專利名稱：帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，屬于振動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碰撞阻尼屬于振動被動控制技術(shù)，它利用振動過程中自由質(zhì)量(沖擊器)與主系統(tǒng)的碰 撞來控制主系統(tǒng)的響應(yīng)。由于碰撞阻尼器構(gòu)造簡單、成本低廉、易于實施、無需電源、適合 在惡劣環(huán)境下使用并且減振效果良好，因而，關(guān)于碰撞阻尼的研究在最近得到了迅猛的發(fā)展 并在機床、透平機械、機器人、汽車、航天飛船和高層建筑等領(lǐng)域的振動控制中得到了廣泛 的應(yīng)用。目前，有代表性的碰撞阻尼主要包括單體碰撞阻尼、豆包碰撞阻尼、多體碰撞阻 尼、顆粒碰撞阻尼、非阻塞性顆粒碰撞阻尼(N0PD)、帶顆粒減振劑的碰撞阻尼等等。
在碰撞阻尼器中，利用彈性碰撞原理設(shè)計的阻尼器——帶彈性緩沖的碰撞阻尼器和利用 塑性碰撞原理設(shè)計的阻尼器——帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器，都取得了好的效果但又都存在 缺點。帶彈性緩沖的碰撞阻尼器的優(yōu)點是通過在器壁內(nèi)側(cè)粘貼彈性緩沖層，從而有效地降低 了沖擊器與器壁碰撞過程中的加速度峰值，減小了對主系統(tǒng)的沖擊；缺點是彈性碰撞沒有將 振動能量真正消耗掉，而是將其暫時轉(zhuǎn)移到其他模態(tài)中，所以大量能量最終會返回到主系統(tǒng) 中，甚至在共振及亞共振范圍內(nèi)放大振動響應(yīng)。帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器利用沖擊器與器 壁的強烈撞擊使夾在其間的顆粒產(chǎn)生塑性變形，從而可以永久地消耗掉大量的振動能量；但 缺點是無法有效地避免碰撞產(chǎn)生的加速度峰值和對主系統(tǒng)的沖擊。從上述分析可以看出兩 種不同減振原理的碰撞阻尼器，各自的優(yōu)點又恰恰是對方的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，它既能克服傳統(tǒng)碰撞阻尼器不能有效 耗散振動能量的缺點，又能克服帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器對主系統(tǒng)產(chǎn)生過高加速度峰值的 缺點，本發(fā)明不僅有效地降低碰撞過程中的加速度，減小對主系統(tǒng)的沖擊，而且可最大限度 地消耗主系統(tǒng)的振動能量；減少能量向主系統(tǒng)的再次傳遞，減輕高次諧波和亞諧波的影響。
一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，顆粒碰撞阻尼器內(nèi)部帶有彈性蓄能構(gòu)件和塑性沖擊 耗能構(gòu)件；其特征在于所述的顆粒碰撞阻尼器經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接；顆粒碰撞 阻尼器的自振頻率不大于被控制主系統(tǒng)的自振頻率。
3所述的彈性支承可為螺旋彈簧、板彈簧或彈性墊層；其彈性支承的自由運動方向與被控 制主系統(tǒng)的振動方向相一致。
所述的彈性蓄能構(gòu)件可以是沖擊器和容器；塑性沖擊耗能構(gòu)件可以是顆粒及一個或多個 沖擊器，同時裝在一個容器里，組成顆粒碰撞阻尼器。
顆粒碰撞阻尼器的容器可為球形或圓柱形；沖擊器可同時與容器一致為球形或圓柱形； 顆?？蔀榻饘俨牧先玢~粉，也可為非金屬材料如石墨等。
當被控制主系統(tǒng)振動方向不確定時，顆粒碰撞阻尼器的容器和沖擊器選用球形，經(jīng)彈性 支承與被控制主系統(tǒng)相連接，此時顆粒碰撞阻尼器為多向阻尼器，顆粒碰撞阻尼器上應(yīng)設(shè)置 多組彈性支承，每組彈性支承分別與被控制主系統(tǒng)連接。
當振動方向確定時顆粒碰撞阻尼器的容器和沖擊器最好選用圓柱形，此時顆粒碰撞阻尼 器為單向阻尼器；顆粒碰撞阻尼器經(jīng)至少一個彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接。
顆粒與沖擊器的直徑比應(yīng)在1/10以下，最好能達到1/100。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，在帶顆粒減振劑的碰撞阻尼器的基礎(chǔ)上，改變了與主結(jié)構(gòu)的連接方式， 由固定在主結(jié)構(gòu)上改為與主結(jié)構(gòu)彈性連接。帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器充分保留了帶顆粒 減振劑的碰撞阻尼器中沖擊器與器壁的強烈撞擊使夾在其間的顆粒產(chǎn)生塑性變形和斷裂，從 而永久性地消耗掉大量的振動能量的優(yōu)點，同時又利用彈性支承的蓄能作用而延長碰撞時間， 有效地減小阻尼器對主系統(tǒng)的沖擊。不僅如此，彈性支承的存在還放大了阻尼器的振動，使 得沖擊器的撞擊更強烈，導(dǎo)致顆粒的塑性變形和斷裂更劇烈，取得更好的減振效果。
本發(fā)明的最大優(yōu)點和積極效果是(1)有效地降低碰撞過程中的加速度，減小對主系統(tǒng) 的沖擊；(2)最大限度地消耗主系統(tǒng)的振動能量；(3)減少能量向主系統(tǒng)的再次傳遞，減輕 高次諧波和亞諧波的影響。
