CN1820151A - 动态减震器和使用该减震器的动态振动吸收装置 - Google Patents

动态减震器和使用该减震器的动态振动吸收装置 Download PDF

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Abstract

一种动态减震器(1)包括：一重物(2)；一包围重物(2)的框架体(3)；总数为四对的垂直安装的U形板弹簧(4、5、6和7)，它们插入在框架体(3)和重物(2)之间，以便相对于框架体(3)保持住重物(2)，在一水平平面内相对于所有方向可移动，而沿垂直方向(V)不可移动；以及一阻尼机构(8)，其阻尼重物(2)在水平平面内的振动。

Description

动态减震器和使用该减震器的动态振动吸收装置
技术领域
本发明涉及一种动态减震器，其用来减小因风、地震等在结构中引起的振动，并涉及一使用多个动态减震器的动态振动吸收装置。
背景技术
作为一动态减震器，已知有如在JP-A-9-119477中所揭示的一种减震器，该动态减震器构造成：多个板弹簧部件从一公共的支承部件延伸，重物分别地附连到这些板弹簧部件的远端，并摆动地支承在一悬臂部件上，分别地附连阻尼部件，以阻尼这些重物的摆动运动。
顺便提及的是，在这样一动态减震器中，如果采用一大质量的重物，以允许重物调节到一低的固有频率，从而由板弹簧部件以悬臂的方式摆动地支承重物，则板弹簧部件从开头发生挠曲，且相对于结构需要一大的空间以允许重物经受一预定的摆动运动，这使得将动态减震器紧凑地安装在结构中变得困难。其时，在使用具有大的弹性常数的板弹簧部件来减小挠曲的情形中，即使使用一大质量的重物，也难于调整到一低的固有频率。
此外，在上述动态减震器中，由于板弹簧部件的摆动方向相对于结构垂直于动态减震器的安装平面，所以，上述动态减震器基本上相对于沿结构垂直方向的振动能呈现一种效果，但不适于阻尼因地震、强风等引起的结构水平方向的振动。
发明内容
鉴于以上所述的诸方面，设计了本发明，其目的是提供一种动态减震器以及使用多个这些动态减震器的动态振动吸收装置，即使重物的质量做得较大，该动态减震器也可紧凑地进行安装，因为不需特别地相对于结构提供一大的空间来允许重物经受预定的摆动运动，即使采用具有大质量的重物，这也可容易地调整到低的固有频率，因为不需对应地使用具有大的弹性常数的板弹簧部件，且这可合适地用来阻尼因地震、强风等引起的结构在水平方向的振动。
根据本发明的第一方面的一动态减震器包括：一重物；一包围重物的框架体；多个垂直安装的U形板弹簧，它们插入在框架体和重物之间，以便相对于框架体保持住重物，在一平面内相对于所有方向可移动，而沿垂直于该平面的垂直方向不可移动；以及一阻尼机构，其阻尼重物在平面内的振动。
根据第一方面的动态减震器，由于U形板弹簧垂直安装，并插入在重物和框架体之间，且适于相对于框架体保持住重物，在一平面内沿所有方向可移动，而沿垂直于该平面的垂直方向不可移动，即使使用具有一大质量的重物，板弹簧实际上沿垂直方向也不挠曲。因此，即使重物的质量做得较大，动态减震器也可紧凑地安装，因为不需相对于结构特别地提供一大的空间来允许重物经受预定的摆动运动。此外，即使使用一具有大质量的重物，动态减震器也可容易地调整到低的固有频率，因为不需对应地使用具有大的弹性常数的板弹簧。此外，通过安装动态减震器，其中，平面设定为水平平面，则可合适地使用动态减震器来阻尼因地震、强风等引起的结构水平方向的振动。
在本发明中，如在根据本发明第二方面的动态减震器中，重物在一平面图中较佳地形成为大致正多边形的形状，例如，包括正三角形、正方形，或正六边形。然而，在U形板弹簧按要求插入在垂直壁部分和重物之间的情形中，重物可由圆柱体形成。此外，重物可基本上形成为平面图中的矩形、圆形、椭圆形等的形状，或可形成为关于一垂直轴线的非对称的形状。
