CN210034288U

CN210034288U - 一种多变抗振减振器

Info

Publication number: CN210034288U
Application number: CN201920851273.5U
Authority: CN
Inventors: 何水龙; 汤涛; 许恩永; 王伟; 伍建伟; 唐荣江
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-06-06

Abstract

本实用新型公开了一种多变抗振减振器，包括下承重固定座，下承重固定座的中部设有支撑座，支撑座上设有贯穿支撑座的主动驱动齿轮支撑杆，主动驱动齿轮支撑杆上设有多层结构相同的驱动齿轮组，主动驱动齿轮支撑杆的下端连接驱动电机，每个驱动齿轮组外接杆外接有减振单元，腔体内设有左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱，其中左次级驱动齿轮和右次级驱动齿轮分别设置在左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱上。这种多变抗振减振器，可以针对不同的振动激励信号，克服和排除了传统减振器内存在的零件共振效应影响，减少传统减振器难以匹配最优参数的缺陷，为精确设计减振器阻尼参数配置带来便利。

Description

一种多变抗振减振器

技术领域

本实用新型涉及机械减振技术领域，具体为一种多变抗振减振器。

背景技术

近年来，减振器在汽车、航空、船舶等领域的机械设计和制造中应用愈加广泛，对控制精度要求越来越高。由于橡胶具备较好的耐磨性，且阻尼值较高，因此成为了减振器缓解振动的主要零件，但橡胶零件在配置过程中，对于空间约束度不足的橡胶零件，当其自身的固有频率在振动激励的刺激下与振动激励频率发生频率耦合时，很容易产生零件共振而产生摆动的问题，造成减振器的振动衰减能力大幅下降，因而对于减振器的减振能力也提出了较高的设计要求。按照振动传递和产生机理，结构的固有频率常常由结构的刚度和质量来确定，其表达式为：

其中，K表示结构的刚度，M表示材料的质量，对于确定材料的橡胶零件，其刚度的大小往往是确定的，而零件的空间排列和体积大小设计往往决定着减振器内橡胶零件的阻尼值大小以及质量的值，因此，基于对设计成本的考虑，在不更换常见橡胶材料的前提下，为使得减振器内的橡胶零件的固有频率能够与振动激励频率之间尽可能产生偏离，可以质量作为改善减振器内的共振效应的主要设计变量进行减振设计。

目前，对于国内的多数的减振器设计产品而言，大多数的传统减振器设计大多依赖于仿真设计和设计者对先进模型的设计经验，缺乏对实体模型自我调教匹配的设计研究，由仿真模型参考设计的实体模型常由于设计误差的原因而造成后期的维护再设计成本较高，此外，国内大多数的减振器设计很少考虑到内在的减振内含部件在减振的跃动过程中自激引发的共振效应，从而对减振器的阻尼橡胶的设计参数(包括质量，尺寸设计值等)都会带来干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多变抗振减振器，可以针对不同的振动激励信号，克服和排除了传统减振器内存在的零件共振效应影响，减少传统减振器难以匹配最优参数的缺陷，为精确设计减振器阻尼参数配置带来便利。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种多变抗振减振器，与现有技术不同的是，包括下承重固定座，下承重固定座的中部设有支撑座，支撑座上设有贯穿支撑座的主动驱动齿轮支撑杆，主动驱动齿轮支撑杆上设有多层结构相同的驱动齿轮组，主动驱动齿轮支撑杆的上端连接上承载板，主动驱动齿轮支撑杆的下端连接驱动电机，每层的驱动齿轮组包括主驱动齿轮和与主驱动齿轮相啮合的左右对称设置的左次级驱动齿轮、右次级驱动齿轮，主驱动齿轮、左次级驱动齿轮和右次级驱动齿轮设置在封闭的腔体内，腔体的内壁上设有凹槽轮齿，左次级驱动齿轮、右次级驱动齿轮与腔体的内壁上凹槽轮齿啮合，腔体的外壁设有对称设置的一组驱动齿轮组外接杆，每个驱动齿轮组外接杆外接有减振单元，减振单元也是分层设置，层数与驱动齿轮组层数相同，每相邻的两层减振单元之间设有与他们紧密连接的减振单元限位橡胶垫，最顶层的减振单元和上端连接上承载板之间设有紧密连接的摩擦片，最底层的减振单元与下承重固定座之间也设有紧密连接的减振单元限位橡胶垫，腔体内设有左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱，左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱的两端均呈弧顶朝外的弧形状，弧顶与腔体的上部或底部点接触，使得腔体的运动与腔体内部件运动互不干涉，其中左次级驱动齿轮和右次级驱动齿轮分别设置在左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱上。

