CN107588146A - 一种可实现变刚度的弦式吸振器 - Google Patents

Abstract

一种可实现变刚度的弦式吸振器。其包括底座、导轨、齿条、弦架、弹性弦、质量块、齿轮、轴、微控制器、加速度传感器和电机；与现有技术相比，本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器具有如下有益效果：质量轻、可以实现全频带减振，无需对待减振***进行频率跟踪、具有自调刚度能力，因此能够使其适应激振力大小的变化，因此能够大幅提高其鲁棒性。

Description

一种可实现变刚度的弦式吸振器

技术领域

本发明属于减振装置技术领域，特别是涉及一种可实现变刚度的弦式吸振器。

背景技术

在航空航天领域中，飞行器所承受的载荷比较复杂，往往包含多个频率成分，且其大小存在大范围的变化；除此之外，由于轻质化的要求，飞行器对减振器质量也有限制。传统的被动式线性/弱非线性减振器往往质量较大且只能实现窄带减振，选择主动式减振器则需要额外的能源供应装置和控制器，较大增加原***的质量、占用过多空间且成本较高。相比之下，强非线性弦式吸振器具有轻质及宽频吸振等特点，然而载荷的变化会不同程度地影响其吸振性能。采用半主动变刚度设计，在附加较少装置的情况下，能够使吸振器很好地适应环境载荷的变化，取得较高的吸振性能。但目前尚缺少这类装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可实现变刚度的弦式吸振器。

为了达到上述目的，本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器包括底座、导轨、齿条、弦架、弹性弦、质量块、齿轮、轴、微控制器、加速度传感器和电机；其中，底座为板状，以可拆卸的方式固定在待减振***上；导轨的截面呈倒梯形，设置在底座的表面；齿条以与导轨平行的方式设置在底座的表面；弦架为薄壁中空箱体结构，下端中部形成有一个与导轨滑动配合的倒梯形凹槽，两个弦架间隔距离设置在导轨上，并且两个弦架上相对的侧面上部分别形成有一个开孔，下部贯穿设有一根与导轨长度方向相垂直的轴，每根轴的一端固定在一个齿轮的中心孔内，并且两个齿轮同时与齿条相啮合；每根轴通过联轴器与电机的输出轴相连，电机安装在弦架的内部；两根弹性弦平行设置，每根弹性弦的两端分别从两个弦架上的开孔穿入弦架的内部后向下延伸并缠绕在相应的轴上；质量块设置在位于两个弦架之间的两根弹性弦上；加速度传感器安装在底座的底面上；微控制器同时与加速度传感器和电机电连接。

所述的导轨与底座为一体式结构，是在底座上采用机加工的方式制成。

所述的质量块呈球状，中部贯穿弹性弦。

所述的可实现变刚度的弦式吸振器中除弹性弦以外的其它部件均采用钛合金或铝合金在内的轻质材料制成。

与现有技术相比，本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器具有如下有益效果：质量轻、可以实现全频带减振，无需对待减振***进行频率跟踪、具有自调刚度能力，因此能够使其适应激振力大小的变化，因此能够大幅提高其鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器轴测图。

图2为本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器上弦架部分内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1—图2所示，本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器包括底座1、导轨2、齿条3、弦架4、弹性弦5、质量块6、齿轮7、轴8、微控制器、加速度传感器和电机；其中，底座1为板状，以可拆卸的方式固定在待减振***上；导轨2的截面呈倒梯形，设置在底座1的表面；齿条3以与导轨2平行的方式设置在底座1的表面；弦架4为薄壁中空箱体结构，下端中部形成有一个与导轨2滑动配合的倒梯形凹槽，两个弦架4间隔距离设置在导轨2上，并且两个弦架4上相对的侧面上部分别形成有一个开孔9，下部贯穿设有一根与导轨2长度方向相垂直的轴8，每根轴8的一端固定在一个齿轮7的中心孔内，并且两个齿轮7同时与齿条3相啮合；每根轴8通过联轴器与电机的输出轴相连，电机安装在弦架的内部；两根弹性弦5平行设置，每根弹性弦5的两端分别从两个弦架4上的开孔9穿入弦架4的内部后向下延伸并缠绕在相应的轴8上；质量块6设置在位于两个弦架4之间的两根弹性弦5上；加速度传感器安装在底座1的底面上；微控制器同时与加速度传感器和电机电连接。