本發(fā)明尤其適用于頻率低、模態(tài)密集的非線性系統(tǒng)的振動控制。


圖1是本發(fā)明中單向阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中多向阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖。
l.支承彈簧，2.容器，3.沖擊器，4.顆粒，5.被控制主系統(tǒng)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是 采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。
一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，單向阻尼器結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括彈性支承、顆粒 碰撞阻尼器和被控制主系統(tǒng)5。本實施例被控制主系統(tǒng)5的振動方向確定沿縱向振動，彈性支 承選用支承彈簧1，顆粒碰撞阻尼器的容器2和沖擊器3選用圓柱形；沖擊器選擇圓柱形一個； 顆粒選用石墨，顆粒與沖擊器的直徑比為1/100。
顆粒碰撞阻尼器有兩端分別經(jīng)支承彈簧1與被控制主系統(tǒng)5連接；且支承彈簧1的自由 運動方向與被控制主系統(tǒng)5的振動方向相一致；顆粒碰撞阻尼器的自振頻率不大于被控制主 系統(tǒng)的自振頻率。
當被控制主系統(tǒng)5沿縱向振動時，被控制主系統(tǒng)5的振動通過支承彈簧1放大后傳到密
閉的容器2，容器的振動引起沖擊器3與容器壁之間發(fā)生強烈的碰撞，使夾在其間的顆粒4產(chǎn) 生塑性變形和斷裂，從而吸收掉大量的振動能量；同時支承彈簧1延長了碰撞時間，減小了 顆粒碰撞阻尼器對被控制主系統(tǒng)5的沖擊力。
當被控制主系統(tǒng)5振動方向不確定時，多向阻尼器可采用圖2所示結(jié)構(gòu)，顆粒碰撞阻尼 器的容器2和沖擊器3選用球形，此時顆粒碰撞阻尼器上應(yīng)設(shè)置多組支承彈簧，每組支承彈 簧分別與被控制主系統(tǒng)5連接。
當被控制主系統(tǒng)振動強烈時，可在不同部位同時設(shè)置多個顆粒碰撞阻尼器，每個顆粒碰 撞阻尼器都經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接。
為取得好的減振效果，本發(fā)明給出顆粒碰撞阻尼器以下幾個主要參數(shù)的確定方法
(1) 形狀容器的形狀和振動方向相關(guān)，當振動方向確定時，可采用圓柱形容器，否則 宜采用圓形容器；圓形沖擊器可用于任意形狀的容器，而圓柱形沖擊器一般僅用于圓柱形容 器；
(2) 方向圓柱形容器的安裝方向一般采用縱軸線與振動方向平行的方向；
(3) 質(zhì)量比顆粒與沖擊器的質(zhì)量比一般在1/10左右；沖擊器的總質(zhì)量與主系統(tǒng)的質(zhì) 量比一般不超過0.1;
(4) 剛度比彈簧剛度應(yīng)使阻尼器的自振頻率與主系統(tǒng)的自振頻率相協(xié)調(diào)；
(5) 位置阻尼器應(yīng)安放在振動響應(yīng)較大的位置；
(6) 數(shù)量阻尼器的數(shù)量可為一個，也可為多個，根據(jù)主系統(tǒng)的振動響應(yīng)確定。 本發(fā)明適用于頻率低、模態(tài)密集的非線性系統(tǒng)的振動控制。
權(quán)利要求
1.一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，顆粒碰撞阻尼器內(nèi)部帶有彈性蓄能構(gòu)件和塑性沖擊耗能構(gòu)件；其特征在于所述的顆粒碰撞阻尼器經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接；顆粒碰撞阻尼器的自振頻率不大于被控制主系統(tǒng)的自振頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，其特征在于所述的彈性支承可為 螺旋彈簧、板彈簧或彈性墊層；其彈性支承的自由運動方向與被控制主系統(tǒng)的振動方向相 一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶彈性支承的顆粒碰撞阻尼器，顆粒碰撞阻尼器內(nèi)部帶有彈性蓄能構(gòu)件和塑性沖擊耗能構(gòu)件；其特征在于所述的顆粒碰撞阻尼器經(jīng)彈性支承與被控制主系統(tǒng)連接；顆粒碰撞阻尼器的自振頻率不大于被控制主系統(tǒng)的自振頻率。所述的彈性支承可為螺旋彈簧、板彈簧或彈性墊層；彈性支承的自由運動方向與被控制主系統(tǒng)的振動方向相一致。本發(fā)明可有效地降低碰撞過程中的加速度，減小對主系統(tǒng)的沖擊；最大限度地消耗主系統(tǒng)的振動能量；減少能量向主系統(tǒng)的再次傳遞，減輕高次諧波和亞諧波的影響。適用于頻率低、模態(tài)密集的非線性系統(tǒng)的振動控制。
文檔編號F16F7/00GK101576138SQ20091005287
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者杜妍辰, 王樹林 申請人:上海理工大學