[發明專利]二自由度管路主動動力吸振器及其使用方法

有效

• 申請號: 202110888255.6
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113503417B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 任志英;朱懷文;何明圓;李振;吳乙萬
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: F16L55/035
• 分類號: F16L55/035;F16F15/02;F16F15/08;F16F15/28;F16F7/116
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林捷;蔡學俊

1.一種二自由度管路主動動力吸振器，其特征在于：包括縱向動力吸振機構、橫向動力吸振機構以及剛度調整機構三個部分；

其中縱向動力吸振機構包括質量塊、鋼板彈簧、鋼板彈簧支承擋板和吸振器底座；所述質量塊由質量塊上半、質量塊下半、滾子軸與設在滾子軸外圍的滾子組成；所述質量塊中心開設有通孔，多層層疊的鋼板彈簧由通孔穿過；所述滾子與層疊起來的鋼板彈簧表面滾動接觸，且滾子軸心線與通孔中心線垂直；所述鋼板彈簧支承擋板與吸振器底座的上部分別開設有第一凹槽與第二凹槽，用于安裝支撐鋼板彈簧的兩端，

其中橫向動力吸振機構包括所述質量塊、兩組的質量塊擋板、螺旋彈簧、金屬橡膠、變剛度擋板底座和變剛度擋板頂蓋，兩個變剛度擋板頂蓋均是通過下部的第五凹槽與變剛度擋板底座的上部通過擋板螺栓與擋板螺母固定連接；所述質量塊擋板下部帶有凹槽，與吸振器底座上的凸起連接進行導向限位；兩組的變剛度擋板頂蓋與質量塊擋板上部均分別設有第三凹槽與第四凹槽，以與螺旋彈簧與金屬橡膠的兩端頭限位套接；鋼板彈簧同時也穿過變剛度擋板頂蓋和質量塊擋板；

其中剛度調整機構包括變剛度擋板底座、變剛度擋板頂蓋、滾珠絲杠、驅動滾珠絲杠轉動的減速器和驅動減速器工作的伺服電機，所述變剛度擋板底座與滾珠絲杠通過下部的螺紋孔螺紋連接；滾珠絲杠左端與減速器輸出端連接，減速器輸入端與伺服電機輸出端連接，滾珠絲杠穿過質量塊擋板下部的凹槽。

2.根據權利要求1所述的二自由度管路主動動力吸振器，其特征在于：所述吸振器底座包括底板和設在底板一側部的側板，該側板設有所述第二凹槽，所述鋼板彈簧支承擋板上設有的第一凹槽與第二凹槽相對。

3.根據權利要求2所述的二自由度管路主動動力吸振器，其特征在于：所述鋼板彈簧支承擋板的下部與吸振器底座的底板通過螺栓固定連接；所述變剛度擋板底座下部帶有凹槽，與吸振器底座上的凸起連接進行限位滑動。

4.一種二自由度管路主動動力吸振器的工作方法，其特征在于：所述二自由度管路主動動力吸振器包括縱向動力吸振機構、橫向動力吸振機構以及剛度調整機構三個部分；

其中縱向動力吸振機構包括質量塊、鋼板彈簧、鋼板彈簧支承擋板和吸振器底座；所述質量塊由質量塊上半、質量塊下半、滾子軸與設在滾子軸外圍的滾子組成；所述質量塊中心開設有通孔，多層層疊的鋼板彈簧由通孔穿過；所述滾子與層疊起來的鋼板彈簧表面滾動接觸，且滾子軸心線與通孔中心線垂直；所述鋼板彈簧支承擋板與吸振器底座的上部分別開設有第一凹槽與第二凹槽，用于安裝支撐鋼板彈簧的兩端，