所述的导轨2与底座1为一体式结构，是在底座1上采用机加工的方式制成。

所述的质量块6呈球状，中部贯穿弹性弦5。

所述的可实现变刚度的弦式吸振器中除弹性弦5以外的其它部件均采用钛合金或铝合金在内的轻质材料制成。

现将本发明提供的可实现变刚度的弦式吸振器的工作原理阐述如下：当待减振***的振动能量传递至本可实现变刚度的弦式吸振器时，质量块6将沿垂直方向进行振动，此时，弹性弦5可在垂直方向产生立方非线性刚度；加速度传感器将实时监测待减振***的振幅信号，当待减振***的振幅发生改变时，加速度传感器将监测到的振幅信号发送到微控制器，并由微控制器判断待减振***的振幅与之前相比是增大还是减小。当待减振***振幅增大时，在微控制器的控制下，利用两台电机通过轴8带动两个齿轮7反向旋转，由此使两个弦架4在导轨2上反向移动相同距离，从而将弹性弦5的外端适度放开，使弹性弦5的弦长增加，实现对吸振器非线性刚度的减小，由此来适应待减振***振幅的变化；当待减振***振幅减小时，在微控制器的控制下，利用两台电机通过轴8带动两个齿轮7相向旋转，由此使两个弦架4在导轨2上相向移动相同距离，从而将弹性弦5的外端卷紧在轴8上，使弹性弦5的弦长缩短，实现对吸振器非线性刚度的增大，由此来适应待减振***振幅的变化；另外，为节省能源并降低制造难度与控制难度，吸振器可采用半主动方式进行控制。

Claims (4)

1.一种可实现变刚度的弦式吸振器，其特征在于：所述的可实现变刚度的弦式吸振器包括底座(1)、导轨(2)、齿条(3)、弦架(4)、弹性弦(5)、质量块(6)、齿轮(7)、轴(8)、微控制器、加速度传感器和电机；其中，底座(1)为板状，以可拆卸的方式固定在待减振***上；导轨(2)的截面呈倒梯形，设置在底座(1)的表面；齿条(3)以与导轨(2)平行的方式设置在底座(1)的表面；弦架(4)为薄壁中空箱体结构，下端中部形成有一个与导轨(2)滑动配合的倒梯形凹槽，两个弦架(4)间隔距离设置在导轨(2)上，并且两个弦架(4)上相对的侧面上部分别形成有一个开孔(9)，下部贯穿设有一根与导轨(2)长度方向相垂直的轴(8)，每根轴(8)的一端固定在一个齿轮(7)的中心孔内，并且两个齿轮(7)同时与齿条(3)相啮合；每根轴(8)通过联轴器与电机的输出轴相连，电机安装在弦架的内部；两根弹性弦(5)平行设置，每根弹性弦(5)的两端分别从两个弦架(4)上的开孔(9)穿入弦架(4)的内部后向下延伸并缠绕在相应的轴(8)上；质量块(6)设置在位于两个弦架(4)之间的两根弹性弦(5)上；加速度传感器安装在底座(1)的底面上；微控制器同时与加速度传感器和电机电连接。

2.根据权利要求1所述的可实现变刚度的弦式吸振器，其特征在于：所述的导轨(2)与底座(1)为一体式结构，是在底座(1)上采用机加工的方式制成。

3.根据权利要求1所述的可实现变刚度的弦式吸振器，其特征在于：所述的质量块(6)呈球状，中部贯穿弹性弦(5)。

4.根据权利要求1所述的可实现变刚度的弦式吸振器，其特征在于：所述的可实现变刚度的弦式吸振器中除弹性弦(5)以外的其它部件均采用钛合金或铝合金在内的轻质材料制成。