专利名称：两自由端点动力吸振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力吸振器技术领域，特指具有两个自由端点的动力吸振器。
背景技术：
动力吸振器又称调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)，其基本原理是通过 在目标振动系统(即主振系)上附加一个子结构(即吸振器)，适当选择子结构的结构形 式、动力参数以及与主振系的耦合关系，改变主振系的振动状态，从而在预期的频段上减小 主振系的强迫振动响应。由于它结构简单，易于实施，能有效抑制频率变化较小的设备振 动，因此广泛应用于交通运输、工业机械、建筑桥梁等各行各业的各种机械设备上，已成为 实施振动控制最常用的重要手段之一。近年来，虽然主动/半主动式动力吸振器的研究和 应用取得了长足进展，但被动式吸振器仍是工程应用的主流，相关研究也取得了许多新进 展。如图1所示，传统动力吸振器5包括弹簧1、阻尼器2和质量3，质量3通过弹簧1 和阻尼器2悬吊于主振系之下。由于传统动力吸振器5采用了质量元件，致使其应用范围 受到了限制。在传统动力吸振器5中，弹簧1和阻尼器2并联后有两个公共的端点，其中一 个端点与质量元件3相连，显而易见，传统动力吸振器5只具有一个自由端点，而另一个端 点却必须作为参考点接地，因此在要求端点不能作为参考点接地的场合，传统动力吸振器5 就显现出了一定的局限性，其应用范围受到了限制。例如，如图2所示的多层隔振结构包括主振系4、传统动力吸振器5、载体6和惯性 参考系7 (大地)，若不失一般性地将主振系4具体化为内燃发动机，将载体6具体化为车 身，则传统动力吸振器5相当于被置于了发动机与惯性参考系7之间，如图3所示。显然， 无论如何布置，传统动力吸振器5必然有一端连接惯性参考系7，如果要求吸振器置于发动 机与车身之间，那么传统吸振器5将不再适用。从力流的观点来看，更容易理解传统动力吸振器的局限性。对于传统动力吸振器 来说，力流流经吸振器后，最终且永远只能流向惯性参考系7即大地，而不能流向它处。对 于上例来说，即使将传统动力吸振器置于发动机与车身之间，力流也只能从发动机经吸振 器流向大地，而不会流向车身，任何要求力流从发动机经传统动力吸振器流向车身的企图 都是不可能实现的。因此寻找一种力流不必流向大地，即不必接地的动力吸振器具有重要意义。传统动力吸振器在布置上还有其不便之处。虽然传统动力吸振器在吸收垂向振动 时布置起来比较容易，但在吸收其它方向的振动时布置起来则多有不便之处；此外，若动力 吸振器所需的质量元件较重，则会导致吸振器整体过重。美国专利US989958公开了一种原始的动力吸振器，美国专利US6681908公开了一 种弹簧可调的动力吸振器，美国专利US5816373公开了一种气动动力吸振器，然而这些吸 振器无一例外地采用质量元件作为其组件之一，也必然存在上述不便之处和局限性，因此 寻找一种应用范围广且能灵活方便地布置的动力吸振器极具现实意义，显得尤为迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是让动力吸振器具有两个自由端点，使吸振器可以 应用于要求端点不能作为参考点接地的场合，扩大动力吸振器的应用范围；动力吸振器具 有两个端点后，一端与主振系相连，另一端可以自由选择连接点，使吸振器可以横置、竖置 和斜置，方便吸振器的安装与布置，吸收任意方向的主振系振动；利用惯性质量蓄能器远远 轻于质量元件的特点，降低大型动力吸振器的重量。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是先将弹簧与阻尼器并联连接，再将 它们的并联体与惯性质量蓄能器串联连接。弹簧为螺旋压缩弹簧，阻尼器为筒式液压阻尼器。根据不同的惯性质量蓄能器实现形式，本发明有两种具体技术方案。方案一两自由端点动力吸振器包括弹簧、阻尼器和齿条式惯性质量蓄能器。