其中橫向動力吸振機構包括所述質量塊、兩組的質量塊擋板、螺旋彈簧、金屬橡膠、變剛度擋板底座和變剛度擋板頂蓋，兩個變剛度擋板頂蓋均是通過下部的第五凹槽與變剛度擋板底座的上部通過擋板螺栓與擋板螺母固定連接；所述質量塊擋板下部帶有凹槽，與吸振器底座上的凸起連接進行導向限位；兩組的變剛度擋板頂蓋與質量塊擋板上部均分別設有第三凹槽與第四凹槽，以與螺旋彈簧與金屬橡膠的兩端頭限位套接；鋼板彈簧同時也穿過變剛度擋板頂蓋和質量塊擋板；

其中剛度調整機構包括變剛度擋板底座、變剛度擋板頂蓋、滾珠絲杠、驅動滾珠絲杠轉動的減速器和驅動減速器工作的伺服電機，所述變剛度擋板底座與滾珠絲杠通過下部的螺紋孔螺紋連接；滾珠絲杠左端與減速器輸出端連接，減速器輸入端與伺服電機輸出端連接，滾珠絲杠穿過質量塊擋板下部的凹槽；

安裝時，首先將滾珠絲杠穿過變剛度擋板底座下部的螺紋孔，隨后將變剛度擋板底座安裝于吸振器底座上，將變剛度擋板底座下部的凹槽嵌入吸振器底座表面上的凸起，并且滾珠絲杠右端安裝進吸振器底座右側的凹槽中，隨后安裝質量塊擋板，同樣其下部的凹槽嵌入吸振器底座表面上的凸起；之后將層疊的彈簧鋼板穿過變剛度擋板底座、質量塊擋板，并將兩端嵌入吸振器底座上的第二凹槽和第一凹槽中，之后將變剛度擋板頂蓋通過螺栓與螺母與變剛度擋板底座連接，并且將金屬橡膠與螺旋彈簧嵌入變剛度擋板頂蓋與變剛度擋板底座上的第三凹槽與凹槽中，變剛度擋板頂蓋的圓柱凸起與變剛度擋板底座的圓柱凸起嵌入質量塊擋板的空心圓柱凸起中，同時使金屬橡膠與螺旋彈簧嵌入質量塊擋板的第四凹槽中，最后將鋼板彈簧支承擋板與吸振器底座用螺栓進行連接；

縱向動力吸振原理為，當裝置受到縱向載荷激勵時，質量塊與層疊起來的鋼板彈簧作為縱向動力吸振組合會隨著激勵縱向運動，從而將裝置受到的激勵能量轉移到質量塊上；

層疊起來的鋼板彈簧由于彎曲過程中層與層之間存在摩擦作用，因此也在吸振過程中起到一定的阻尼作用；

橫向動力吸振原理為，當裝置受到橫向載荷激勵時，質量塊由于內部裝有滾子，因此質量塊可在鋼板彈簧上橫向移動，質量塊的橫向移動通過質量塊擋板均勻傳遞給螺旋彈簧與金屬橡膠，因此質量塊、質量塊擋板、螺旋彈簧與金屬橡膠作為橫向動力吸振組合會隨著激勵橫向運動，從而將裝置受到的激勵能量轉移到質量塊上；金屬橡膠由于在壓縮過程中金屬絲之間會產生摩擦，因此也在吸振過程中起到一定的阻尼作用；

主動控制原理為，通過伺服電機帶動減速器帶動滾珠絲杠轉動，由于滾珠絲杠與變剛度擋板底座為螺紋連接，因此滾珠絲杠轉動帶動變剛度擋板底座與變剛度擋板頂蓋產生橫向位移；首先，變剛度擋板底座與變剛度擋板頂蓋的橫向位置改變會改變鋼板彈簧的工作長度，從而改變縱向動力吸振的剛度，進而改變縱向動力吸振頻率；其次，變剛度擋板底座與變剛度擋板頂蓋的橫向位置改變同時會改變螺旋彈簧與金屬橡膠的預壓縮量，由于金屬橡膠的剛度會隨著壓縮量的增大而增大，因此通過調整預壓縮量可改變金屬橡膠的剛度，進而改變橫向動力吸振頻率。