CN104500644B - 一种多功能摆式吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能摆式吸振器。包括一对摆臂机构和安装基座；每只摆臂机构包括摆臂导轨和配重机构，配重机构能在摆臂导轨上移动；一对摆臂导轨的一端分别通过轴承连接着回转轴，且相对于回转轴呈对称状态；回转轴的两端通过支座固定设于安装基座上；使用时，通过安装基座将所述摆式吸振器安装到减振对象上，使减振对象的振动或颤振转化为一对摆臂导轨的摆动。本发明为一多功能摆式吸振器，同时具有被动式吸振模式、主动式吸振模式、自调谐吸振模式和自适应主动共振吸振模式多种功能模式，可以根据不同的应用场合选择不同的功能模式。

Description

一种多功能摆式吸振器
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种吸振器。
技术背景
随着现代科学技术的快速发展，振动控制技术在工程领域内发挥着日益重要的作用。一方面各种生产加工工具的机械化和大型化，产生的振动响应越来越突出，例如汽轮机的振动、飞机的颤振、航天器的微振动、输电线的舞动、大桥的风动等。这些振动引起的结构零部件内部产生的交变应力是导致结构疲劳损伤的主要原因，并且长期工作在振动噪声环境中的人会感到疼痛、不适，工作效率降低，甚至危害到他们的身体健康。另一方面在精密加工、测量和探测等尖端科技领域中，人们对振动环境的要求也越来越苛刻，特别是现代的高精密雷达电子装备中，外界环境的微小振动将大大降低雷达的探测距离和精度，严重影响作战性能。
吸振技术作为主要的振动控制技术之一，具有安装简单、使用方便等特点，不需要对原有结构进行改变，长期受到人们的青睐，已经广泛应用到实际工程中，并逐渐发展出了被动式吸振器、主动式吸振器、自适应主动吸振器。传统的被动式吸振器，各项参数是相对固定的，当外激励的频率发生改变时，吸振器的减振效果会因为失谐而迅速变差。主动吸振器是在被动式吸振器的基础上引入作动器，根据主***的反馈信号来实时调节作动器的输出力和吸振器对主***的反作用，使吸振器的反作用力与主***的加速度频率相等，相位相反。这类吸振器可控性高、减振效果好，但是耗能大、***容易失稳等缺陷极大地限制了其在工程上的应用。自调谐式吸振器是通过调节自身的固有频率，使其去跟踪主***的振动频率，充分发挥其吸振能力，进而抑制主***的振动。这种吸振器在一定程度上解决了被动式吸振器吸振频带窄、减振效果差等缺点，同时相对于主动式吸振器又有耗能小、稳定性高的优点，但其减振效果受阻尼影响较大，因此在设计时应当尽量减小自调谐式吸振器的阻尼。为了进一步减小阻尼对减振效果的影响，提高自调谐式吸振器的性能，将主动力引入到自调谐式吸振器中，这样就是一种自适应主动共振吸振器，这种吸振器由于结合了主动式吸振器和自调谐式吸振器的优点将大大改善吸振器的减振效果。通常一旦吸振器设计定型之后，其使用工况也基本设定。若使用环境发生改变，或者对减振效果和能量消耗的需求发生变化，则需要重新设计和更换吸振器。
发明内容
本发明针对吸振器在不同振动工况的应用需要，设计一种多功能摆臂式吸振器。同时具有被动式吸振模式、自调谐式吸振模式、主动吸振模式和自适应主动共振吸振模式4种功能模式，可以根据实际的应用需要进行调整。
一种多功能摆式吸振器包括一对摆臂机构和安装基座1；每只摆臂机构包括摆臂导轨2和配重机构，配重机构能在摆臂导轨2上移动；一对摆臂导轨2的一端分别通过轴承3连接着回转轴4，且相对于回转轴4呈对称状态；回转轴4上设有两个以上的扭转弹簧5，回转轴4的两端通过支座6固定设于安装基座1上；使用时，通过安装基座1将所述摆式吸振器安装到减振对象上，使减振对象的振动转化为一对摆臂导轨2的摆动。
一种优化方案是：每条摆臂导轨2上沿长度方向设有齿条7；所述配重机构包括与齿条7配合的齿轮8、步进电机9、上滑块10和下配重滑块11，所述齿轮8设于步进电机9的输出轴上，所述齿轮8和齿条7配合形成滚动轴承；所述上滑块10为空心件，横跨在摆臂导轨2上，且与齿条7两侧的摆臂导轨2滑动配合，所述步进电机9固定设于上滑块10内；与上滑块10对应的下配重滑块11位于摆臂导轨2的底部，下配重滑块11的两端分别对应连接着上滑块10的两端。
在优化方案的基础上：所述摆臂导轨2的顶面上沿长度方向设有燕尾槽13，所述齿条7位于所述燕尾槽13的顶面；所述上滑块10的底部与摆臂导轨2的燕尾槽13配合。
