一種頻率可調式動力減振器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種頻率可調式動力減振器，包括前端連接架、后端連接架、軌道、滑塊調節機構、質量環、兩個阻尼機構、兩根杠桿和兩個彈簧機構，軌道與懸臂振動件的軸線平行，軌道兩端分別與前端連接架和后端連接架固連，前端連接架和后端連接架設置在懸臂振動件上，前端連接架位于懸臂振動件的自由端，兩根杠桿設置在懸臂振動件兩側，且與懸臂振動件的軸線平行，杠桿一端通過彈簧機構與前端連接架連接，另一端與套在懸臂振動件上的質量環連接，滑塊調節機構頂部設置在軌道上，兩側分別與阻尼機構連接，兩個阻尼機構分別套在兩個杠桿上。本發明針對不同固有頻率的懸臂振動件進行調節，減小其自由端的振動。
【專利說明】
一種頻率可調式動力減振器
技術領域
[0001 ]本發明屬于機械振動領域，具體涉及一種頻率可調式動力減振器。
【背景技術】
[0002] 懸臂振動件指火炮身管、鏜床上的鏜桿、路燈桿、旗桿等，甚至超高層建筑在某種 程度上也可以看做是懸臂振動件。
[0003] 為了解決火炮發射時身管的振動問題，美國的安德魯(Andrew Littlefield)和埃 里克(Eric Kathe)等人在2000年前后提出了一種炮口減振器。這種減振器利用幾根均勻分 布在火炮懸臂振動件周圍的連接桿，一端固定在炮口，另一端與可在火炮懸臂振動件周圍 振動的重環固定，圓棒視作懸臂梁，作為彈簧和阻尼器工作。但這種減振器的減振頻率無法 根據懸臂振動件進行調節，這樣對于不同的懸臂振動件，減振器的減振頻率無法與懸臂振 動件的固有頻率一致，減振效果無法達到最好。
[0004] 為了解決鏜桿在深孔加工時的振動問題，日本的背戶一登提出了一種內藏式的、 彈簧剛度可調的動力減振器。鏜桿采用等截面中空圓筒，內部安裝有由圓截面的懸臂梁彈 簧、彈簧前端的質量塊和在其周圍封入的硅油組成的動力減振器。這種減振器雖然可以進 行彈簧剛度的調節，但是硅油所產生的阻尼無法通過計算得到，必須通過實驗選擇合適的 硅油作為阻尼。
[0005] 綜上所述，在懸臂振動件上安裝減振器是減小其振動的一種簡便的解決方案，而 完全固定的機械式減振器無法適應不同固有頻率的懸臂振動件，使用液體產生阻尼的減振 器計算復雜，需要通過不斷實驗得到比較好的結果。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種頻率可調式動力減振器，針對不同固有頻率的懸臂振 動件進行調節，減小其自由端的振動。
[0007] 實現本發明目的的技術解決方案為:一種頻率可調式動力減振器，包括前端連接 架、后端連接架、軌道、滑塊調節機構、質量環、兩個阻尼機構、兩根杠桿和兩個彈簧機構，軌 道與懸臂振動件的軸線平行，軌道兩端分別與前端連接架和后端連接架固連，前端連接架 和后端連接架設置在懸臂振動件上，前端連接架位于懸臂振動件的自由端，兩根杠桿設置 在懸臂振動件兩側，且與懸臂振動件的軸線平行，杠桿一端通過彈簧機構與前端連接架連 接，另一端與套在懸臂振動件上的質量環連接，滑塊調節機構頂部設置在軌道上，兩側分別 與阻尼機構連接，兩個阻尼機構分別套在兩個杠桿上。
[0008] 所述滑塊調節機構包括第一杠桿架、第二杠桿架、第一滑塊和第二滑塊，第一杠桿 架、第二杠桿架均為U形，平行設置，開口朝向均軌道，第一杠桿架的橫梁通過第一滑塊與軌 道連接，第二杠桿架的橫梁通過第二滑塊與軌道連接。
[0009] 所述阻尼機構包括滑套和旋轉阻尼器，滑套設置在杠桿，旋轉阻尼器設置在懸臂 振動件側面，固定在滑套上，旋轉阻尼器位于第一杠桿架和第二杠桿架之間，且分別與第一 杠桿架和第二杠桿架固連。
[0010]所述彈簧機構包括第一彈簧、第二彈簧、杠桿彈簧限位塊、第一彈簧限位塊和第二 彈簧限位塊，杠桿彈簧限位塊套在杠桿的一端，且杠桿彈簧限位塊位于第一彈簧限位塊和 第二彈簧限位塊之間，杠桿彈簧限位塊和第一彈簧限位塊之間設有第一彈簧，杠桿彈簧限 位塊和第二彈簧限位塊之間設有第二彈簧，第一彈簧限位塊、前端連接架和第二彈簧限位 塊通過螺紋連接件連接。