在本发明中，如在根据本发明第三方面的动态减震器中，框架体在一平面图中较佳地形成为大致正多边形的形状，例如，包括正三角形、正方形，正五边形或正六边形，在一较佳的实例中，是一正方形或正六边形。然而，在U形板弹簧按要求插入在垂直壁部分和重物之间的情形中，框架体可由一中空圆柱体形成。此外，框架体可基本上形成为平面图中的矩形、圆形、椭圆形等的形状，或可形成为关于一垂直轴线的非对称的形状。
在根据本发明的第四方面的动态减震器中，框架体具有一对X方向的垂直壁部分，在平面内它们沿X方向彼此相对，使重物设置在其间，以及一对Y方向的垂直壁部分，它们沿Y方向彼此相对，Y方向在平面内与X方向相交，使重物设置在其间，至少一个板弹簧插入在各个成对的X方向垂直壁部分和重物之间，以使沿垂直方向延伸的一个边缘部分固定到X方向的垂直壁部分上，使沿垂直方向延伸的另一边缘部分对应地固定到重物上，而板弹簧的至少另一个插入在各个成对的Y方向垂直壁部分和重物之间，以使其沿垂直方向延伸的一个边缘部分固定在Y方向的垂直壁部分，而沿垂直方向延伸的另一边缘对应地固定在重物上。
在本发明的一优选的实例中，各个板弹簧具有一U形部分，其在沿垂直方向延伸的一边缘部分和同样沿垂直方向延伸的另一边缘部分之间呈弧形，并借助于U形部分相对于框架体保持重物在平面内相对于所有方向可移动。
一个板弹簧可插入在各个成对的X方向垂直壁和重物之间，以及在各个成对的Y方向垂直壁和重物之间。然而，较佳地，如在根据本发明第五方面的动态减震器中，多个平行布置的板弹簧插入其间，各个板弹簧的一个边缘部分固定到垂直壁上，而其另一边缘部分对应地固定在重物上。
在本发明中，如果Y方向与X方向相交则就足够了。然而，较佳地，如在根据本发明第六方面的动态减震器中，阻尼机构可包括一产生磁场的本体，其固定到重物和框架体之一上，并产生一磁场，而一板状的导电体固定到重物和框架体中的另一个，通过其相对于产生磁场的本体作的相对运动而产生一涡电流。这里，如在根据本发明第八方面的动态减震器中，产生磁场的本体可具有一永久磁体，其产生一对磁性彼此不同的磁极，它们彼此相对且其间具有一磁隙，以便在导电体的中心部分处产生一磁场。
根据本发明的动态减震器安装在一结构中，该结构的振动经受阻尼的作用。在一动态减震器安装在这样一结构的情形中，动态减震器较佳地调整到动态减震器所安装的结构的固有频率，就如根据本发明第九方面的动态减震器那样。
根据本发明第一方面的动态振动吸收装置包括多个根据上述第一至第九方面中的任何一个方面的动态减震器，其中，至少一个动态减震器的重物的固有频率不同于另一个动态减震器的重物的固有频率。
根据第一方面的动态振动吸收装置，由于动态振动吸收装置具有对于重物彼此不同的固有频率，所以，通过使不同的固有频率彼此靠近，就有可能对付安装有动态吸收振动装置的结构的固有频率的变化，并且不管结构的固有频率如何变化，都有可能满意地阻尼结构的振动。此外，通过将不同的固有频率调整到安装有动态吸收振动装置的结构的固有频率的各种模态，就有可能对付安装有装置的结构的固有频率的各种模态，由此，可有效地阻尼各阶振动模态。
在根据本发明的动态振动吸收装置中，就如本发明的第二方面，动态减震器的至少一个的重物质量可不同于动态减震器的另一个重物质量；如本发明的第三方面，动态减震器的至少一个的弹簧常数可不同于动态减震器的另一个弹簧常数；且如本发明的第四方面，动态减震器的至少一个的阻尼系数可不同于动态减震器的另一个的阻尼系数。
