一种基于硬化立方刚度吸振器实现方法及吸振器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108644311A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810491647.7(22)申请日2018.05.22(71)申请人东北大学地址110169辽宁省沈阳市浑南区创新路195号(72)发明人史啸天李鹤(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人俞鲁江(51)Int.Cl.F16F15/22(2006.01)F16H37/12(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种基于硬化立方刚度吸振器实现方法及吸振器(57)摘要本发明公开一种基于硬化立方刚度吸振器实现方法及吸振器，根据非线性能量陷阱原理(NES)，具有强非线性立方刚度的减振结构，可以使主结构振动能量通过靶向能量传递的方式迅速聚集在NES振子中，并通过阻尼在NES振子中消散。本发明以正弦机构为基础。配合螺线轨道变摇杆长度装置、滚珠丝杠装置和齿轮齿条装置，使振子回复力满足位移立方刚度F＝KX3的设计要求。并据此给出了吸振器实例，为最终实现吸振器振动能量的靶向传递提供了可能。本发明优点：1、方法简单精度高；2、结构紧凑可靠；3、便于理论分析。CN108644311ACN108644311A权利要求书1/1页1.一种基于硬化立方刚度吸振器的实现方法，其特征在于：以一个正弦机构为主体，得到了振子回复力F是角度位移量θ二次方的函数关系:F＝0.5K·R·θ2，其中K为弹性元件弹性系数，R为摇杆长度；在此基础上通过螺线轨道限制滚子的运动轨迹，使正弦机构中的摇杆长度R与角位移量θ成正比例关系，即R＝C·θ，其中C为比例系数；则振子的回复力方程变为F＝0.5K·C·θ3；通过齿轮齿条装置保证弹簧支架位移等于摇杆长度R，再通过一个接入输入端的滚珠丝杆装置，使角位移量θ转化为位移量X,使得θ＝λ·X，其中λ为速度转换比，即F＝K·C·R·0.5·λ3·X3＝k·X3,满足了NES振子的立方刚度的要求。2.一种实现权利要求1所述方法的吸振器，其特征在于：包括固定支座上固定有滑动导轨、弹性元件、滚珠螺母和圆盘，其中轨道圆盘通过螺栓连接在固定支架上,圆盘上设置对称的螺线轨道；弹性元件一端与弹簧支座固定，弹性元件另一端连接滑块；滚子为一圆柱体，滚子下端连接长方体滑动块，所述长方体滑动块在滑块的滑槽内滑动，滑块沿导轨往复直线运动；滚子上端设置在摇杆的滑槽内；滚子的圆柱体穿过圆盘上设置的螺线轨道；摇杆上端连接丝杆，与滚珠螺母构成滚珠丝杆副，丝杆底部开有与摇杆内导轨尺寸相同的通槽供滚子通过。3.根据权利要求2所述的吸振器，其特征在于：螺线轨道的基线为螺线，摇杆长度R随角位移θ的增加而成比例增加，其中的比值系数C＝R/θ，取0≤θ≤45°该部分的螺线水平对称来作为轨道基线，轨道宽度为滚子的直径；摆杆与丝杆之间设有齿轮，所述齿轮与齿条啮合，齿条下端与弹簧支座固定，取齿轮节圆半径为比值系数C，则当摆杆转动时，齿轮会带动齿条连接的弹簧支座产生数量为R＝C·θ的位移量；齿条厚度大于齿轮厚度以保证啮合。2CN108644311A说明书1/4页一种基于硬化立方刚度吸振器实现方法及吸振器技术领域[0001]本发明涉及一种工程结构振动控制技术，具体说就是一种具有硬化立方刚度动力吸振器。背景技术[0002]线性吸振器技术减振是最常用的结构被动控制方法之一。当振子频率调至与主体结构频率相近时，可通过质量块的反相振动消耗能量。然而传统线性吸振器的适用频带较窄，只在吸振器固有频率处的振动抑制性能较好。[0003]有学者提出一种新型非线性吸振振子并命名为“非线性能量阱”(nonlinearenergysink，NES)。这种振子含有硬化立方非线性刚度，硬化代表弹簧刚度大且具有非线性，而立方刚度是指振子的回复力与其在距离平衡位置的位移量成三次方比例关系F＝kX3，与线性振子不同的是，非线性能量阱产生的非线性回复力，使其在结构动力特性发生变化时依然保持较好的减振效果。并且可以实现靶能量传递(TargetedEnergyTransfer,TET)，即在特定条件下，原振动系统的振动能量会单向地流向NES振子，从而保证振动主体的安全。[0004]第一款具有实物意义的NES振子是通过利用拉紧的弦的几何非线性来实现硬化立方非线性刚度。目前用于研究的实物NES振子基本都应用此思路，使用具有固定弹性系数的弹簧或者弦，与振子振动位移方向成垂直关系，形成类似弓弩形状的结构来实现立方非线性刚度，然而这种结构需要较大的空间来容纳拉紧的弹性元件。不便于工程使用，其立方刚度的实现依赖于弦的初始拉力为0，且只在小位移的条件下才能近似满足立方刚度的要求。[0005]由于NES振子特殊的振动特点，有人在工