本發(fā)明涉及一種調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(tunedmassdamper,tmd),尤其涉及一種永磁式超低頻豎向tmd,屬于測量儀器技術領域。
背景技術:
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是一種離散型阻尼裝置,也稱為主動質(zhì)量阻尼器或諧波減振器,這種裝置安裝在振動結構,以抑制結構的振動,防止結構的損壞和失效。它對諧波振動造成的激烈運動具有穩(wěn)定作用,它能用較輕巧的組件來抑制振動,即使在最惡劣條件下也能起到減振的作用。經(jīng)過長期的發(fā)展,tmd由傳統(tǒng)的粘滯液體型tmd轉變?yōu)殡姶艤u流耗能tmd,它用電磁阻尼器取代了傳統(tǒng)的油阻尼器,克服了因漏油造成的環(huán)境污染和摩擦帶來的部件損耗等問題。但幾乎所有的tmd都要以彈簧來作為支撐元件,為了使tmd的自振頻率與主結構一致,彈簧的剛度要經(jīng)過精確計算。在中高頻段,彈簧剛度的理論值是常見的,可以支撐配重塊且不會有很大的變形,但在低頻段尤其是超低頻段,彈簧的理論剛度會變的非常小,這樣就導致彈簧的靜伸長量特別大,在安裝空間受限的情況下,這樣的變形量是無法滿足要求的。
為了克服tmd在超低頻段彈簧靜伸長過長的問題,有人提出了一種“基于表觀質(zhì)量負剛度效應的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”,它在傳統(tǒng)的tmd上附設了慣性飛輪和滾珠絲杠,配重塊上下直線運動時,將帶動滾珠絲杠的滾珠螺母上下直線運動,滾珠螺母配合推力軸承在絲杠上產(chǎn)生扭矩,迫使絲杠和連接在絲杠頂端的飛輪作同步往復旋轉運動。這種改動會引入附加質(zhì)量和附加剛度,從而增大彈簧的實際剛度,解決了超低頻豎向tmd靜壓縮量過大的問題。但是,滾珠絲杠存在游程間隙,對于低頻微弱振動,滾珠絲杠無法有效的將直線運動變?yōu)樾D運動,因而不能發(fā)揮tmd的減振作用。
技術實現(xiàn)要素:
為了克服傳統(tǒng)豎向式tmd在超低頻隔振領域存在的彈簧靜伸長量過長的問題,本發(fā)明提供了一種永磁式超低頻豎向tmd,其采用柔性鉸鏈,通過特殊的結構設計可以將微小的直線運動轉變?yōu)樾D運動,從而發(fā)揮tmd在低頻微弱領域的減振作用,具體技術方案如下:
一種永磁式超低頻豎向調(diào)諧質(zhì)量阻尼器,其特征在于:其包括支撐系統(tǒng)1、慣性質(zhì)量系統(tǒng)2和電磁阻尼系統(tǒng)3,其中,
所述支撐系統(tǒng)1包括底座18、承重架14、上彈簧橫梁15、下彈簧橫梁16、拉伸彈簧13、柔性鉸鏈固定板12、軸承支架11和軸承17,所述軸承支架11和所述承重架14垂直固定于所述底座18,所述上彈簧橫梁15固定于承重架14的上端,所述拉伸彈簧13至少為兩根,所述拉伸彈簧13的一端均固定在所述上彈簧橫梁15上,所述拉伸彈簧13的另一端均與所述下彈簧橫梁16固定連接,所述柔性鉸鏈固定板12固定在所述承重架14的上部,所述軸承放置于所述軸承支架11上;
所述慣性質(zhì)量系統(tǒng)2包括配重塊21、飛輪22、傾斜柔性鉸鏈23和豎直柔性鉸鏈24,所述飛輪22的下表面通過多個傾斜柔性鉸鏈23與所述配重塊21固定連接,所述飛輪22的上表面通過所述豎直柔性鉸鏈24與所述柔性鉸鏈固定板12固定連接,所述配重塊21與所述下彈簧橫梁16固定連接;
所述軸承支架11至少為兩個,分別位于所述配重塊21的兩側面;
所述電磁阻尼系統(tǒng)3包括導體板31和永磁體32;所述永磁體32貼裝于所述配重塊21的前表面,所述導體板31與所述永磁體32面對面設置,所述導體板31固定于底座18上,且所述導體板31與所述永磁體32相對的部分相互平行。