根据本发明，可提供一动态减震器以及使用多个这样的动态减震器的动态振动吸收装置，即使重物质量做得较大，动态减震器也可紧凑地安装，因为相对于结构不需特别地提供大的空间来允许重物经受预定的摆动运动，即使使用具有大的质量的重物，它也可容易地调整到低的固有频率，因为不需对应地使用具有大的弹性常数的板弹簧，且它可合适地用来阻尼因地震、强风等引起的结构水平方向的振动。
在下文中，将参照诸附图详细地描述本发明和诸实施例，其中，在一结构中采用一实施本发明的具体方式。应该指出的是，本发明不局限于这些实施例。
附图的简要说明
图1是本发明的一优选实施例的平面图；
图2是沿图1所示实施例的线II-II的箭头方向截取的截面图；
图3是图1所示实施例的一板弹簧的立体图；
图4是本发明另一优选实施例的平面图；
图5是图4所示实施例的一示范的侧视截面图；
图6是本发明另一优选实施例的平面图；以及
图7是本发明还有的另一优选实施例的平面图。
具体实施方式
在图1至3中，根据该实施例的动态减震器1包括一重物2，其在平面图中基本上呈正方形，并由一直角六面体构成；一框架体3，其包围重物2且在平面图中呈大致正方形；多个(即，在该实施例中，总数为四对)垂直安装的U形板弹簧4、5、6和7，它们插入在框架体3和重物2之间，以便相对于框架体3保持住重物2，在一平面中可移动，即，在此实施例中，相对于一水平平面内的所有方向可移动，而在一垂直于水平平面的垂直方向中不可移动，即，在此实施例中，沿一垂直方向V不可移动；以及一阻尼机构8，其用来在水平平面内阻尼重物2的振动。
框架体3固定在结构的顶部基底或诸如此类的基底部分45上，框架体3具有一对X方向的垂直壁部分21和22，它们在水平平面内沿X方向彼此相对，使重物2设置在其间，并相对于重物2有一间隙X1，以及一对Y方向的垂直壁部分23和24，它们在水平平面内沿Y方向彼此相对，Y方向相交于X方向(即，在此实施例中，垂直于X方向)，使重物2设置在其间，并相对于重物2有一间隙Y1。成对的X方向垂直壁部分21和22及成对的Y方向垂直壁部分23和24彼此一体地连接，以便形成框架体3，其在平面图中呈正方形。
至少一对(即，在此实施例中，总数为两对)板弹簧4和5分别地插入在各个成对的X方向垂直壁部分21和22及重物2的各个侧表面33和34之间，以使沿垂直方向V延伸的其一个边缘部分31分别固定到X方向垂直壁部分21和22，而沿垂直方向V延伸的其另一个边缘部分32分别固定到重物2的侧表面33和34。其时，至少一对(即，在此实施例中，总数为两对)板弹簧6和7分别地插入在各个成对的Y方向垂直壁部分23和24及重物2的各个侧表面35和36之间，以使沿垂直方向V延伸的其一个边缘部分32分别固定到Y方向垂直壁部分23和24，而沿垂直方向V延伸的其另一个边缘部分31分别固定到重物2的侧表面35和36。
多个(即，在此实施例中，一对)平行地布置的板弹簧4，它们插入在X方向垂直壁部分21和重物2的侧表面33之间。多个(即，在此实施例中，一对)平行地布置的板弹簧5，它们插入在X方向垂直壁部分22和重物2的侧表面34之间。多个(即，在此实施例中，一对)平行地布置的板弹簧6，它们插入在Y方向垂直壁部分23和重物2的侧表面35之间。多个(即，在此实施例中，一对)平行地布置的板弹簧7，它们插入在Y方向垂直壁部分24和重物2的侧表面36之间。具有彼此相对的凹陷的对应的板弹簧4其一边缘部分31固定到X方向垂直壁部分21，而其另一边缘部分32固定到重物2的侧表面33。具有彼此相对的凹陷的对应的板弹簧5其一边缘部分31固定到X方向垂直壁部分22，而其另一边缘部分32固定到重物2的侧表面34。具有彼此相对的凹陷的对应的板弹簧6其一边缘部分31固定到Y方向垂直壁部分23，而其另一边缘部分32固定到重物2的侧表面35。具有彼此相对的凹陷的对应的板弹簧7其一边缘部分31固定到Y方向垂直壁部分24，而其另一边缘部分32固定到重物2的侧表面36。
