[发明专利]带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器，属于振动控制技术领域。

背景技术

碰撞阻尼属于振动被动控制技术，它利用振动过程中自由质量(冲击器)与主系统的碰撞来控制主系统的响应。由于碰撞阻尼器构造简单、成本低廉、易于实施、无需电源、适合在恶劣环境下使用并且减振效果良好，因而，关于碰撞阻尼的研究在最近得到了迅猛的发展并在机床、透平机械、机器人、汽车、航天飞船和高层建筑等领域的振动控制中得到了广泛的应用。目前，有代表性的碰撞阻尼主要包括：单体碰撞阻尼、豆包碰撞阻尼、多体碰撞阻尼、颗粒碰撞阻尼、非阻塞性颗粒碰撞阻尼(NOPD)、带颗粒减振剂的碰撞阻尼等等。

在碰撞阻尼器中，利用弹性碰撞原理设计的阻尼器——带弹性缓冲的碰撞阻尼器和利用塑性碰撞原理设计的阻尼器——带颗粒减振剂的碰撞阻尼器，都取得了好的效果但又都存在缺点。带弹性缓冲的碰撞阻尼器的优点是通过在器壁内侧粘贴弹性缓冲层，从而有效地降低了冲击器与器壁碰撞过程中的加速度峰值，减小了对主系统的冲击；缺点是弹性碰撞没有将振动能量真正消耗掉，而是将其暂时转移到其他模态中，所以大量能量最终会返回到主系统中，甚至在共振及亚共振范围内放大振动响应。带颗粒减振剂的碰撞阻尼器利用冲击器与器壁的强烈撞击使夹在其间的颗粒产生塑性变形，从而可以永久地消耗掉大量的振动能量；但缺点是无法有效地避免碰撞产生的加速度峰值和对主系统的冲击。从上述分析可以看出：两种不同减振原理的碰撞阻尼器，各自的优点又恰恰是对方的缺点。

发明内容

本发明公开了一种带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器，它既能克服传统碰撞阻尼器不能有效耗散振动能量的缺点，又能克服带颗粒减振剂的碰撞阻尼器对主系统产生过高加速度峰值的缺点，本发明不仅有效地降低碰撞过程中的加速度，减小对主系统的冲击，而且可最大限度地消耗主系统的振动能量；减少能量向主系统的再次传递，减轻高次谐波和亚谐波的影响。

一种带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器，颗粒碰撞阻尼器内部带有弹性蓄能构件和塑性冲击耗能构件；其特征在于：所述的颗粒碰撞阻尼器经弹性支承与被控制主系统连接；颗粒碰撞阻尼器的自振频率不大于被控制主系统的自振频率。

所述的弹性支承可为螺旋弹簧、板弹簧或弹性垫层；其弹性支承的自由运动方向与被控制主系统的振动方向相一致。

所述的弹性蓄能构件可以是冲击器和容器；塑性冲击耗能构件可以是颗粒及一个或多个冲击器，同时装在一个容器里，组成颗粒碰撞阻尼器。

颗粒碰撞阻尼器的容器可为球形或圆柱形；冲击器可同时与容器一致为球形或圆柱形；颗粒可为金属材料如铜粉，也可为非金属材料如石墨等。

当被控制主系统振动方向不确定时，颗粒碰撞阻尼器的容器和冲击器选用球形，经弹性支承与被控制主系统相连接，此时颗粒碰撞阻尼器为多向阻尼器，颗粒碰撞阻尼器上应设置多组弹性支承，每组弹性支承分别与被控制主系统连接。

当振动方向确定时颗粒碰撞阻尼器的容器和冲击器最好选用圆柱形，此时颗粒碰撞阻尼器为单向阻尼器；颗粒碰撞阻尼器经至少一个弹性支承与被控制主系统连接。

颗粒与冲击器的直径比应在1/10以下，最好能达到1/100。

本发明结构简单，在带颗粒减振剂的碰撞阻尼器的基础上，改变了与主结构的连接方式，由固定在主结构上改为与主结构弹性连接。带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器充分保留了带颗粒减振剂的碰撞阻尼器中冲击器与器壁的强烈撞击使夹在其间的颗粒产生塑性变形和断裂，从而永久性地消耗掉大量的振动能量的优点，同时又利用弹性支承的蓄能作用而延长碰撞时间，有效地减小阻尼器对主系统的冲击。不仅如此，弹性支承的存在还放大了阻尼器的振动，使得冲击器的撞击更强烈，导致颗粒的塑性变形和断裂更剧烈，取得更好的减振效果。

本发明的最大优点和积极效果是：(1)有效地降低碰撞过程中的加速度，减小对主系统的冲击；(2)最大限度地消耗主系统的振动能量；(3)减少能量向主系统的再次传递，减轻高次谐波和亚谐波的影响。

本发明尤其适用于频率低、模态密集的非线性系统的振动控制。

附图说明

图1是本发明中单向阻尼器的结构示意图；

图2是本发明中多向阻尼器的结构示意图。

1.支承弹簧，2.容器，3.冲击器，4.颗粒，5.被控制主系统。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。