[0011]所述第一彈簧位于第一彈簧限位塊的一端，第一彈簧限位塊另一端通過螺紋連接 件與前端連接架連接;第二彈簧位于第二彈簧限位塊的一端，第二彈簧限位塊的另一端通 過螺紋連接件與前端連接架連接。
[0012] 本發明與現有技術相比，其顯著優點在于:采用滑塊調節機構和兩個阻尼機構組 成一個整體，可以沿軌道滑動，而兩根杠桿相對于軌道的位置不變，則相當于改變了作用在 質量環上的彈簧的剛度，也即是改變了減振器的固有頻率。減振器的固有頻率能夠連續調 節就可以與懸臂振動件的固有頻率相匹配，達到最佳減振效果。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的頻率可調式動力減振器的整體結構示意圖。
[0014] 圖2為不安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的長度為800mm的身管炮口豎直 方向位移-時間曲線圖。
[0015] 圖3為安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的長度為800mm的身管炮口豎直方 向位移_時間曲線圖。
[0016] 圖4為不安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的長度為900mm的身管炮口豎直 方向位移-時間曲線圖。
[0017] 圖5為安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的長度為900mm的身管炮口豎直方 向位移_時間曲線圖。
[0018] 圖6為不安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的路燈桿自由端水平方向位移-時間曲線圖。
[0019] 圖7為安裝本發明的頻率可調式動力減振器時的路燈桿自由端水平方向位移-時 間曲線圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0021] 結合圖1，一種頻率可調式動力減振器，包括前端連接架9、后端連接架2、軌道4、滑 塊調節機構、質量環20、兩個阻尼機構、兩根杠桿19和兩個彈簧機構。軌道4與懸臂振動件的 軸線平行，軌道4兩端分別與前端連接架9和后端連接架2固連，前端連接架9和后端連接架2 平行設置在懸臂振動件上，且前端連接架9和后端連接架2與懸臂振動件的軸線垂直，前端 連接架9位于懸臂振動件的自由端，兩根杠桿19設置在懸臂振動件兩側，且與懸臂振動件的 軸線平行。杠桿19 一端通過彈簧機構與前端連接架9連接，另一端與套在懸臂振動件上的質 量環20連接，滑塊調節機構頂部設置在軌道4上，兩側分別與阻尼機構連接，兩個阻尼機構 分別套在兩個杠桿19上。
[0022] 質量環20的作用是當懸臂振動件振動時一同振動，產生反作用力抑制懸臂振動件 的振動，以達到減振的目的。
[0023] 所述滑塊調節機構包括第一杠桿架5、第二杠桿架7、第一滑塊6和第二滑塊8,第一 杠桿架5、第二杠桿架7均為U形，平行設置，開口朝向均軌道4，第一杠桿架5的橫梁通過第一 滑塊6與軌道4連接，第二杠桿架7的橫梁通過第二滑塊8與軌道4連接。
[0024] 所述阻尼機構包括滑套17和旋轉阻尼器18,滑套17設置在杠桿19,可沿杠桿19滑 動，旋轉阻尼器18設置在懸臂振動件側面，固定在滑套17上，旋轉阻尼器18位于第一杠桿架 5和第二杠桿架7的之間，且分別與第一杠桿架5和第二杠桿架7固連。兩個阻尼機構和滑塊 調節機構固連后，可整體移動，對頻率進行調節。