弹簧套在阻 尼器的外筒外，弹簧与阻尼器同轴连接，弹簧的一端与阻尼器的活塞杆固定连接，弹簧的另 一端与阻尼器的外筒固定连接；阻尼器的活塞杆与齿条式惯性质量蓄能器的齿条同轴固定 连接。齿条式惯性质量蓄能器包括箱体、飞轮A、齿轮轴A、大齿轮、齿轮轴B和齿条，其 中齿条置于箱体上的燕尾槽内，同齿轮轴B相啮合，大齿轮与齿轮轴B同轴相联，与齿轮轴 A相啮合，飞轮A则与齿轮轴A同轴相联，齿轮轴A和齿轮轴B均通过一对轴承支撑于箱体 上。方案二两自由端点动力吸振器包括弹簧、阻尼器和扭转惯性质量蓄能器。弹簧套在阻尼 器的外筒外，弹簧与阻尼器同轴连接，弹簧的一端与阻尼器的活塞杆固定连接，弹簧的另一 端与阻尼器的外筒固定连接；阻尼器的活塞杆与扭转惯性质量蓄能器的摆杆铰接，并且在 平衡位置时，阻尼器的活塞杆与摆杆相互垂直。扭转惯性质量蓄能器包括摆杆、基座、摆线钢球减速器和飞轮B。摆线钢球减速器包括输入轴、摆线钢球传动机构、输出轴、壳体和预紧螺母。飞轮B与摆线钢球减速器的输入轴的连接方式可选取平键、矩形花键、渐开线花 键、螺纹或螺母压紧的圆锥面过盈连接。摆杆为长条形，一端开有带键槽的孔，与摆线钢球减速器的输出轴相固定连接，另 一端开有铰链孔与阻尼器的活塞杆铰接。基座为一折弯成90度的长方形钢板，面积大的一半钢板上设有大圆孔，大圆孔的 周围均布有6个小圆孔，6个小圆孔圆心所在的圆与大圆孔同心，面积小的一半钢板上均布 有两排共4个通孔，且大圆孔中心轴至折弯处下底面的距离等于摆杆上带键槽的孔与铰链 孔孔心之间的距离。输入轴装在轴承A内，并通过轴承C架在输出轴上，其偏心部位套装轴承B。根 据输入轴与飞轮连接方式的不同，输入轴伸出壳体一端的轴头为圆形或末端带有螺纹的锥 形，圆形的轴头上设有对称的平键槽、矩形外花键槽、渐开线外花键槽或外螺纹。摆线钢球传动机构包括轴承A、中心盘、轴承B、钢球A、行星盘、钢球B、轴承C、轴承D、轴承E。与壳体固连的中心盘装在轴承A上，其左端面上设有波数为Z1的外摆线封闭 槽；行星盘装在轴承B上，其右端面上设有波数为Z2的内摆线封闭槽，左端面上设有波数为 Z3的内摆线封闭槽；通过轴承D、轴承E支承在壳体上的输出轴，其右端为盘形，盘形面上设 有波数为Z4的外摆线封闭槽；在封闭槽Zl、Z2相交错的区域内装有钢球A，其中Z2-Z1 = 2， 钢球数为(Zi+Z2)/2 ；在封闭槽z3、Z4相交错的区域内装有钢球B，其中Z3-Z4 = 2，钢球数为 (z3+Z3)/2 ；封闭槽Zl、Z2和钢球A组成啮合副，封闭槽z3、Z4和钢球B组成另一个啮合副。输出轴在壳体内部的一端为圆盘状，伸出壳体一端的轴头为圆柱形，轴头上设有 平键槽，通过键与摆杆相固定连接。壳体为薄壁回转体，支撑输出轴的一端为锥形薄壁回转体，支撑输入轴的一端为 圆形薄壁回转体，锥形薄壁回转体与圆形薄壁回转体交界的壳壁上设有以回转中心轴为中 心轴的均布螺纹盲孔，数量为6个。基座上的6个小圆孔与壳体上的6个螺纹孔相对应，通 过螺栓对应联接。本发明使动力吸振器具有了两个自由的端点，方案一中阻尼器的外筒和齿条式惯 性质量蓄能器的箱体为动力吸振器的两个自由端点，方案二中阻尼器的外筒和扭转惯性质 量蓄能器的基座为动力吸振器的两个端点，动力吸振器具有两个自由端点后具备了以下优点。1、两自由端点动力吸振器可以应用于要求端点不能作为参考点接地的场合，比传 统动力吸振器的应用范围广。2、动力吸振器具有两个端点后，一端可以与主振系相连，另一端可以自由选择连 接点，使得吸振器可以横置、竖置和斜置，吸收任意方向的主振系振动，大大方便了吸振器 的安装与布置。3、由于惯性质量蓄能器还具有放大质量属性的作用，其重量远远轻于质量元件， 因此可以大大降低大型动力吸振器的重量。