所述减振单元包括带开口的金属壳，所述金属壳包括竖板及与竖板两端固定连接的第一横板和第二横板，第一横板和第二横板与竖板在同一平面内且垂直，第一横板和第二横板的外端均带有弯头，两弯头相对不闭合，金属壳的内部由底向上顺序设置有减振橡胶垫、固定橡胶座、内约束单元、固定传导铁芯和粘性橡胶垫，其中内约束单元为带开口的夹层，夹层开口方向与金属壳的开口方向一致，夹层内设有变橡胶质量块，变橡胶质量块在夹层内可自由滑动，变橡胶质量块与驱动齿轮组外接杆连接，夹层的内层上顶部设有阵列红外传感器组，阵列红外传感器组与变橡胶质量块不接触，阵列红外传感器组用来感知变橡胶质量块变化位置。

所述上端连接上承载板上设有振动传感器。

所述驱动齿轮组的数量为至少组。

所述驱动齿轮组外接杆的数量为至少8个，外接杆连接的变橡胶质量块在质量分布上，满足分布规律：m,m+m_i,m+2m_i,m+3m_i,...,m+nm_i，其中n+1表示变橡胶质量块在空间尺寸允许范围内的最大分布数量，下一层的变橡胶质量块以上层的质量分布规律为基准，进一步按照同等规律进行累加分布，满足的分布规律为：m+(n+1)m_i,m+(n+2)m_i,m+(n+3)m_i,…….,m+(n+n)m_i，依次类推，依次完成对下层等变橡胶质量块17的质量分布部署。

所述变橡胶质量块在驱动齿轮组外接杆作用下绕主动驱动齿轮支撑杆进行转动。

支撑座来稳固主驱动齿轮组支撑柱运作的稳定性。

所述减振单元限位橡胶可保证减振单元之间能保持固定，不会发生错动。

当外界的振动冲击作用于多变抗振减振器时，振动先从减振器上承载板进行振动激励，由表面上的振动传感器来探测振动信号的强度值，并将其传递到收集信号采集的信号终端处理器，等待中央处理器的输出回执，主动驱动齿轮支撑杆来承担主要的振动冲击和载荷作用，主动驱动齿轮支撑杆下端由下承重固定座中的驱动电机来驱动转动，由支撑座来维持转动的稳定性，驱动齿轮组的转动作用会通过驱动齿轮组外接杆的连接作用来带动减振单元内的变橡胶质量块转动，而减振单元本体由于减振单元限位橡胶的约束作用在空间上保持固定。

减振单元顶部的摩擦片保证了上承载板与减振单元之间不会发生位置的错动，振动传递到减振单元上时，由于减振单元内由竖板、第一横板、第二横板组成结构的一端处于悬空状态，因此可将一部分的振动激励向下引导，粘性橡胶垫上下分别粘性粘附有固定传导铁芯和金属壳，在振动进一步传递到固定传导铁芯上时，由固定传导铁芯和粘性橡胶垫将等效为初级的动力吸振器，来初步吸收振动的传递能量，且铁芯底部覆盖有的薄橡胶层将避免固定传导铁芯与金属壳内部第一横板上表层的直接振动碰撞接触，进一步地，振动传递到金属壳上，此时，变橡胶质量块将充当次级的动力吸振器来进一步吸收振动的传递能量，为维持振动的稳定性，采用减振橡胶垫来接触第二横板，以防止振动带来的失稳问题，剩余的振动能量将通过下固定橡胶座以及减振橡胶垫的阻尼衰减作用进一步向下传递，并依靠减振单元限位橡胶垫向下一级的减振单元进行振动衰减，减振单元垂向的布置使得振动能够实现层级的动力吸振器和橡胶阻尼阵列串联布置，可以极大的消耗和衰减的传递的振动能量。