[0025] 所述彈簧機構包括第一彈簧13、第二彈簧15、杠桿彈簧限位塊14、第一彈簧限位塊 12和第二彈簧限位塊16,杠桿彈簧限位塊14套在杠桿19的一端，且杠桿彈簧限位塊14位于 第一彈簧限位塊12和第二彈簧限位塊16之間，杠桿彈簧限位塊14和第一彈簧限位塊12之間 設有第一彈簧13,杠桿彈簧限位塊14和第二彈簧限位塊16之間設有第二彈簧15,第一彈簧 限位塊12、前端連接架9和第二彈簧限位塊16通過螺紋連接件連接。
[0026] 所述第一彈簧13位于第一彈簧限位塊12的一端，第一彈簧限位塊12另一端通過螺 紋連接件與前端連接架9連接;第二彈簧15位于第二彈簧限位塊16的一端，第二彈簧限位塊 16的另一端通過螺紋連接件與前端連接架9連接。
[0027]前端連接架9和后端連接架2均可開合，便于固定在懸臂振動件上，其形狀與懸臂 振動件的形狀匹配。
[0028]工作原理:減振器通過改變杠桿中支點（相當于滑套17與旋轉阻尼器18)的位置， 改變LK支點到質量環20的距離)與1^2(支點到杠桿彈簧限位塊14的距離）的長度，進而改變 在質量環20處的等效剛度。設四根根彈簧的剛度均為k，忽略杠桿的質量，則相當作用于質 量環20的彈簧的剛度為k eq。其中
[0029]
[0030] 懸臂振動件所需要控制的那一階振動的固有頻率Ωη及懸臂振動件在自由端處的 等效質量Μ可以通過實驗或理論計算得到，則根據動力減振器的最優設計公式可知
[0031]
[0032] 其中m為質量壞20的質量，μ=πι/Μ，μ即為質量環20的質量m與懸臂振動件在自由端 處的等效質量Μ的比值，聯立這兩個式子即可解出L2,即可移動滑塊調節機構至合適的位 置。
[0033]在工作過程中，由于減振器的固有頻率與懸臂振動件的固有頻率處于最優同調的 狀態，懸臂振動件的振動就被轉移到了質量環20、滑套17和杠桿19繞旋轉阻尼器18的往復 轉動上了，從而通過旋轉阻尼器18消耗了能量，達到減小振動的目的。
[0034] 實施例1
[0035]懸臂振動件為火炮身管
[0036] -種頻率可調式動力減振器，包括前端連接架9、后端連接架2、軌道4、滑塊調節機 構、質量環20、兩個阻尼機構、兩根杠桿19和兩個彈簧機構。火炮身管水平放置，軌道4水平 設置在火炮身管上方，且軌道4軸線與火炮身管軸線平行，軌道4兩端分別與前端連接架9和 后端連接架2焊接固連，前端連接架9和后端連接架2平行設置在身管上，且前端連接架9和 后端連接架2與身管的軸線垂直，前端連接架9位于身管的自由端，兩根杠桿19設置在身管 兩側，且與身管的軸線平行。杠桿19一端通過彈簧機構與前端連接架9連接，另一端與套在 身管上的質量環20連接，滑塊調節機構頂部設置在軌道4上，兩側分別與阻尼機構連接，兩 個阻尼機構分別套在兩個杠桿19上。
[0037] 所述滑塊調節機構包括第一杠桿架5、第二杠桿架7、第一滑塊6和第二滑塊8,第一 杠桿架5、第二杠桿架7均為U形，平行設置，開口朝向均軌道4，第一杠桿架5的橫梁通過第一 滑塊6與軌道4連接，第二杠桿架7的橫梁通過第二滑塊8與軌道4連接。通過螺栓將第一滑塊 6與軌道4固定，從而實現對第一杜桿架5的定位，同理，對第二杜桿架7定位。
[0038] 所述阻尼機構包括滑套17和旋轉阻尼器18,滑套17設置在杠桿19,可沿杠桿19滑 動，旋轉阻尼器18設置在身管側面，焊接固定在滑套17上，旋轉阻尼器18位于第一杠桿架5 和第二杠桿架7的之間，且分別與第一杠桿架5和第二杠桿架7通過螺栓固連。兩個阻尼機構 和滑塊調節機構固連后，可整體移動，對頻率進行調節。
[0039] 所述彈簧機構包括第一彈簧13、第二彈簧15、杠桿彈簧限位塊14、第一彈簧限位塊 12和第二彈簧限位塊16,杠桿彈簧限位塊14套在杠桿19的一端，且杠桿彈簧限位塊14位于 第一彈簧限位塊12和第二彈簧限位塊16之間，杠桿彈簧限位塊14和第一彈簧限位塊12之間 設有第一彈簧13,杠桿彈簧限位塊14和第二彈簧限位塊16之間設有第二彈簧15,第一彈簧 限位塊12、前端連接架9和第二彈簧限位塊16通過螺紋連接件連接。