進一步的,所述飛輪22和所述配重塊21同軸心,所述傾斜柔性鉸鏈23為3個,其一端與所述配重塊21相連,另一端與所述飛輪22相連,所述傾斜柔性鉸鏈23與所述飛輪22連接的固定點和所述飛輪22的中心的連線與所述傾斜柔性鉸鏈23在飛輪22上的投影相互垂直;3個所述傾斜柔性鉸鏈23繞所述飛輪22的軸心均勻分布,其延長線在飛輪上的投影兩兩相交構成一個正三角形,所述豎直柔性鉸鏈24的軸線與所述飛輪22的軸心共線。
更進一步的,所述傾斜柔性鉸鏈23和豎直柔性鉸鏈24均為直圓柔性鉸鏈,材料為彈簧鋼。
進一步的,所述永磁體32為4片,且沿所述配重塊21的前表面均勻分布,其充磁方向垂直于所述配重塊21的前表面,相鄰所述永磁體32的充磁方向相反。
進一步的,所述永磁體32的材料為ndfeb。
進一步的,所述導體板31的形狀為l型,可以沿著垂直于配重塊21前表面的方向移動。
進一步的,所述導體板31的材料為銅。
進一步的,相對的兩個所述軸承支架的距離是可調(diào)節(jié)的,從而保證兩個所述軸承17貼在所述配重塊21的表面。
本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明中采用了直圓柔性鉸鏈作為直線-旋轉運動轉化機構,可以感知微弱形變,在主結構緩慢微弱振動時也能將配重塊的微小直線運動有效轉變?yōu)轱w輪的旋轉運動,解決了超低頻豎向tmd彈簧靜伸長過大的問題,提高了tmd在超低頻微弱振動領域的隔振性能。另外,本發(fā)明對柔性鉸鏈的空間結構進行了精心設計,使得直線-旋轉運動轉化的效率達到最優(yōu),減小了附加慣性飛輪的質(zhì)量,使得tmd的整體尺寸較小,質(zhì)量較輕,不會增加主結構的負荷,也不會對其振態(tài)造成明顯的影響。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案,下面對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單介紹:
圖1是本發(fā)明實施例的永磁式超低頻豎向tmd主視圖;
圖2是本發(fā)明實施例的永磁式超低頻豎向tmd左視圖;
圖3是本發(fā)明實施例的a-a局部視圖;
圖中:支撐系統(tǒng)1、慣性質(zhì)量系統(tǒng)2、電磁阻尼系統(tǒng)3、軸承支架11、柔性鉸鏈固定板12、拉伸彈簧13、承重架14、上彈簧橫梁15、下彈簧橫梁16、軸承17、底座18、配重塊21、飛輪22、傾斜柔性鉸鏈23、豎直柔性鉸鏈24、導體板31、永磁體32。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更見清楚,下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然,所述實施例是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的其他實施例,都屬于本發(fā)明的保護范圍。
如圖1和圖2所示,一種永磁式超低頻豎向調(diào)諧質(zhì)量阻尼器,包括支撐系統(tǒng)1、慣性質(zhì)量系統(tǒng)2和電磁阻尼系統(tǒng)3,其中,
所述支撐系統(tǒng)1包括底座18、承重架14、上彈簧橫梁15、下彈簧橫梁16、拉伸彈簧13、柔性鉸鏈固定板12、軸承支架11和軸承17,軸承支架11和承重架14垂直固定于底座18,上彈簧橫梁15固定于承重架14的上端,拉伸彈簧13至少為兩根,拉伸彈簧13的一端均固定在上彈簧橫梁15上,拉伸彈簧13的另一端均與下彈簧橫梁16固定連接,柔性鉸鏈固定板12固定在承重架14的上部,軸承放置于軸承支架11上;