在齿轮驱动组的内部，主动驱动齿轮支撑杆下端由驱动电机来驱动转动，依靠齿轮的啮合作用，主动驱动齿轮支撑杆上的主驱动齿轮将同时驱动左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱上的次级驱动齿轮进行稳定的转动。

依靠次级驱动齿轮和驱动腔体内部凹槽轮齿的啮合关系，驱动腔体将进行相应的转动运动。

所有驱动齿轮组的腔体利用驱动齿轮组外接杆与变橡胶质量块连接，腔体的转动也将带动变橡胶质量块沿驱动齿轮组的几何中心进行转动，减振单元内的阵列红外传感器组感知变橡胶质量块是否处在减振单元内的几何面内，并将信号传递给中央处理器，中央处理器经过处理来调节输出驱动电机的转动驱动力，进而控制驱动齿轮组的转动，变橡胶质量块也随之在减振单元内进行滑动，当变橡胶质量块完全处于减振单元内时，驱动齿轮组则停止转动，为保证减少误差的产生，减振单元在空间上应水平且应该是处于均匀布置状态，保证有限个变橡胶质量块都能同步完全处于减振单元内的同一位置，在振动测试时，应该保证振动的采样时间和间隔时间一致，通常可设定为20-30s，以避免随机误差的产生。

在采样结束后，为寻找到最佳的振动参数分布，可分别以质量和阻尼来作为设计变量，收集振动传感器在采样时间内收集振动总加权加速度均方根值，以质量最佳分布参数分布为例，收集最佳质量时，可将变橡胶质量块的材料保持相同，整体的形状特征也保持一致，以变化的高度来调节质量规律变化，通过设定质量变化单元m_i变化的质量分布为：m,m+m_i,m+2m_i,m+3m_i,...,m+nm_i，其中n+1表示变橡胶质量块在空间尺寸允许范围内的最大分布数量，通过采集在振动总加权加速度均方根值最小时处于减振单元内中各层变橡胶质量块的质量分布，形成质量集合，从而可获得在各层处于减振单元内的变橡胶质量块质量的有效集合，形成实现减振性能最优化的质量参数集合，类似的，在寻求最佳的阻尼系数值分布时，需要保证各质量值一致，并以变化单位c_i来规律性变动变橡胶质量块的阻尼系数值，从而获得在振动在振动总加权加速度均方根值最小时处于减振单元内中各层变橡胶质量块的最佳阻尼参数分布。

本技术方案将橡胶质量作为的设计变量，以减振器上承载板上振动传感器收集的振动信号强度作为设计指标，通过电机驱动，探测在不同质量的可变橡胶在减振单元内振动时振动传感器收集振动的衰减情况，并以此来排除减振器内主要的橡胶零件自身的共振效应对减振器设计的影响，寻找到各层橡胶质量的最佳分布，实现对减振器的最佳减振设计。

这种多变抗振减振器，可以针对不同的振动激励信号，克服和排除了传统减振器内存在的零件共振效应影响，减少传统减振器难以匹配最优参数的缺陷，为精确设计减振器阻尼参数配置带来便利。

附图说明

图1为实施例的结构剖面示意图；

图2为实施例中减振单元结构示意图；

图3为实施例中驱动齿轮组结构示意图；

图4为实施例中腔体16的结构示意图；

图5为实施例中减振单元运作位置示意图；

图6为实施例中振动最小化下各层变橡胶质量块质量参数分配示意图。

图中：2.驱动齿轮组外接杆3.驱动齿轮组4.上承载板5.减振单元6.减振单元限位橡胶垫7.下承重固定座8.支撑座9.驱动电机10.左次级齿轮组支撑柱11.主动驱动齿轮支撑杆12.右次级齿轮组支撑柱13.右次级驱动齿轮13-1.左次级驱动齿轮14.主驱动齿轮15.凹槽轮齿16.腔体17.变橡胶质量块18.摩擦片19.金属壳20.粘性橡胶垫21.固定传导铁芯22.阵列红外传感器组23.内约束单元23-1.夹层24.固定橡胶座25.减振橡胶垫26.振动传感器27.竖板28.第一横板29.第二横板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