在优化方案的基础上：所述步进电机9为带有刹车功能的步进电机，能够在异常断电的情况保持配重机构在摆臂导轨2上固定；步进电机9的输出端通过联轴器14连接着齿轮8。
在优化方案的基础上：所述上滑块10为空心的半圆柱状，且轴向的两端分别向延伸形成圆盘状；所述下配重滑块11为半圆柱状，下配重滑块11的两端配合连接着上滑块10的两端形成圆柱状。
另一优化的情况是：每条摆臂导轨2与安装基座1之间分别设置有一主动力作动器12，主动力作动器12一端与安装基座1进行活动连接，另一端与摆臂导轨2进行活动连接。
本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：
本发明为一多功能摆式吸振器，同时具有被动式吸振模式、主动式吸振模式、自调谐吸振模式和自适应主动共振吸振模式多种功能模式，可以根据不同的应用场合选择不同的功能模式；
本发明在吸振器设计中引入摆式结构，能够通过摆臂机构减小自调谐吸振器的阻尼，提高自调谐吸振器的减振效果；
本发明中滑块可以在摆臂导轨上运动，通过改变滑块到转轴的距离就能够调节吸振器的固有频率，且吸振器的固有频率可以实时跟踪外干扰的频率，实现了吸振器的自动调谐功能，提高了吸振器的减振效果；
本发明在吸振器的设计中引入了主动力作动器，可以根据控制需要来调节吸振器的阻尼和吸振器对减振对象反作用力，以使吸振器的减振性能达到最佳。
本发明中吸振器的工作模式选为自调谐式吸振模式和自适应主动共振吸振模式时，具有耗能低、减振效果高的特点。
附图说明
图1为第一种实施方式下本发明的整体结构示意图。
图2为滑块与摆臂导轨连接图。
图3为转轴与摆臂连接图。
图4为第二种实施方式下本发明的结构示意图。
上图中序号：1.安装基座、2.摆臂导轨、3.轴承、4.回转轴、5.扭转弹簧、6.支座、7.齿条、8.齿轮、9.步进电机、10.上滑块、11.下配重滑块、12.主动力作动器、13.燕尾槽、14联轴器、15、拱形弹簧。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
参见图1，一种多功能摆式吸振器包括一对摆臂机构和安装基座1；每只摆臂机构包括摆臂导轨2和配重机构，配重机构能在摆臂导轨2上移动。每只摆臂导轨2与安装基座1之间分别活动连接了一个主动力作动器12。
参见图2，每条摆臂导轨2的顶面上沿长度方向设有燕尾槽13，燕尾槽13的顶面上沿长度方向设有齿条7；配重机构包括与齿条7配合的齿轮8、步进电机9、上滑块10和下配重滑块11，齿轮8通过联轴器14安装在步进电机9的输出轴上，齿轮8和齿条7配合形成滚动轴承。上滑块10为空心的半圆柱状，且轴向的两端分别向延伸形成圆盘状；上滑块10横跨在摆臂导轨2上，且与齿条7两侧的摆臂导轨2滑动配合，步进电机9固定安装于上滑块10内；与上滑块10对应下配重滑块11位于摆臂导轨2的底部，下配重滑块11为半圆柱状，下配重滑块11的两端配合连接着上滑块10的两端形成圆柱状。
参见图3，一对摆臂导轨2的一端分别通过滚动轴承3连接着回转轴4，且相对于回转轴4呈对称状态；回转轴4上安装有四个扭转弹簧5，回转轴4的两端分别通过支座6固定设于安装基座1上。
步进电机9为带有刹车功能的步进电机，能够在异常断电的情况保持多功能摆式吸振器的配重机构在摆臂导轨2上固定，不会发生相对位置的变化。
使用时，通过安装基座1将所述摆式吸振器安装到减振对象上，使减振对象的振动或颤振转化为一对摆臂导轨2的摆动。
本发明的工作原理说明如下：
当被减振对象的振动振动频率单一，且固定不变时，例如某些固定转速的旋转机械等，吸振器的工作模式选择为被动式吸振模式时。此时主动力作动器和步进电机处于断电状态，滑块将处于固定的位置上，吸振器的固有频率保持不变，且与被减振对象的频率相等，此时该多功能摆式吸振器不需要消耗任何能量，相当于一个无源的被动式吸振器。
当被减振对象的振动频率不定，具有多种频率特性，且使用环境对能量消耗没有苛刻要求时，例如某些地面变电站的主电机等，吸振器的工作模式选择为主动吸振模式。此时主动力作动器工作，步进电机处于断电状态，滑块将处于一个设定的中心频率位置上，吸振器的固有频率保持不变。吸振器将根据减振对象反馈的振动幅值特性实时驱动作动器直接施加主动力到被减振对象上来抵消被减振对象受到的外干扰力，进而减小被减振对象的振动。由于作动器直接对主***施加反作用力，因此需要消耗一定的能量。此时该多功能摆式吸振器相当于一个有源的主动吸振器。