各个板弹簧4、5、6和7具有一U形部分41，其在边缘部分31和边缘部分32之间呈弧形，除了一个边缘部分31沿垂直方向V延伸和另一边缘部分32沿垂直方向V延伸之外，借助于U形部分41相对于框架体3保持重物2在水平平面内相对于所有方向可移动。
阻尼机构8包括一容器51，其固定在结构的顶部基底或诸如此类的基底部分45上；一粘滞体52容纳在容器51内；一阻力板54设置在粘滞体52内，设置方式是与容器51的底板53相对，并在其间保持非常小的间隙；以及一安装部件56，其用来将阻力板54安装到重物2的底表面55。由于重物2在水平平面内相对于基底部分45可相对地移动，所以，阻尼机构8适于在底板53和阻力板54之间的粘滞体52中造成剪切变形，由此，通过该剪切变形引起的剪切阻力，阻尼重物2在水平平面内相对于基底部分45的相对运动。
当框架体3的下边缘固定到基底部分45时，上述动态减震器1安装在结构中。在此安装中，重物2的固有频率调整到结构的固有频率。在如此一动态减震器1中，当结构在水平平面内不振动时，板弹簧4、5、6和7保持重物2在水平平面内沿所有的方向可移动，而相应地沿垂直方向V不可移动。
此外，对于动态减震器1，如果结构的基底部分45因地震、强风等引起沿X方向和Y方向的振动，则通过调整该振动，重物2相对于基底部分45沿X方向和Y方向振动，该振动在底板53和阻力板54之间的粘滞体52内造成剪切变形。重物2在水平平面内相对于基底部分45的相对运动，由于该剪切变形而受到剪切阻力的阻尼，所以，通过阻尼机构8吸收振动能量，可阻尼结构沿X方向和Y方向的振动。
顺便提及的是，根据动态减震器1，由于U形板弹簧4、5、6和7垂直地安装，并插入在重物2和框架体3之间，且适于相对于框架体3保持住重物2，在水平平面内沿所有方向可移动，而沿垂直于水平平面的垂直方向V不可移动，即使使用具有大质量的重物2，板弹簧4、5、6和7实际上也不会沿垂直方向V挠曲。因此，即使重物2的质量做得较大，动态减震器1也可紧凑地安装，因为不需相对于结构特别地提供一大的空间来允许重物2经受预定的摆动运动。此外，即使使用一具有大质量的重物，动态减震器1也可容易地调整到低的固有频率，因为不需对应地使用具有大的弹性常数的板弹簧4、5、6和7。此外，由于在此实施例中，当将重物2在其中相对于框架体3变得可移动的平面设定为水平平面时，动态减震器1进行安装，所以，动态减震器1可适用于阻尼因地震、强风等引起的结构水平方向的振动。
根据该实施例的动态减震器1中的阻尼机构8具有一机构，其使用一粘滞体的剪切阻力，并当重物2在水平平面内相对于基底部分45相对移动时，通过发生在底板53和阻力板54之间的粘滞体52内的剪切变形而引起的剪切阻力，适于阻尼重物2在水平平面内的振动。然而，替换于此或除此之外，阻尼机构8可设置有一磁性阻尼机构101，例如，如图4和5所示。磁性阻尼机构101包括多个产生磁场的本体103，其固定到重物2和框架体3之一上(在此实施例中即为重物2)，并产生磁场，以及多个板状的导电体102，它们固定到重物2和框架体3中的另一个(在此实施例中即为框架体3)，通过其相对于产生磁场的本体103作的沿X方向和Y方向的相对运动而产生涡电流。