[0040] 所述第一彈簧13位于第一彈簧限位塊12的一端，第一彈簧限位塊12另一端通過螺 桿和螺帽與前端連接架9連接。第二彈簧15位于第二彈簧限位塊16的一端，第二彈簧限位塊 16的另一端通過螺桿和螺帽與前端連接架9連接。
[0041 ]前端連接架9和后端連接架2為環形，均可開合，便于固定在身管上。
[0042]結合圖2和圖3，在ABAQUS有限元軟件中進行動態仿真，減振器安裝在材料為碳鋼、 內徑為Φ 30mm、外徑為Φ 45mm、長度為800mm的身管前端炮口處，在炮口處施加峰值為 1000N，作用時間為0.002s的豎直方向沖擊載荷，可以看出未安裝減振器時炮口處豎直方向 最大位移是7mm，安裝之后炮口處豎直方向最大位移是4.7mm，減小了33%，減振效果明顯。 [0043]結合圖4和圖5,在ABAQUS有限元軟件中進行動態仿真，減振器安裝在材料為碳鋼、 內徑為Φ 30mm、外徑為Φ 45mm、長度為900mm的身管前端炮口處，在炮口處施加峰值為 1000N，作用時間為0.002s的豎直方向沖擊載荷，可以看出未安裝減振器時炮口處豎直方向 最大位移是l〇mm，安裝之后炮口處豎直方向最大位移是6mm，減小了40 %，減振效果明顯，并 且驗證了減振器的頻率調節功能。
[0044] 工作過程如下：當身管開始在豎直方向振動時，由于減振器與身管處于最優同調 的狀態，身管豎直方向的振動就被轉移到了質量環20、滑套17和杠桿19繞旋轉阻尼器18的 往復轉動上了，從而通過旋轉阻尼器18消耗了能量，達到減小振動的目的。
[0045] 實施例2
[0046] 懸臂振動件為下端固定在地面上的路燈桿。
[0047] -種頻率可調式動力減振器，包括前端連接架9、后端連接架2、軌道4、滑塊調節機 構、質量環20、兩個阻尼機構、兩根杠桿19和兩個彈簧機構。路燈桿豎直放置，軌道4豎直設 置在路燈桿一側，且軌道4軸線與路燈桿軸線平行，軌道4兩端分別與前端連接架9和后端連 接架2焊接固連，前端連接架9和后端連接架2平行設置在路燈桿上，且前端連接架9和后端 連接架2與路燈桿的軸線垂直，前端連接架9位于路燈桿的自由端(上端），兩根杠桿19設置 在路燈桿兩側，且與路燈桿的軸線平行。杠桿19 一端通過彈簧機構與前端連接架9連接，另 一端與套在路燈桿上的質量環20連接，滑塊調節機構橫梁部分設置在軌道4上，兩側分別與 阻尼機構連接，兩個阻尼機構分別套在兩個杠桿19上。
[0048] 所述滑塊調節機構包括第一杠桿架5、第二杠桿架7、第一滑塊6和第二滑塊8,第一 杠桿架5、第二杠桿架7均為U形，平行設置，開口朝向均軌道4，第一杠桿架5的橫梁通過第一 滑塊6與軌道4連接，第二杠桿架7的橫梁通過第二滑塊8與軌道4連接。通過螺栓將第一滑塊 6與軌道4固定，從而實現對第一杜桿架5的定位，同理，對第二杜桿架7定位。
[0049] 所述阻尼機構包括滑套17和旋轉阻尼器18,滑套17設置在杠桿19,可沿杠桿19滑 動，旋轉阻尼器18設置在路燈桿側面，焊接固定在滑套17上，旋轉阻尼器18位于第一杠桿架 5和第二杠桿架7的之間，且分別與第一杠桿架5和第二杠桿架7通過螺栓固連。兩個阻尼機 構和滑塊調節機構固連后，可整體移動，對頻率進行調節。
[0050] 所述彈簧機構包括第一彈簧13、第二彈簧15、杠桿彈簧限位塊14、第一彈簧限位塊 12和第二彈簧限位塊16,杠桿彈簧限位塊14套在杠桿19的一端，且杠桿彈簧限位塊14位于 第一彈簧限位塊12和第二彈簧限位塊16之間，杠桿彈簧限位塊14和第一彈簧限位塊12之間 設有第一彈簧13,杠桿彈簧限位塊14和第二彈簧限位塊16之間設有第二彈簧15,第一彈簧 限位塊12、前端連接架9和第二彈簧限位塊16通過螺紋連接件連接。
