[发明专利]一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置及设计方法

说明书

本申请属于减振和隔振技术领域，涉及一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置及设计方法，其不仅能完全隔绝简谐位移激励的影响，而且从根本上消除阻尼生热的隐患。该装置包括弹簧和惯容器，所述惯容器和所述弹簧并联连接；其中所述弹簧的刚度与所述惯容器的惯质系数的比值为N，所述比值N与所述简谐位移激励的频率成正相关。

技术领域

本发明属于减振和隔振技术领域，具体涉及一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置及设计方法。

背景技术

正弦激励是一种常见的激励信号，在工业生产和日常生活中比较普遍，例如单摆、弹簧振子等。正弦激励在一个完整周期内的位移为零，当载荷一定时，对外所做的功也为零。

传统被动减振装置由弹簧和阻尼器并联组成，这种结构自确定至今已有一百多年的历史，一直没有突破性进展。在这种减振装置中，弹簧作为储能元件，将外界激励的能量转化为弹性势能，阻尼作为耗能元件，将激励能量转化为热能。弹簧和阻尼器并联的减振装置做出了卓越的贡献，但阻尼器由于要承受交变载荷，并伴随着温升，不仅是一个易损件，也是跑冒滴漏松等故障的重要来源。此外，弹簧与阻尼并联的减振装置无法实时耗散掉所有的振动能量，也无法完全隔绝振动的影响。

惯容器是一个从电学中派生出的概念，其实质是一个惯性蓄能器，同弹簧和阻尼器一样具有两个独立、自由的端点，而且两个端点所受的力与其相对加速度成正比。惯容器的出现打破了传统弹簧、阻尼并联的经典减振结构体系，为新型隔振结构的设计提供了新的思路。

随着工业技术的飞速发展，对振动的限制越来越严格，还受到环保、节能、成本等诸多因素的影响。因此，迫切需要一种能够完全隔绝简谐位移激励的被动隔振装置。

发明内容

本申请的实施例提供一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置及设计方法，其不仅能完全隔绝简谐位移激励的影响，而且从根本上消除阻尼生热的隐患。

第一方面，本申请一实施例提供了一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置，包括弹簧和惯容器，所述惯容器和所述弹簧并联连接；其中所述弹簧的刚度与所述惯容器的惯质系数的比值为N，所述比值N与所述简谐位移激励的频率成正相关。

进一步地，所述弹簧的刚度与所述惯容器的惯质系数的比值为N，所述比值N与所述简谐位移激励的频率满足如下关系式：

其中：ω为简谐激励的频率，单位为rad；k为弹簧刚度，单位为N/m；b为惯容器惯质系数，单位为kg。

可选地，所述惯容器采用齿轮齿条惯容器、滚珠丝杠惯容器、液力惯容器或流体惯容器。

第二方面，本申请一实施例一种针对简谐位移激励的惯容式隔振装置设计方法，具体过程为：

使惯容器1和弹簧2并联连接，令所述弹簧2的刚度与所述惯容器1的惯质系数的比值为N，所述比值N与所述简谐位移激励4的频率成正相关。

进一步地，调整弹簧2的刚度k或惯容器1的惯质系数b，使其满足其中：ω为简谐位移激励4的频率，单位为rad；k为弹簧2刚度，单位为N/m；b为惯容器1的惯质系数，单位为kg。

与传统弹簧阻尼并联的减振装置相比，本发明的有益效果是：

1、简谐激励所做的功、弹簧储存的弹性势能、惯容器储存的动能三者实时平稳转化，过程中没有阻尼力，也不会产生热量，因此，从理论上不存在生热散热问题，也从根本上提高了隔振系统的可靠性。

2、当满足时，悬上质量的振动响应实时为0，实现了对简谐位移激励的完全隔绝，而且与悬上质量的大小、简谐激励的振幅高低都无关。

上述两个优势决定了该减振装置在性能上明显优于传统减振装置，此外，该装置结构简紧凑，不需要复杂的控制系统和能量输入，成本低，可靠性高。

附图说明