[發明專利]一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置及設計方法

在審

• 申請號: 202110264234.7
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112855824A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 杜甫;毛明;陳軼杰;徐夢巖;萬義強;高曉東;何立龍;王樂;徐龍;代健健
• 申請（專利權）人: 中國北方車輛研究所
• 主分類號: F16F7/10
• 分類號: F16F7/10;F16F13/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳

本申請屬于減振和隔振技術領域，涉及一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置及設計方法，其不僅能完全隔絕簡諧位移激勵的影響，而且從根本上消除阻尼生熱的隱患。該裝置包括彈簧和慣容器，所述慣容器和所述彈簧并聯連接；其中所述彈簧的剛度與所述慣容器的慣質系數的比值為N，所述比值N與所述簡諧位移激勵的頻率成正相關。

技術領域

本發明屬于減振和隔振技術領域，具體涉及一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置及設計方法。

背景技術

正弦激勵是一種常見的激勵信號，在工業生產和日常生活中比較普遍，例如單擺、彈簧振子等。正弦激勵在一個完整周期內的位移為零，當載荷一定時，對外所做的功也為零。

傳統被動減振裝置由彈簧和阻尼器并聯組成，這種結構自確定至今已有一百多年的歷史，一直沒有突破性進展。在這種減振裝置中，彈簧作為儲能元件，將外界激勵的能量轉化為彈性勢能，阻尼作為耗能元件，將激勵能量轉化為熱能。彈簧和阻尼器并聯的減振裝置做出了卓越的貢獻，但阻尼器由于要承受交變載荷，并伴隨著溫升，不僅是一個易損件，也是跑冒滴漏松等故障的重要來源。此外，彈簧與阻尼并聯的減振裝置無法實時耗散掉所有的振動能量，也無法完全隔絕振動的影響。

慣容器是一個從電學中派生出的概念，其實質是一個慣性蓄能器，同彈簧和阻尼器一樣具有兩個獨立、自由的端點，而且兩個端點所受的力與其相對加速度成正比。慣容器的出現打破了傳統彈簧、阻尼并聯的經典減振結構體系，為新型隔振結構的設計提供了新的思路。

隨著工業技術的飛速發展，對振動的限制越來越嚴格，還受到環保、節能、成本等諸多因素的影響。因此，迫切需要一種能夠完全隔絕簡諧位移激勵的被動隔振裝置。

發明內容

本申請的實施例提供一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置及設計方法，其不僅能完全隔絕簡諧位移激勵的影響，而且從根本上消除阻尼生熱的隱患。

第一方面，本申請一實施例提供了一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置，包括彈簧和慣容器，所述慣容器和所述彈簧并聯連接；其中所述彈簧的剛度與所述慣容器的慣質系數的比值為N，所述比值N與所述簡諧位移激勵的頻率成正相關。

進一步地，所述彈簧的剛度與所述慣容器的慣質系數的比值為N，所述比值N與所述簡諧位移激勵的頻率滿足如下關系式：

其中：ω為簡諧激勵的頻率，單位為rad；k為彈簧剛度，單位為N/m；b為慣容器慣質系數，單位為kg。

可選地，所述慣容器采用齒輪齒條慣容器、滾珠絲杠慣容器、液力慣容器或流體慣容器。

第二方面，本申請一實施例一種針對簡諧位移激勵的慣容式隔振裝置設計方法，具體過程為：

使慣容器1和彈簧2并聯連接，令所述彈簧2的剛度與所述慣容器1的慣質系數的比值為N，所述比值N與所述簡諧位移激勵4的頻率成正相關。

進一步地，調整彈簧2的剛度k或慣容器1的慣質系數b，使其滿足其中：ω為簡諧位移激勵4的頻率，單位為rad；k為彈簧2剛度，單位為N/m；b為慣容器1的慣質系數，單位為kg。

與傳統彈簧阻尼并聯的減振裝置相比，本發明的有益效果是：

1、簡諧激勵所做的功、彈簧儲存的彈性勢能、慣容器儲存的動能三者實時平穩轉化，過程中沒有阻尼力，也不會產生熱量，因此，從理論上不存在生熱散熱問題，也從根本上提高了隔振系統的可靠性。

2、當滿足時，懸上質量的振動響應實時為0，實現了對簡諧位移激勵的完全隔絕，而且與懸上質量的大小、簡諧激勵的振幅高低都無關。

上述兩個優勢決定了該減振裝置在性能上明顯優于傳統減振裝置，此外，該裝置結構簡緊湊，不需要復雜的控制系統和能量輸入，成本低，可靠性高。

附圖說明