[發(fā)明專利]帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910052872.1
• 申請(qǐng)日: 2009-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN101576138A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜妍辰;王樹林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F7/01
• 分類號(hào): F16F7/01;F16F15/02
• 代理公司: 上海東創(chuàng)專利代理事務(wù)所
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碰撞阻尼屬于振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)，它利用振動(dòng)過程中自由質(zhì)量(沖擊器)與主系統(tǒng)的碰撞來控制主系統(tǒng)的響應(yīng)。由于碰撞阻尼器構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、易于實(shí)施、無需電源、適合在惡劣環(huán)境下使用并且減振效果良好，因而，關(guān)于碰撞阻尼的研究在最近得到了迅猛的發(fā)展并在機(jī)床、透平機(jī)械、機(jī)器人、汽車、航天飛船和高層建筑等領(lǐng)域的振動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，有代表性的碰撞阻尼主要包括：?jiǎn)误w碰撞阻尼、豆包碰撞阻尼、多體碰撞阻尼、顆粒碰撞阻尼、非阻塞性顆粒碰撞阻尼(NOPD)、帶顆粒減振劑的碰撞阻尼等等。

在碰撞阻尼器中，利用彈性碰撞原理設(shè)計(jì)的阻尼器——帶彈性緩沖的碰撞阻尼器和利用塑性碰撞原理設(shè)計(jì)的阻尼器——帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器，都取得了好的效果但又都存在缺點(diǎn)。帶彈性緩沖的碰撞阻尼器的優(yōu)點(diǎn)是通過在器壁內(nèi)側(cè)粘貼彈性緩沖層，從而有效地降低了沖擊器與器壁碰撞過程中的加速度峰值，減小了對(duì)主系統(tǒng)的沖擊；缺點(diǎn)是彈性碰撞沒有將振動(dòng)能量真正消耗掉，而是將其暫時(shí)轉(zhuǎn)移到其他模態(tài)中，所以大量能量最終會(huì)返回到主系統(tǒng)中，甚至在共振及亞共振范圍內(nèi)放大振動(dòng)響應(yīng)。帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器利用沖擊器與器壁的強(qiáng)烈撞擊使夾在其間的顆粒產(chǎn)生塑性變形，從而可以永久地消耗掉大量的振動(dòng)能量；但缺點(diǎn)是無法有效地避免碰撞產(chǎn)生的加速度峰值和對(duì)主系統(tǒng)的沖擊。從上述分析可以看出：兩種不同減振原理的碰撞阻尼器，各自的優(yōu)點(diǎn)又恰恰是對(duì)方的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，它既能克服傳統(tǒng)碰撞阻尼器不能有效耗散振動(dòng)能量的缺點(diǎn)，又能克服帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器對(duì)主系統(tǒng)產(chǎn)生過高加速度峰值的缺點(diǎn)，本發(fā)明不僅有效地降低碰撞過程中的加速度，減小對(duì)主系統(tǒng)的沖擊，而且可最大限度地消耗主系統(tǒng)的振動(dòng)能量；減少能量向主系統(tǒng)的再次傳遞，減輕高次諧波和亞諧波的影響。

一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，顆粒碰撞阻尼器內(nèi)部帶有彈性蓄能構(gòu)件和塑性沖擊耗能構(gòu)件；其特征在于：所述的顆粒碰撞阻尼器經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接；顆粒碰撞阻尼器的自振頻率不大于被控制主系統(tǒng)的自振頻率。

所述的彈性支承可為螺旋彈簧、板彈簧或彈性墊層；其彈性支承的自由運(yùn)動(dòng)方向與被控制主系統(tǒng)的振動(dòng)方向相一致。

所述的彈性蓄能構(gòu)件可以是沖擊器和容器；塑性沖擊耗能構(gòu)件可以是顆粒及一個(gè)或多個(gè)沖擊器，同時(shí)裝在一個(gè)容器里，組成顆粒碰撞阻尼器。

顆粒碰撞阻尼器的容器可為球形或圓柱形；沖擊器可同時(shí)與容器一致為球形或圓柱形；顆粒可為金屬材料如銅粉，也可為非金屬材料如石墨等。

當(dāng)被控制主系統(tǒng)振動(dòng)方向不確定時(shí)，顆粒碰撞阻尼器的容器和沖擊器選用球形，經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)相連接，此時(shí)顆粒碰撞阻尼器為多向阻尼器，顆粒碰撞阻尼器上應(yīng)設(shè)置多組彈性支承，每組彈性支承分別與被控制主系統(tǒng)連接。

當(dāng)振動(dòng)方向確定時(shí)顆粒碰撞阻尼器的容器和沖擊器最好選用圓柱形，此時(shí)顆粒碰撞阻尼器為單向阻尼器；顆粒碰撞阻尼器經(jīng)至少一個(gè)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接。

顆粒與沖擊器的直徑比應(yīng)在1/10以下，最好能達(dá)到1/100。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器的基礎(chǔ)上，改變了與主結(jié)構(gòu)的連接方式，由固定在主結(jié)構(gòu)上改為與主結(jié)構(gòu)彈性連接。帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器充分保留了帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器中沖擊器與器壁的強(qiáng)烈撞擊使夾在其間的顆粒產(chǎn)生塑性變形和斷裂，從而永久性地消耗掉大量的振動(dòng)能量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又利用彈性支承的蓄能作用而延長(zhǎng)碰撞時(shí)間，有效地減小阻尼器對(duì)主系統(tǒng)的沖擊。不僅如此，彈性支承的存在還放大了阻尼器的振動(dòng)，使得沖擊器的撞擊更強(qiáng)烈，導(dǎo)致顆粒的塑性變形和斷裂更劇烈，取得更好的減振效果。

本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：(1)有效地降低碰撞過程中的加速度，減小對(duì)主系統(tǒng)的沖擊；(2)最大限度地消耗主系統(tǒng)的振動(dòng)能量；(3)減少能量向主系統(tǒng)的再次傳遞，減輕高次諧波和亞諧波的影響。

本發(fā)明尤其適用于頻率低、模態(tài)密集的非線性系統(tǒng)的振動(dòng)控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中單向阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中多向阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.支承彈簧，2.容器，3.沖擊器，4.顆粒，5.被控制主系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。