参照图1，一种多变抗振减振器，包括下承重固定座7，下承重固定座7的中部设有支撑座8，支撑座8上设有贯穿支撑座8的主动驱动齿轮支撑杆11，主动驱动齿轮支撑杆11上设有多层结构相同的驱动齿轮组3，主动驱动齿轮支撑杆11的上端连接上承载板4，主动驱动齿轮支撑杆11的下端连接驱动电机9，如图3所示，每层的驱动齿轮组3包括主驱动齿轮14和与主驱动齿轮14相啮合的左右对称设置的左次级驱动齿轮13-1、右次级驱动齿轮13，主驱动齿轮14、左次级驱动齿轮13-1和右次级驱动齿轮13设置在封闭的腔体16内，如图4所示，腔体16的内壁上设有凹槽轮齿15，左次级驱动齿轮13-1、右次级驱动齿轮13与腔体16的内壁上凹槽轮齿15啮合，腔体16的外壁设有对称设置的一组驱动齿轮组外接杆2，每个驱动齿轮组外接杆2外接有减振单元5，减振单元5也是分层设置，层数与驱动齿轮组3层数相同，每相邻的两层减振单元5之间设有与他们紧密连接的减振单元限位橡胶垫6，最顶层的减振单元5和上端连接上承载板4之间设有紧密连接的摩擦片18，最底层的减振单元5与下承重固定座7之间也设有紧密连接的减振单元限位橡胶垫6，腔体16内设有左次级齿轮组支撑柱10和右次级齿轮组支撑柱12，左次级齿轮组支撑柱10和右次级齿轮组支撑柱12的两端均呈弧顶朝外的弧形状，弧顶与腔体16的上部或底部点接触，使得腔体16的运动与腔体16内部件运动互不干涉，其中左次级驱动齿轮13-1和右次级驱动齿轮13分别设置在左次级齿轮组支撑柱10和右次级齿轮组支撑柱12上。

如图2所示，所述减振单元5包括带开口的金属壳19，所述金属壳19，包括竖板27及与竖板27两端固定连接的第一横板28和第二横板29，第一横板28和第二横板29与竖板27在同一平面内且垂直，第一横板28和第二横板29的外端均带有弯头，两弯头相对不闭合，金属壳19的内部由底向上顺序设置有减振橡胶垫25、固定橡胶座24、内约束单元23、固定传导铁芯21和粘性橡胶垫20，其中内约束单元23为带开口的夹层23-1，夹层23-1开口方向与金属壳19的开口方向一致，夹层23-1内设有变橡胶质量块17，变橡胶质量块17在夹层23-1内可自由滑动，变橡胶质量块17与驱动齿轮组外接杆2连接，夹层23-1的内层上顶部设有阵列红外传感器组22，阵列红外传感器组22与变橡胶质量块17不接触，阵列红外传感器组22用来感知变橡胶质量块17变化位置。

所述上端连接上承载板4上设有振动传感器26。

所述驱动齿轮组3的数量为至少3组。

所述驱动齿轮组外接杆2的数量为至少8个，外接杆2连接的变橡胶质量块17在质量分布上，满足分布规律：m,m+m_i,m+2m_i,m+3m_i,...,m+nm_i，其中n+1表示变橡胶质量块17在空间尺寸允许范围内的最大分布数量，下一层的变橡胶质量块17以上层的质量分布规律为基准，进一步按照同等规律进行累加分布，满足的分布规律为：m+(n+1)m_i,m+(n+2)m_i,m+(n+3)m_i,...,m+(n+n)m_i，依次类推，依次完成对下层等变橡胶质量块17的质量分布部署。

