略噪声源与扬声器之间的距离。而在近距离的地方，这种将噪声源近似地看成一个点的方法并不符合实际情况，所以该方法也就不能有效使用，它充其量可以消除部分区域的噪音，至于其它区域，由于所要降低的噪音和扬声器噪音彼此叠加。

本发明的目的在于，提供一种由一个可产生振动的组件和一个外壳组成的装置，通过一种新的作用原理将外壳所产生的噪音降到最低。

这一问题可通过根据权利要求1的装置来解决。

通过可产生振动的组件输入到整个系统的振动能量的耗散，这种情况在常常在组件和外壳之间装有弹簧装置作为橡胶缓冲器的传统装置中也会出现。这些缓冲器虽然能够将一小部分振动能转化成摩擦热从而将其耗散，但是还远远不能达到耗散功率，而在本发明中，由于弹簧装置有一个固有的振动自由度，从而可达到耗散功率。这一固有振动自由度可确保在弹簧装置的内部产生一定振幅的振动，该振幅与位于弹簧装置两端的组件或外壳的耦合点的振幅相比，可能是一个相对较高的值。可以想象，由于传统的弹簧装置中缺乏这种固有的自由度，所以，在本发明中，弹簧装置强烈的内部振动会比传统的弹簧装置耗散更多的振动能并将其转化为热能。由于能量已消散，组件或外壳也就无法再将其以噪音的形式释放出来了。

要实现这一自由度，最好通过若干个单个的弹簧元件来组成该弹簧装置，并且这些位于组件和外壳之间的弹簧元件串联。这些单个弹簧元件之间的过渡点能够具有一个固有的自由度的振动。

为了使得这种自由度起作用，最好这些单个的弹簧元件的弹性常数各不相同。

为了达到一个较高的耗散功率，固有自由度的振幅不能太低，因为如果这一振幅为零的话，能量耗散也就为零了。为了使固有自由度的振幅不致太低，必须使其能够储存一定量的振动能。这就要求单个的弹簧元件之间分别有一个可振动的质量。

固有自由度的振动情况可通过表达式x＝e^-αt来表示，其中x代表偏移，t代表时间，α代表复数，正如大家所熟知的那样，所谓的复数，是由弹性常数和固有自由度的阻尼所决定的。阻尼的强度最好符合|Re α|＜10|Im α|。另一方面，为了达到内部共振时更大的振动阻尼强度，这种共振也可以由于不精确地与共振频率一致的输入振动激起)，则阻尼至少要达到|Re α|＜0.1*|Im α|的条件。

一般情况下，组件都是在多个连接点上固定于外壳中，而优选的是，所有这些位于组件和外壳之间的连接点处都装有带固有自由度的弹簧装置。

由这些弹簧装置组成的可振动的质量可以彼此相连，从而确保整个可振动系统的高度对称性并可以避免出现无序振动，所谓无序振动就是发出的噪音中的不同频谱部分的强度随时间变化。

本发明的系统最好是制冷器，而其中的组件则作为该制冷器的压缩机。

下面将通过后面所附图示中的具体实施例来进一步阐述本发明的其它特征和优点。

图1：符合本发明基本原理的弹簧装置示意图，

图2：符合本发明的弹簧装置与单个弹簧阻尼的振动阻尼原理比较示意图，

图3：带有组件和外壳的本发明实例之一的制冷器的剖面示意图，

图4：图2中的制冷器弹簧装置的透视图，

图5a-5c：不同实施形式的制冷器压缩机的俯视图。

图1给出的是由可产生振动的组件和外壳组成的一个弹簧装置的理想状态。图中的弹簧装置由两个单个的螺旋形弹簧元件1和2组成。原则上来讲这两个弹簧可以是各种形状的，尤其是由强烈消散、具有橡胶弹性的材料组成的实心质量就可以了。两个弹簧在点3处彼此相连，在远离点3的端部分别与物件4和5相连，其中有一个是产生振动的装置，另一个是外壳。在本实施例中，这里的4应该是产生振动的组件，而5则是外壳。

单个弹簧元件1和2的弹性常数不同，分别为k1和k2，这两个弹性常数叠加起来得到一个总弹性常数K＝1(1/k1+1/k2)，这个总弹性常数决定了组件和外壳彼此之间的振动性能。

单个弹簧元件1，2中的每一个在能以一个固有频率振动，该固有频率是由各自的弹性常数和质量决定的。如果组件4的振动与弹簧装置相耦合，就会引起弹簧1和2的固有振动。由于振动耦合，因此整个弹簧装置不仅仅在达到由总弹性常数K所决定的频率时产生振动，还会在达到弹簧1和2的固有频率以及总频率和差频率时产生振动。

一般来讲弹簧1和2的固有频率最好在可听见的上部频谱范围内，但是由于振动阻尼使共振范围扩大，因此它们的固有频率也可以超出这个范围。因此一个单个的弹簧在其共振频谱范围内可起到振动阻尼的作用，低于这个范围则振动阻尼效果极不明显，如图2中的上部所示。按照本发明制成的弹簧装置则与此相反，它可以在更大的频谱范围内产生阻尼，这一更大的频谱范围是由两个单个弹簧的共振频谱范围和差频频谱范围组成的，从图2下部中的虚线部分可以看出，单个弹簧和差频均有利于阻尼；直线部分则表示出了装置总的阻尼情况。

组件4的移动的那个部件，它可以引起整个弹簧装置多个振动中的一个产生共振，该部件由于弹簧装置内部的损耗而耗尽，因此它不会到达外壳5，从而不会引起噪音很大的振动。

图3是将本发明用于制冷器的实施例示意图。家用制冷器中噪音的最主要来源就是冷却器的压缩机以及其内部的驱动电动机，它们会引起压缩机外部的罩产生各种频率的振动，可以考虑将它们移至冷却器外壳的上部来减小振动。