[0051]所述第一彈簧13位于第一彈簧限位塊12的一端，第一彈簧限位塊12另一端通過螺 桿和螺帽與前端連接架9連接。第二彈簧15位于第二彈簧限位塊16的一端，第二彈簧限位塊 16的另一端通過螺桿和螺帽與前端連接架9連接。
[0052]前端連接架9和后端連接架2為環形，均可開合，便于固定在路燈桿上。
[0053]結合圖6和圖7,在ABAQUS有限元軟件中進行動態仿真，減振器安裝在材料為碳鋼、 外徑為φ200mm、內徑為Φ 190mm、長度為3000mm的路燈桿上部自由端處，在自由端處施加峰 值為500N，作用時間為0.002s的水平方向沖擊載荷，可以看出未安裝減振器時自由端處水 平方向最大位移是12.5mm，安裝之后自由端處水平方向最大位移是9mm，減小了28%，減振 效果明顯。
[0054]工作過程如下：當路燈桿開始在水平方向振動時，由于減振器與路燈桿處于最優 同調的狀態，路燈桿水平方向的振動就被轉移到了質量環20、滑套17和杠桿19繞旋轉阻尼 器18的往復轉動上了，從而通過旋轉阻尼器18消耗了能量，達到減小振動的目的。
【主權項】
1. 一種頻率可調式動力減振器，其特征在于:包括前端連接架(9)、后端連接架(2)、軌 道(4 )、滑塊調節機構、質量環(20 )、兩個阻尼機構、兩根杠桿（19 )和兩個彈簧機構，軌道(4 ) 與懸臂振動件的軸線平行，軌道(4)兩端分別與前端連接架(9)和后端連接架(2)固連，前端 連接架(9)和后端連接架(2)設置在懸臂振動件上，前端連接架(9)位于懸臂振動件的自由 端，兩根杠桿(19)設置在懸臂振動件兩側，且與懸臂振動件的軸線平行，杠桿（19) 一端通過 彈簧機構與前端連接架(9)連接，另一端與套在懸臂振動件上的質量環(20)連接，滑塊調節 機構頂部設置在軌道(4)上，兩側分別與阻尼機構連接，兩個阻尼機構分別套在兩個杠桿 (19)上。2. 根據權利要求1所述的頻率可調式動力減振器，其特征在于:所述滑塊調節機構包括 第一杠桿架(5)、第二杠桿架(7)、第一滑塊(6)和第二滑塊(8)，第一杠桿架(5)、第二杠桿架 (7)均為U形，平行設置，開口朝向均軌道(4)，第一杠桿架(5)的橫梁通過第一滑塊(6)與軌 道(4)連接，第二杠桿架(7)的橫梁通過第二滑塊(8)與軌道(4)連接。3. 根據權利要求2所述的頻率可調式動力減振器，其特征在于:所述阻尼機構包括滑套 (17)和旋轉阻尼器（18)，滑套（17)設置在杠桿（19)，旋轉阻尼器（18)設置在懸臂振動件側 面，固定在滑套（17)上，旋轉阻尼器（18)位于第一杠桿架(5)和第二杠桿架(7)之間，且分別 與第一杜桿架(5)和第二杜桿架(7)固連。4. 根據權利要求3所述的頻率可調式動力減振器，其特征在于:所述彈簧機構包括第一 彈簧（13)、第二彈簧（15)、杠桿彈簧限位塊（14)、第一彈簧限位塊（12)和第二彈簧限位塊 (16)，杠桿彈簧限位塊（14)套在杠桿（19)的一端，且杠桿彈簧限位塊（14)位于第一彈簧限 位塊（12)和第二彈簧限位塊（16)之間，杠桿彈簧限位塊（14)和第一彈簧限位塊（12)之間設 有第一彈簧（13)，杠桿彈簧限位塊（14)和第二彈簧限位塊（16)之間設有第二彈簧（15)，第 一彈簧限位塊(12)、前端連接架(9)和第二彈簧限位塊(16)通過螺紋連接件連接。5. 根據權利要求4所述的頻率可調式動力減振器，其特征在于:所述第一彈簧（13)位于 第一彈簧限位塊（12)的一端，第一彈簧限位塊（12)另一端通過螺紋連接件與前端連接架 (9)連接;第二彈簧(15)位于第二彈簧限位塊（16)的一端，第二彈簧限位塊（16)的另一端通 過螺紋連接件與前端連接架(9 )連接。
【文檔編號】F16F15/02GK105864351SQ201610300964
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】江智偉, 葛建立, 楊國來, 李 榮, 趙致富, 林智文
【申請人】南京理工大學