所述变橡胶质量块17在驱动齿轮组外接杆作用下绕主动驱动齿轮支撑杆11进行转动。

支撑座8来稳固主驱动齿轮组支撑柱11运作的稳定性。

所述减振单元限位橡胶6可保证减振单元5之间能保持固定，不会发生错动。

当外界的振动冲击作用于多变抗振减振器1时，振动先从减振器上承载板4进行振动激励，由表面上的振动传感器26来探测振动信号的强度值，并将其传递到收集信号采集的信号终端处理器，等待中央处理器的输出回执，主动驱动齿轮支撑杆11来承担主要的振动冲击和载荷作用，主动驱动齿轮支撑杆下端由下承重固定座7中的驱动电机9来驱动转动，由支撑座8来维持转动的稳定性，驱动齿轮组3的转动作用会通过驱动齿轮组外接杆2的连接作用来带动减振单元5内的变橡胶质量块17转动，而减振单元5本体由于减振单元限位橡胶6的约束作用在空间上保持固定。

参照图2，减振单元5顶部的摩擦片保证了上减振器上承载板4与减振单元之间不会发生位置的错动，振动传递到减振单元5上时，由于减振单元外限位板20的一端处于悬空状态，因此可将一部分的振动激励向下引导，粘性橡胶层21上下分别粘性粘附有上固定传导铁芯21和可变橡胶块内约束板22，在振动进一步传递到上固定传导铁芯21上时，由上固定传导铁芯21和粘性橡胶层21将等效为初级的动力吸振器，来初步吸收振动的传递能量，且铁芯底部覆盖有的薄橡胶层将避免上固定传导铁芯21与可变橡胶块内约束板22上表层的直接振动碰撞接触，进一步地，振动传递到可变橡胶块内约束板22上，此时，变橡胶质量块17将充当次级的动力吸振器来进一步吸收振动的传递能量，为维持振动的稳定性，采用下固定稳固橡胶座26来接触可变橡胶块内约束板22，以防止振动带来的失稳问题，剩余的振动能量将通过下固定稳固橡胶座26以及减振橡胶垫27的阻尼衰减作用进一步向下传递，并依靠减振单元限位橡胶6向下一级的减振单元5进行振动衰减，减振单元垂向的布置使得振动能够实现层级的动力吸振器和橡胶阻尼阵列串联布置，可以极大的消耗和衰减的传递的振动能量。

参照图3，在齿轮驱动组3的内部，主动驱动齿轮支撑杆11下端由驱动电机9来驱动转动，依靠齿轮的啮合作用，主动驱动齿轮支撑杆11上的主驱动齿轮14将同时驱动左次级齿轮组支撑柱10和右次级齿轮组支撑柱12上的次级驱动齿轮13进行稳定的转动。

参照图4，依靠次级驱动齿轮13和驱动腔体16内部凹槽轮齿的啮合关系，驱动腔体16将进行相应的转动运动。

参照图5，所有驱动齿轮组2的腔体16利用驱动齿轮组外接杆2与变橡胶质量块17连接，腔体16的转动也将带动变橡胶质量块17沿驱动齿轮组3的几何中心进行转动，减振单元5内的阵列红外传感器组22感知变橡胶质量块17是否处在减振单元5内的几何面内，并将信号传递给中央处理器，中央处理器经过处理来调节输出驱动电机9的转动驱动力，进而控制驱动齿轮组2的转动，变橡胶质量块17也随之在减振单元5内进行滑动，当变橡胶质量块17完全处于减振单元5内时，驱动齿轮组则停止转动，为保证减少误差的产生，减振单元5在空间上应水平且应该是处于均匀布置状态，保证有限个变橡胶质量块17都能同步完全处于减振单元5内的同一位置，在振动测试时，应该保证振动的采样时间和间隔时间一致，通常可设定为20-30s，以避免随机误差的产生。