图1为传统动力吸振器结构示意图； 图2为传统动力吸振器布置示意图； 图3为传统动力吸振器与惯性参考系(大地)关系示意图； 图4为两自由端点动力吸振器结构示意图5为应用了齿条式惯性质量蓄能器的两自由端点动力吸振器结构示意图； 图6为齿条式惯性质量蓄能器结构示意图7为应用了扭转惯性质量蓄能器的两自由端点动力吸振器结构示意图； 图8为扭转惯性质量蓄能器结构示意图； 图9为摆线钢球减速器结构示意图； 图10为基座主视图； 图11为基座右视图12为两自由端点动力吸振器竖置安装示意图； 图13为两自由端点动力吸振器横置安装示意图； 图14为两自由端点动力吸振器斜置安装示意图15为组合式两自由端点动力吸振器结构示意图。图中，1-弹簧 2-阻尼器 3-质量 4-主振系 5-传统动力吸振器 6_载体 7-惯性参考系 8-惯性质量蓄能器9-齿条式惯性质量蓄能器10-箱体11-飞轮A 12-齿轮轴A 13-大齿轮14-齿轮轴B 15-齿条16-扭转惯性质量蓄能器17-摆杆 18-基座 19-摆线钢球减速器20-飞轮B 21-输入轴 22-轴承A 23-中心盘24-轴 承B 25-钢球A 26-行星盘27-钢球B 28-输出轴 29-壳体 30-轴承C 31-轴承 D 32-轴承E 33-预紧螺母34-两自由端点动力吸振器
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明包括弹簧1、阻尼器2和惯性质量蓄能器8。弹簧与阻尼器为并联连接，它 们的并联体与惯性质量蓄能器为串联连接。弹簧1为螺旋压缩弹簧，阻尼器2为筒式液压 阻尼器。根据两种不同的惯性质量蓄能器8实现形式，下面分两个实施例对本发明加以说 明。实施例一两自由端点动力吸振器34包括弹簧1、阻尼器2和齿条式惯性质量蓄能器9。弹 簧1套在阻尼器2的外筒外，弹簧1与阻尼器2同轴连接，弹簧1的一端与阻尼器2的活塞 杆固定连接，弹簧1的另一端与阻尼器2的外筒固定连接；阻尼器2的活塞杆与齿条式惯性 质量蓄能器9的齿条15同轴固定连接。齿条式惯性质量蓄能器9包括箱体10、飞轮All、齿轮轴A12、大齿轮13、齿轮轴 B14和齿条15，其中齿条15置于箱体10上的燕尾槽内，同齿轮轴B14相啮合，大齿轮13与 齿轮轴B14同轴相联，与齿轮轴A12相啮合，飞轮Al 1则与齿轮轴A12同轴相联，齿轮轴A12 和齿轮轴B14均通过一对轴承支撑于箱体10上。下面结合附图对实施例一的具体实施过程作进一步说明。如图5和6所示，当主振系振动时会拉伸和压缩弹簧1和阻尼器2，从而带动齿条 15以A或B方向运动，即当外力以方向A或B施加于箱体10和齿条15的末端时，齿条15 相对于箱体10会产生相对位移，带动齿轮轴B14、大齿轮13和齿轮轴A12旋转，进而驱动飞 轮All旋转。事实上，在运动过程中，齿条15将相对于箱体10做直线运动，而且齿条15和箱体 10就是齿条式惯性质量蓄能器9的两个端点。它的动力学方程为f = b · a，其中f、a和 b分别表示施加在两端点上的力、两端点的相对加速度和惯性质量系数，惯性质量系数可由 齿轮组的半径以及飞轮的转动惯量计算出。设齿轮轴B 14的齿轮半径为Γι，大齿轮13半 径为r2，齿轮轴A12半径为r3，飞轮All的回转半径为Y，质量为m。由牛顿第二定律可导 出下面的关系式b = ma^al式中Ci1= Y/r3, a2 = r2/ri。根据上式，改变飞轮和齿轮组的尺寸便可得到具 有合适惯性质量系数的齿条式惯性质量蓄能器。通过调节弹簧1的弹簧刚度，阻尼器2的阻尼系数和齿条式惯性质量蓄能器9的
7惯性质量系数b，可以改变主振系的振动状态，从而在预期的频段上减小主振系的强迫振动 响应。实施例二两自由端点动力吸振器34包括弹簧1、阻尼器2和扭转惯性质量蓄能器16。弹簧 1套在阻尼器2的外筒外，弹簧1与阻尼器2同轴连接，弹簧1的一端与阻尼器2的活塞杆 固定连接，弹簧1的另一端与阻尼器2的外筒固定连接；阻尼器2的活塞杆与扭转惯性质量 蓄能器16的摆杆17铰接，并且在平衡位置时，阻尼器2的活塞杆与摆杆17相互垂直。扭转惯性质量蓄能器16包括摆杆17、基座18、摆线钢球减速器19和飞轮B20。摆线钢球式减速器19包括输入轴21、摆线钢球传动机构、输出轴28、壳体29和预 紧螺母33。飞轮B20与摆线钢球减速器19的输入轴21的连接方式可选取平键、矩形花键、渐 开线花键、螺纹或螺母压紧的圆锥面过盈连接。