多个导电体102分别固定到X方向垂直壁部分21和22及Y方向垂直壁部分23和24的内表面，而多个产生磁场的本体103各具有一对不同极性的永久磁体106和107，它们借助于一透磁的L形部件105各固定到重物2的各个侧表面33、34、35和36。各个导电体102和各个产生磁场的本体103设置在板弹簧4、5、6和7的对应对之间。用来产生磁场的对应的磁体106和107设置成彼此相对，使导电体102位于其间并沿垂直方向V带有一间隙。为了通过减小支承永久磁体106的L形部件105和支承永久磁体107的L行部件105之间的磁阻来形成一满意的磁回路，可在两个L形部件105之间插入一透磁的部件。
永久磁体106和107适于产生一对彼此不同极性的磁极，它们彼此相对并在其间带有一磁隙，这样，当重物2静止时，可在板状导电体102的中心点O处产生一磁场。
在这样一磁性阻尼机构101中，当结构的基底部分45因地震、强风等引起沿X方向和Y方向振动，且通过调整该振动，重物2相对于基底部分45沿X方向和Y方向相对地振动时，分别固定在X方向垂直壁部分21和22及Y方向垂直壁部分23和24的导电体102，相对于产生磁场的本体103沿X方向和Y方向相对地移动，以在导电体102内产生电动势。此时，由于电动势的作用，横贯导电体102流动的涡电流转换为热能(涡电流损失)，所以，发生电功率消耗，根据横贯导电体102流动的涡电流和产生磁场的本体103的磁场之间的关系，可产生用来阻止沿X方向和Y方向运动的电磁力。其结果，重物2相对于框架体3沿X方向和Y方向的相对运动受到阻尼。应该指出的是，在大的力施加到框架体3的情形中，诸如当动态减震器1设置有磁性阻尼机构101时，如果框架体3构造成足够的厚度以使导电体102等能可靠地固定，则这就足够了。
尽管以上已经描述了动态减震器的一实例，但如图6所示，动态振动吸收装置61可构造成包括两个动态减震器1。在图6所示的动态振动吸收装置61中，一个动态减震器1的重物2的质量做得不同于另一动态减震器1的重物2的质量，其结果，一个动态减震器1的重物2的固有频率调整到结构固有频率的第一阶频率，而另一个动态减震器1的重物2的固有频率调整到结构固有频率的第二阶频率。因此，一个动态减震器1的重物2的固有频率不同于另一个动态减震器1的重物2的固有频率。
在图6所示的动态振动吸收装置61中，为了使一个动态减震器1的重物2的固有频率不同于另一个动态减震器1的重物2的固有频率，可使主要由一个动态减震器1的板弹簧4、5、6和7确定的弹簧常数不同于主要由另一个动态减震器1的板弹簧4、5、6和7确定的弹簧常数。
此外，在动态振动吸收装置61通过包括多个动态减震器1(如图6所示)进行构造的情形中，可使主要由一个动态减震器1的阻尼结构8确定的阻尼系数不同于主要由另一个动态减震器1的阻尼结构8确定的阻尼系数，这样，结构的振动可最佳地有效地受到阻尼。
在动态振动吸收装置61中，代替将一个动态减震器1的重物2的固有频率调整到结构的固有频率的第一阶频率，以及将另一个动态减震器1的重物2的固有频率调整到结构的固有频率的第二阶频率，可使一个动态减震器1的重物2的固有频率和另一个动态减震器1的重物2的固有频率彼此靠近。这能够对付安装动态振动吸收装置61的结构的固有频率的变化，且不管结构固有频率如何变化可满意地阻尼结构的振动。
在以上描述中，尽管动态减震器1通过使用在平面图中呈正方形的重物2和框架体3进行构造，但动态减震器1也可通过使用在如图7所示的平面图中呈正六边形的重物2和框架体3进行构造。如在图7所示的动态减震器1的情形中，各由单一件组成的垂直安装的U形板弹簧91至96可以各插入在重物2的各个侧表面71至76和框架体3的各个垂直壁部分81至86之间。此外，代替在平面图中呈正方形的重物2和框架体3，动态减震器1可这样进行构造：使用一在平面图中基本上呈圆形且由一圆柱体构成的重物(未示出)和一在平面图中基本上呈圆形且由一中空圆柱体构成的框架体(未示出)。