慣性質(zhì)量系統(tǒng)2包括配重塊21、飛輪22、傾斜柔性鉸鏈23和豎直柔性鉸鏈24,飛輪22的下表面通過3個傾斜柔性鉸鏈23與配重塊21固定連接,飛輪22的上表面通過多個豎直柔性鉸鏈24與柔性鉸鏈固定板12固定連接,配重塊21與下彈簧橫梁16固定連接;
軸承支架11至少為兩個,分別位于配重塊21的兩側面;
電磁阻尼系統(tǒng)33包括導體板31和永磁體32;4片永磁體32貼裝于配重塊21的前表面,且均勻分布,其充磁方向垂直于配重塊21的前表面,相鄰永磁體32的充磁方向相反,且永磁體32的材料為ndfeb。導體板31與永磁體32面對面設置,導體板31固定于底座18上,且導體板31與永磁體32相對的部分相互平行。
工作時,通過調(diào)節(jié)兩個軸承支架11的距離,保證兩個所述軸承17貼在所述配重塊21的表面,從而配重塊21只能沿豎直方向運動,永磁式超低頻豎向調(diào)諧質(zhì)量阻尼器置于主結構上,其底座18隨主結構一起做隨機振動,在拉伸彈簧13的作用下,配重塊21也會做隨機振動。tmd的自振頻率與主結構的主要自振頻率一致,當外界激勵信號的頻率與主結構的自振頻率接近時,主結構會發(fā)生共振,此時配重塊21的振動會非常劇烈,對主結構產(chǎn)生一個抵消外力作用的反向力,起到減輕主結構振動的作用。tmd就相當于一個“吸振器”,將主結構的振動吸收到配重塊21上,以配重塊21的較大幅度的振動為代價,來消減主結構的振動反應。配重塊21在振動的同時會帶動永磁體32上下移動。永磁體32的上下移動會在導體板31內(nèi)部形成渦流,產(chǎn)生電磁阻尼力,阻礙配重塊21的運動,配重塊21的動能最終以熱能的形式散發(fā)出去。導體板31與永磁體32之間的距離是可調(diào)的,導體板31可以沿著垂直于配重塊21前表面的方向移動,保證產(chǎn)生的電磁阻尼可以使tmd的減振性能達到最佳。為了便于安裝固定,將導體板31設置為l型,導體板的材料為銅。
如圖3所示,飛輪22和配重塊21同軸心,傾斜柔性鉸鏈23優(yōu)先為3個,其一端與配重塊21相連,另一端與飛輪22相連,傾斜柔性鉸鏈23與飛輪22連接的固定點和飛輪22的中心的連線與傾斜柔性鉸鏈23在飛輪22上的投影相互垂直;3個傾斜柔性鉸鏈23繞飛輪22的軸心均勻分布,其延長線在飛輪上的投影兩兩相交構成一個正三角形,豎直柔性鉸鏈24的軸線與飛輪22的軸心共線。
當配重塊21上下移動時,傾斜柔性鉸鏈23和豎直柔性鉸鏈24會發(fā)生形變,使得飛輪22來回旋轉,由于飛輪22具有轉動慣量,相當于增加了配重塊21的質(zhì)量,即所謂的“表觀質(zhì)量”,進而產(chǎn)生了“負剛度”,增加了拉伸彈簧13的剛度,達到了減小彈簧靜伸長量的目的。傾斜柔性鉸鏈23和豎直柔性鉸鏈24均為直圓柔性鉸鏈,材料為彈簧鋼。
由于本發(fā)明中采用了直圓柔性鉸鏈作為直線-旋轉運動轉化機構,可以感知微弱形變,在主結構緩慢微弱振動時也能將配重塊21的微小直線運動有效轉變?yōu)轱w輪22的旋轉運動,解決了超低頻豎向tmd彈簧靜伸長過大的問題,提高了tmd在超低頻微弱振動領域的隔振性能。另外,本發(fā)明對傾斜柔性鉸鏈23的空間結構進行了精心設計,使得直線-旋轉運動轉化的效率達到最優(yōu),減小了附加慣性飛輪22的質(zhì)量,使得tmd的整體尺寸較小,質(zhì)量較輕,不會增加主結構的負荷,也不會對其振態(tài)造成明顯的影響。
本技術領域的人員根據(jù)本發(fā)明所提供的文字描述、附圖以及權利要求書能夠很容易在不脫離權利要求書所限定的本發(fā)明的思想和范圍條件下,可以做出多種變化和改動。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術思想和實質(zhì)對上述實施例進行的任何修改、等同變化,均屬于本發(fā)明的權利要求所限定的保護范圍之內(nèi)。