摆杆16为长条形，一端开有带键槽的孔，与摆线钢球减速器19的输出轴28相固 定连接，另一端开有铰链孔与阻尼器2的活塞杆铰接。基座18为一折弯成90度的长方形钢板，面积大的一半钢板上设有大圆孔，大圆孔 的周围均布有6个小圆孔，6个小圆孔圆心所在的圆与大圆孔同心，面积小的一半钢板上均 布有两排共4个通孔，且大圆孔中心轴至折弯处下底面的距离等于摆杆17上带键槽的孔与 铰链孔孔心之间的距离。输入轴21装在轴承A22内，并通过轴承C30架在输出轴28上，其偏心部位套装轴 承B24。根据输入轴21与飞轮B20连接方式的不同，输入轴21伸出壳体一端的轴头为圆形 或末端带有螺纹的锥形，圆形的轴头上设有对称的平键槽、矩形外花键槽、渐开线外花键槽 或外螺纹。摆线钢球传动机构包括轴承A22、中心盘23、轴承B24、钢球A25、行星盘26、钢球 B27、轴承C30、轴承D31、轴承E32。与壳体29固连的中心盘23装在轴承A22上，其左端面 上设有波数为Z1的外摆线封闭槽；行星盘26装在轴承B24上，其右端面上设有波数为Z2的 内摆线封闭槽，左端面上设有波数为Z3的内摆线封闭槽；通过轴承D31、轴承E32支承在壳 体29上的输出轴28，其右端为盘形，盘形面上设有波数为Z4的外摆线封闭槽；在封闭槽Zl、 Z2相交错的区域内装有钢球A25，其中Z2-Z1 = 2，钢球数为(Zl+z2)/2 ；在封闭槽z3、Z4相交 错的区域内装有钢球B27，其中Z3-Z4 = 2，钢球数为(Z3+Z3)/2 ；封闭槽Zl、Z2和钢球A25组 成啮合副，封闭槽z3、Z4和钢球B27组成另一个啮合副。输出轴28在壳体29内部的一端为圆盘状，伸出壳体一端的轴头为圆柱形，轴头上 设有平键槽，通过键与摆杆17相固定连接。壳体29为薄壁回转体，支撑输出轴28的一端为锥形薄壁回转体，支撑输入轴21 的一端为圆形薄壁回转体，锥形薄壁回转体与圆形薄壁回转体交界的壳壁上设有以回转中 心轴为中心轴的均布螺纹盲孔，数量为6个。基座18上的6个小圆孔与壳体29上的6个 螺纹孔相对应，通过螺栓对应联接。下面结合附图对实施例二的具体实施过程作进一步说明如图7、8、9、10和11所示，当主振系振动时会拉伸和压缩弹簧1和阻尼器2，从而 带动摆杆17摆动，即当力f施加于摆杆17和基座18的末端时，摆杆17将带动输出轴28转动，而输出轴28则通过摆线钢球传动机构带动输入轴21旋转，进而驱动飞轮B20旋转。 摆杆17和基座18就是扭转惯性质量蓄能器16的两个端点。扭转惯性质量蓄能器16的惯性质量系数
权利要求
一种两自由端点动力吸振器，其特征在于，包括弹簧(1)、阻尼器(2)和惯性质量蓄能器(8)，弹簧(1)与阻尼器(2)为并联连接，所述弹簧(1)与阻尼器(2)的并联体与惯性质量蓄能器(8)为串联连接；所述弹簧(1)为螺旋压缩弹簧，所述阻尼器(2)为筒式液压阻尼器。
2.根据权利要求1所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述惯性质量蓄能器(8)为齿条式惯性质量蓄能器(9)；所述弹簧(1)套在阻尼器(2)的外筒外，弹簧(1)与阻 尼器(2)同轴连接，所述弹簧(1)的一端与阻尼器(2)的活塞杆固定连接，所述弹簧(1)的 另一端与阻尼器(2)的外筒固定连接；所述阻尼器(2)的活塞杆与齿条式惯性质量蓄能器(9)的齿条(15)同轴固定连接。
3.根据权利要求1所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述惯性质量蓄能 器(8)为扭转惯性质量蓄能器(16)；所述扭转惯性质量蓄能器(16)包括摆杆(17)、基座 (18)、摆线钢球减速器(19)和飞轮B (20)；摆线钢球式减速器(19)包括输入轴(21)、摆线 钢球传动机构、输出轴(28)、壳体(29)和预紧螺母(33)；所述飞轮B(20)与摆线钢球减速 器(19)的输入轴(21)同轴固定连接；所述弹簧(1)套在阻尼器(2)的外筒外，弹簧(1)与 阻尼器(2)同轴连接，所述弹簧(1)的一端与阻尼器(2)的活塞杆固定连接，所述弹簧(1) 的另一端与阻尼器(2)的外筒固定连接；所述阻尼器(2)的活塞杆与扭转惯性质量蓄能器 (16)的摆杆(17)铰接，并且在平衡位置时，所述阻尼器(2)的活塞杆与摆杆(17)相互垂 直。