Claims (13)

1.一动态减震器，包括：一重物；一包围所述重物的框架体；多个垂直安装的U形板弹簧，它们插设在所述框架体和所述重物之间而相对于所述框架体保持住所述重物，使所述重物可在一平面内的所有方向上移动，而沿垂直于该平面的垂直方向不可移动；以及一阻尼机构，该阻尼机构阻尼所述重物在所述平面内的振动。
2.如权利要求1所述的动态减震器，其特征在于，所述重物在一平面图中形成为包括一正三角形的大致正多边形或一圆形的形状。
3.如权利要求1或2所述的动态减震器，其特征在于，所述框架体在一平面图中形成为包括一正三角形的大致正多边形或一圆形的形状。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的动态减震器，其特征在于，所述框架体具有一对X方向的垂直壁部分，它们沿所述平面内的X方向彼此相对，使所述重物设置在其间，以及一对Y方向的垂直壁部分，它们沿所述平面内的Y方向彼此相对，Y方向与X方向相交，使所述重物设置在其间，其中，至少一个所述板弹簧插设在各个所述成对的X方向垂直壁部分和所述重物之间，其沿垂直方向延伸的一个边缘部分固定到所述X方向垂直壁部分上，其沿垂直方向延伸的另一边缘部分对应地固定到所述重物上，而至少另一个所述板弹簧插设在各个所述成对的Y方向垂直壁部分和所述重物之间，其沿垂直方向延伸的一个边缘部分固定在所述Y方向垂直壁部分上，而其沿垂直方向延伸的另一边缘对应地固定在所述重物上。
5.如权利要求4所述的动态减震器，其特征在于，所述多个平行布置的板弹簧插设在各个所述成对的X方向垂直壁部分和所述重物之间，以及各个所述成对的Y方向垂直壁部分和所述重物之间，各个所述板弹簧在其所述一个边缘部分固定到所述垂直壁部分上，而在其所述另一边缘部分对应地固定到所述重物上。
6.如权利要求4或5所述的动态减震器，其特征在于，所述Y方向垂直于所述X方向。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的动态减震器，其特征在于，所述阻尼机构包括一产生磁场的本体，该本体固定到所述重物和所述框架体之一上，并产生一磁场，所述阻尼机构还包括一板状的导电体，该导电体固定到所述重物和所述框架体中的另一个，并通过其相对于所述产生磁场的本体作的相对运动而产生一涡电流。
8.如权利要求7所述的动态减震器，其特征在于，所述产生磁场的本体具有一永久磁体，该永久磁体产生一对磁性彼此不同的磁极，磁极彼此相对且其间具有一磁隙，从而在所述导电体的中心部分处产生一磁场。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的动态减震器，其特征在于，所述动态减震器被调整到安装有所述动态减震器的一结构的固有频率。
10.一种动态振动吸收装置，包括多个根据权利要求1至9的任何一个所述的动态减震器，其中，至少一个所述动态减震器的所述重物的固有频率不同于另一个所述动态减震器的所述重物的固有频率。
11.如权利要求10所述的动态振动吸收装置，其特征在于，所述至少一个所述动态减震器的所述重物的质量不同于所述另一个所述动态减震器的所述重物的质量。
12.如权利要求10或11所述的动态振动吸收装置，其特征在于，所述至少一个所述动态减震器的弹簧常数不同于所述另一个所述动态减震器的弹簧常数。
13.如权利要求10至12中任何一项所述的动态振动吸收装置，其特征在于，所述至少一个所述动态减震器的阻尼系数不同于所述另一个所述动态减震器的阻尼系数。
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