[发明专利]采用圆锥螺旋弹簧制成的半主动式变刚度动力吸振器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变刚度动力吸振器，特别是一种采用圆锥螺旋弹簧制成的半主动式变刚度动力吸振器，主要应用于船舶、汽车、海洋工作平台、大跨桥梁等具有多个频率结构的振动控制，属于振动控制技术领域。

背景技术

动力吸振器是常用的减振控制装置，其机理是应用环境荷载对结构物以及放置在结构物上减振装置的双调谐原理，吸收大量的振动能量，以达到减振效果。提高动力吸振器的减振效率的关键是确定最佳的吸振器固有频率，即确定最佳的调谐刚度。传统的动力吸振器调谐刚度固定，减振带宽比较小，已有技术中，专利号为200820153430.7、名称为“动力吸振器”的发明专利中，利用质量块与支座通过硫化橡胶连接，构成动力吸振器，该动力吸振器在外激励、结构主振模态及固有动力特性变化时容易失调。即使采用具有多重调谐质量的动力吸振器，大多数都没有达到最大减振状态，不能充分达到动力吸振器的减振效率；张洪田等在《电动式主动吸振装置及其在柴油机振动控制领域的应用》一文中提出的电动式动力吸振器，其刚度虽然能通过主动控制方法改变，但是所消耗的能量过大；Williams等在《Adaptive-passive absorbers using shape-memory alloys》一文中提出的采用形状记忆合金制成的半主动式动力吸振器，虽然它能利用较小的能量达到较大的刚度变化范围，但其频率是离散可调，不连续，温度迟滞非线性，吸振器工作时，合金杆受到交变应力而发热，从而改变合金杆的刚度，温度控制困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种调谐刚度连续可调、减振范围大、受材料的限制小、能耗小、减振效率高的半主动式变刚度动力吸振器。

本发明是通过如下的技术方案来实现的：本发明包括两个质量相同的质量块、一块大刚性板、两块小刚性板、两个圆锥螺旋弹簧、螺杆、步进电机和实时监测控制系统。两个质量块分别置于大刚性板上表面两端，大刚性板的中心开有圆孔，两个圆锥螺旋弹簧直径大的一端分别固定在大刚性板的上下表面，两个圆锥螺旋弹簧直径小的一端分别固定在两块小刚性板上，其中一块小刚性板固定在主结构中，螺杆穿过大刚性板的中心圆孔，其两端分别与两块小刚性板螺纹连接，两块小刚性板上的螺纹方向相反，螺杆的顶端与步进电机的输出端连接，步进电机与实时监测控制系统电连接。

本发明的有益效果：

本发明采用圆锥螺旋弹簧，结构紧凑,簧圈向小刚性板方向一圈比一圈小,刚度逐渐增大,能吸收高频振动、防共振能力强。稳定性、弹性恢复力比圆柱螺旋弹簧、变节距螺旋弹簧好，且成本较低；本发明采用步进电机调节两块小刚性板之间的距离来改变吸振器刚度，从而使得系统达到最佳的调谐频率，实现刚度连续可变；两块小刚性板上的螺纹方向相反，易于通过步进电机控制它们之间的距离；本发明原理清晰，在工程上易于实现半主动控制，具有调谐刚度连续可调、减振效果好、减振范围大、响应快、精度高、能耗小的特点。

附图说明

图1是本发明变刚度动力吸振器的结构示意图。

图中：1第一质量块，2第二质量块，3大刚性板，4第一圆锥螺旋弹簧，5第二圆锥螺旋弹簧，6第一小刚性板，7第二小刚性板，8螺杆，9步进电机，10实时监测控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1所示，本发明包括第一质量块1、第二质量块2、大刚性板3、第一圆锥螺旋弹簧4、第二圆锥螺旋弹簧5、第一小刚性板6、第二小刚性板7、螺杆8、步进电机9和实时监测控制系统10。第一质量块1和第二质量块2质量相同，分别置于大刚性板3上表面两端，大刚性板3的中心开有圆孔，第一圆锥螺旋弹簧4和第二圆锥螺旋弹簧5直径大的一端分别固定在大刚性板3的上下表面，第一圆锥螺旋弹簧4和第二圆锥螺旋弹簧5直径小的一端分别固定在第一小刚性板6和第二小刚性板7上，第一小刚性板6或第二小刚性板7固定在主结构中，螺杆8穿过大刚性板3的中心圆孔，螺杆8两端分别与第一小刚性板6和第二小刚性板7螺纹连接，第一小刚性板6和第二小刚性板7上的螺纹方向相反，螺杆8的顶端与步进电机9的输出端连接，步进电机9的输入端与实时监测控制系统10电连接。

当外激励或者主结构物的固有特性发生变化时，主结构的振动信号发生改变，实时监测控制系统10实时监测主结构振动和变刚度动力吸振器振动的响应特征，计算出变刚度吸振器能够吸收主结构振动的最佳调谐刚度，并通过步进电机9带动螺杆8旋转，从而改变第一小刚性板6和第二小刚性板7之间的距离，拉伸或压缩第一圆锥螺旋弹簧4和第二圆锥螺旋弹簧5，改变圆锥螺旋弹簧的刚度，使该变刚度动力吸振器达到最佳的调谐刚度，提高了减振效率，达到了最佳的减振效果，实现了竖向振动的控制。