一般来说，安装在外壳10下面一角的压缩机11的罩上有多个衬板12，这些衬板是用来加固外壳支撑架13的。

图4是衬板12以及位于它和支撑架13之间的弹簧装置14的一个透视图。该弹簧装置14由两个作为橡胶缓冲器形式的单个弹簧元件15和16构成，在这两个弹簧元件之间是一个惯性体17。该惯性体是作为弹簧装置14不同振动自由度的一个蓄能器，可改善该弹簧装置由于外部原因而产生固有振动时的效能。

选择该质量最好使惯性体17的振动频率在由电动机引起的压缩机罩的振动范围之内同时在能够衰减的振动范围之内。由弹簧元件15、16和惯性体17共同组成的谐振器的共振频率为v＝(1/2π)√(K/m)，其中m是与由惯性体17和弹簧元件15、16的质量共同构成的一个等值质量。由于弹簧元件15、16是由高度阻尼材料所构成的，因此该谐振器的质量非常小，从而惯性体17在其共振频率v上下的振动范围非常大。对于该装置而言，无需为了使惯性体17产生振动而要求弹簧装置15和16的固有频率有所区别。

还有一点需要注意的是，图4中的弹簧装置不仅可以沿其轴线的方向纵向振动，还可以横向振动。当然，振动方向不同，弹性常数也可能有所不同。

使用这样的弹簧装置，无需为了达到有效的振动效果而进行大量优化计算。只要惯性体17的固有频率，或者当振动方向不同时多个固有频率中的一个，与需要振动阻尼的压缩机11的固有频率在数量级上大致相同，弹簧装置14就可以做到有效地衰减振动向外壳10的传递。

在实际应用中，弹簧装置14可以有各种不同的构造型式。比如，惯性体17并不一定是一个如上文所说的刚体，它也可以是一个弹簧元件，也就是说，弹簧装置14可以由三个串联的弹簧构成。

或者，可以设置一个串联系统，其有多于一个的惯性体17，例如由三个彼此分开的弹簧元件组成的串联系统，这样就可以分两步对由压缩机11所引起的振动进行衰减了。为此可能需要预先考虑两个惯性体具有不同质量和/或它们旁边的弹簧固有频率各不相同，以便惯性体的不同固有频率能在不同频率范围内有效衰减振动。

图5a分别是弹簧装置14的一种构造类型的俯视图和侧视图。

如图5a的俯视图所示，传统的压缩机11的罩是由四个衬板12组成的。每个衬板通过一个弹簧装置14与外壳支撑架13相连。在下面的侧视图中，各惯性体17在这里组成了一个一体的平板18，该平板是由四个弹簧装置14的弹簧元件15及16之间的四点固定而成的。

比起使用四个彼此独立的惯性体的构造，这种一体的平板可以使压缩机11更稳固地悬置在机罩10中。

在图5b所示构造类型的俯视图中，四个惯性体17是通过弹簧19彼此相连的，从而能够相反振动，从而可以利用弹簧19的散逸能力将振动能量加以吸收。

在图5c所示的构造类型中，四个弹簧装置的惯性体构成了一个环状物20，弹簧元件15和16分别附着在该环状物的不同地方。这种构造要求环状物20能够进行弯曲振动，特别是当该环状物本身由振动阻尼材料构成的时候，这种构造尤其有效。

Claims (11)

1.由可产生振动的组件(4；11)和容纳该组件的一个外壳(5；10)所构成的系统，在该系统中，组件(4；11)通过至少一个阻尼的弹簧装置(1，2；14)而被保持在外壳(5；10)上，而该弹簧装置又分别在一个连接点(12，13)与组件(4；11)或外壳(5；10)相连，其特征在于，弹簧装置(1，2；14)包括至少一个单个的弹簧元件(1；15)和至少一个另外的可振动部件(2；16；17)，而且这个可振动部件能够以一个与上述单个的弹簧元件(1；15)不同的谐振频率振动。

2.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述另外的可振动部件是另外一个单个的弹簧元件(2；16)。

3.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述另外的可振动部件是一个可振动的质量(17，18，20)。

4.按照上述权利要求之一的系统，其特征在于，弹簧装置(14)包括多个位于组件(4；11)和外壳(5；10)之间、串联的单个弹簧元件(1，2；15，16)。

5.按照权利要求3和4的系统，其特征在于，可振动的质量(17，18，20)是悬挂在弹簧装置(14)的单个弹簧元件(15，16)之间的。

6.按照权利要求5的系统，其特征在于，不同的弹簧装置(14)中的可振动质量(17，18，20)是彼此相连的。

7.按照权利要求2、4、5或6的系统，其特征在于，单个的弹簧元件(1，2；15，16)的弹簧常数各不相同。

8.按照上述权利要求之一的系统，其特征在于，在可听见的频谱范围之内，不同的共振频率会有差频。

9.按照上述权利要求之一的系统，其特征在于，所述另外的可振动部件的自由振动可通过公式x＝e^-αt来表示，其中x代表偏移，t代表时间，α代表复数，同时，0.1|Reα|＜|Imα|＜10|Reα|成立。

10.按照上述权利要求之一的系统，其特征在于，单个的弹簧元件(1，2；15，16)是由可弹性变形的材料构成的质量。

11.按照上述权利要求之一的系统，其特征在于，该系统是一个制冷器，而其中的组件则是该制冷器的压缩机。

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