当被减振对象的振动频率不定，会间歇性发生改变，并且使用环境对能量消耗的要求非常苛刻时，例如某些舰艇的主电机，航行中随着前进速度的变化，主电机的振动频率将跟着变化，吸振器的工作模式选择为自调谐吸振模式。此时步进电机工作，主动力作动器处于断电状态。吸振器将根据减振对象反馈的振动频率特性来驱动步进电机调节滑块在摆臂导轨上运动，使吸振器的固有频率去跟踪减振对象的外干扰力频率，进而提高吸振器的减振效果。由于该模式下仅步进电机工作，且仅当外干扰的频率发生改变时才需要进行调谐，所以消耗的能量很小。此时该多功能摆式吸振器该相当于一个准无源的调谐式吸振器。
当被减振对象的振动频率不定，会间歇性发生改变，且使用环境对能量消耗要求比较苛刻，同时又对减振效果要求较高时，例如在某些机载精密电子设备上的旋转机械。吸振器的工作模式选择为自适应主动共振吸振模式，此时步进电机和主动力作动器都工作。一方面，吸振器将根据减振对象反馈的振动频率特性来驱动步进电机调节滑块在摆臂导轨上运动，使吸振器的固有频率去跟踪减振对象的外干扰力频率；另一方面，吸振器将根据减振对象反馈的振动幅值特性实时驱动主动力作动器施加一个与吸振器阻尼力大小相等、方向相反的主动力，通过等效地减小吸振器的阻尼来提高吸振器的减振效果。由于该模式下，主动力作动器只需要输出与阻尼力大小相当的主动力，消耗的能量远远小于主动吸振模式，此时该多功能摆式吸振器相当于一个自适应主动共振吸振器。
实施例2：
参见图4，与实施例1的主要区别在于：在左右摆臂和基座之间分别增加了一个拱形片弹簧。拱形片弹簧的上端固定连接在摆臂导轨上，下端固定连接在基座上，其它同实施例2。主要在实施例2的基础上增加吸振器弹性元件的刚度，提高吸振器的中心频率，主要应用于减振频率较高的场合。

Claims (7)

1.一种多功能摆式吸振器，其特征在于：包括一对摆臂机构和安装基座（1）；每只摆臂机构包括摆臂导轨（2）和配重机构，配重机构能在摆臂导轨（2）上移动；一对摆臂导轨（2）的一端分别通过轴承（3）连接着回转轴（4），且相对于回转轴（4）呈对称状态；回转轴（4）上设有两个以上的扭转弹簧（5），回转轴（4）的两端通过支座（6）固定设于安装基座（1）上；使用时，通过安装基座（1）将所述摆式吸振器安装到减振对象上，使减振对象的振动转化为一对摆臂导轨（2）的摆动。
2.根据权利要求1所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：每条摆臂导轨（2）上沿长度方向设有齿条（7）；所述配重机构包括与齿条（7）配合的齿轮（8）、步进电机（9）、上滑块（10）和下配重滑块（11），所述齿轮（8）设于步进电机（9）的输出轴上，所述齿轮（8）和齿条（7）配合形成滚动轴承；所述上滑块（10）为空心件，横跨在摆臂导轨（2）上，且与齿条（7）两侧的摆臂导轨（2）滑动配合，所述步进电机（9）固定设于上滑块（10）内；与上滑块（10）对应的下配重滑块（11）位于摆臂导轨（2）的底部，下配重滑块（11）的两端分别对应连接着上滑块（10）的两端。
3.根据权利要求1所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：每条摆臂导轨（2）与安装基座（1）之间分别设置有一主动力作动器（12），主动力作动器（12）一端与安装基座（1）进行活动连接，另一端与摆臂导轨（2）进行活动连接。
4.根据权利要求2所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：所述摆臂导轨（2）的顶面上沿长度方向设有燕尾槽（13），所述齿条（7）位于所述燕尾槽（13）的顶面；所述上滑块（10）的底部与摆臂导轨（2）的燕尾槽（13）配合。
5.根据权利要求2所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：所述步进电机（9）为带有刹车功能的步进电机，能够在异常断电的情况保持配重机构在摆臂导轨（2）上固定；步进电机（9）的输出端通过联轴器（14）连接着齿轮（8）。
6.根据权利要求2所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：所述上滑块（10）为空心的半圆柱状，且轴向的两端分别向延伸形成圆盘状；所述下配重滑块（11）为半圆柱状，下配重滑块（11）的两端配合连接着上滑块（10）的两端形成圆柱状。
7.根据权利要求1所述的一种多功能摆式吸振器，其特征在于：一对摆臂导轨（2）的一端分别通过轴承（3）连接着回转轴（4）。
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