参照图6，在采样结束后，为寻找到最佳的振动参数分布，可分别以质量和阻尼来作为设计变量，收集振动传感器26在采样时间内收集振动总加权加速度均方根值，以质量最佳分布参数分布为例，收集最佳质量时，可将变橡胶质量块17的材料保持相同，整体的形状特征也保持一致，以变化的高度来调节质量规律变化，通过设定质量变化单元m_i变化的质量分布为：

m,m+m_i,m+2m_i,m+3m_i,...,m+nm_i，其中n+1表示变橡胶质量块17在空间尺寸允许范围内的最大分布数量，通过采集在振动总加权加速度均方根值最小时处于减振单元5内中各层变橡胶质量块17的质量分布，形成质量集合，从而可获得在各层处于减振单元5内的变橡胶质量块质量的有效集合，形成实现减振性能最优化的质量参数集合，类似的，在寻求最佳的阻尼系数值分布时，需要保证各质量值一致，并以变化单位c_i来规律性变动变橡胶质量块17的阻尼系数值，从而获得在振动在振动总加权加速度均方根值最小时处于减振单元5内中各层变橡胶质量块17的最佳阻尼参数分布。

Claims

1.一种多变抗振减振器，其特征在于，包括下承重固定座，下承重固定座的中部设有支撑座，支撑座上设有贯穿支撑座的主动驱动齿轮支撑杆，主动驱动齿轮支撑杆上设有多层结构相同的驱动齿轮组，主动驱动齿轮支撑杆的上端连接上承载板，主动驱动齿轮支撑杆的下端连接驱动电机，每层的驱动齿轮组包括主驱动齿轮和与主驱动齿轮相啮合的左右对称设置的左次级驱动齿轮、右次级驱动齿轮，主驱动齿轮、左次级驱动齿轮和右次级驱动齿轮设置在封闭的腔体内，腔体的内壁上设有凹槽轮齿，左次级驱动齿轮、右次级驱动齿轮与腔体的内壁上凹槽轮齿啮合，腔体的外壁设有对称设置的一组驱动齿轮组外接杆，每个驱动齿轮组外接杆外接有减振单元，减振单元也是分层设置，层数与驱动齿轮组层数相同，每相邻的两层减振单元之间设有与他们紧密连接的减振单元限位橡胶垫，最顶层的减振单元和上端连接上承载板之间设有紧密连接的摩擦片，最底层的减振单元与下承重固定座之间也设有紧密连接的减振单元限位橡胶垫，腔体内设有左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱，左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱的两端均呈弧顶朝外的弧形状，弧顶与腔体的上部或底部点接触，其中左次级驱动齿轮和右次级驱动齿轮分别设置在左次级齿轮组支撑柱和右次级齿轮组支撑柱上。

2.根据权利要求1所述的多变抗振减振器，其特征在于，所述减振单元包括带开口的金属壳，所述金属壳包括竖板及与竖板两端固定连接的第一横板和第二横板，第一横板和第二横板与竖板在同一平面内且垂直，第一横板和第二横板的外端均带有弯头，两弯头相对不闭合，金属壳的内部由底向上顺序设置有减振橡胶垫、固定橡胶座、内约束单元、固定传导铁芯和粘性橡胶垫，其中内约束单元为带开口的夹层，夹层开口方向与金属壳的开口方向一致，夹层内设有变橡胶质量块，变橡胶质量块在夹层内可自由滑动，变橡胶质量块与驱动齿轮组外接杆连接，夹层的内层上顶部设有阵列红外传感器组，阵列红外传感器组与变橡胶质量块不接触。

3.根据权利要求1所述的多变抗振减振器，其特征在于，所述上端连接上承载板上设有振动传感器。

4.根据权利要求1所述的多变抗振减振器，其特征在于，所述驱动齿轮组的数量为至少3组。

5.根据权利要求1所述的多变抗振减振器，其特征在于，所述驱动齿轮组外接杆的数量为至少8个，外接杆连接的变橡胶质量块在质量分布上，满足分布规律：m,m+m_i,m+2m_i,m+3m_i,...,m+nm_i，其中n+1表示变橡胶质量块在空间尺寸允许范围内的最大分布数量，下一层的变橡胶质量块以上层的质量分布规律为基准，进一步按照同等规律进行累加分布，满足的分布规律为：m+(n+1)m_i,m+(n+2)m_i,m+(n+3)m_i,...,m+(n+n)m_i，依次类推，依次完成对下层等变橡胶质量块的质量分布部署。