4.根据权利要求2所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述齿条式惯性质量 蓄能器(9)包括箱体(10)、飞轮A(ll)、齿轮轴A(12)、大齿轮(13)、齿轮轴B(14)和齿条 (15)，其中齿条(15)置于箱体(10)上的燕尾槽内，同齿轮轴B (14)相啮合，大齿轮(13)与 齿轮轴B(14)同轴相联，与齿轮轴A(12)相啮合，飞轮A(ll)则与齿轮轴A(12)同轴相联， 齿轮轴A(12)和齿轮轴B(14)均通过一对轴承支撑于箱体(10)上。
5.根据权利要求3所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述飞轮B(20)与摆线 钢球减速器(19)的输入轴(21)的连接方式为平键、矩形花键、渐开线花键、螺纹或螺母压 紧的圆锥面过盈连接。
6.根据权利要求3或5所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述摆杆(17)为 长条形，一端开有带键槽的孔，与摆线钢球减速器(19)的输出轴(28)固定连接，另一端开 有铰链孔与阻尼器(2)的活塞杆铰接。
7.根据权利要求3或5所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述基座(18)为 一折弯成90度的长方形钢板，面积大的一半钢板上设有大圆孔，所述大圆孔的周围均布有 6个小圆孔，6个小圆孔圆心所在的圆与大圆孔同心，面积小的一半钢板上均布有两排共4 个通孔，且大圆孔中心轴至折弯处下底面的距离等于摆杆(17)上带键槽的孔与铰链孔孔 心之间的距离。
8.根据权利要求3或5所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述壳体(29)为 薄壁回转体，支撑输出轴(28)的一端为锥形薄壁回转体，支撑输入轴(21)的一端为圆形薄 壁回转体，锥形薄壁回转体与圆形薄壁回转体交界的壳壁上设有以回转中心轴为中心轴的 均布螺纹盲孔，数量为6个；所述基座(18)上的6个小圆孔与壳体(29)上的6个螺纹孔相 对应，通过螺栓对应联接。
9.根据权利要求3或5所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述输入轴(21) 伸出壳体(29) —端的轴头为圆形或末端带有螺纹的锥形；所述圆形的轴头上设有对称的 平键槽、矩形外花键槽、渐开线外花键槽或外螺纹。
10.根据权利要求3或5所述的两自由端点动力吸振器，其特征在于，所述输出轴(28) 在壳体(29)内部的一端为圆盘状，伸出壳体一端的轴头为圆柱状，轴头上设有平键槽，通 过键与摆杆(17)固定连接。
全文摘要
本发明公开了一种两自由端点动力吸振器，涉及动力吸振器技术领域，包括弹簧(1)、阻尼器(2)和惯性质量蓄能器(8)，弹簧(1)与阻尼器(2)为并联连接，所述弹簧(1)与阻尼器(2)的并联体与惯性质量蓄能器(8)为串联连接；弹簧(1)为螺旋压缩弹簧，阻尼器(2)为筒式液压阻尼器。本发明可以应用于要求端点不能作为参考点接地的场合，比传统动力吸振器的应用范围广；吸振器具有两个自由端点后，可以横置、竖置和斜置，吸收任意方向的主振系振动，大大方便了吸振器的安装与布置；由于惯性质量蓄能器具有放大质量属性的作用，其重量远远轻于质量元件，可以大大降低大型动力吸振器的重量。
文档编号F16F15/02GK101994776SQ20101028199
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者张孝良, 江浩斌, 汪若尘, 聂佳梅, 陈龙 申请人:江苏大学