一种基于轨道非线性能量阱的惯容器

本发明涉及减振装置领域，尤其是涉及一种基于轨道非线性能量阱的惯容器。

背景技术：

1、与传统的质量元件相比，惯容元件具有诸多的优势，其可以产生远大于自身的表观质量，从而实现装置的轻量化以及性能的提升，并且突破了传统质量元件的单端连接特性。惯容元件能够调整结构的惯性特性，不会增加由附加质量引起的额外荷载。惯容器常与弹簧元件、阻尼元件一起使用，三者组成惯容系统，实现灵活调谐与阻尼增效。惯容系统逐渐成为常用的被动振动控制之一，在土木工程领域的振动控制中被广泛应用。线性惯容系统在一定频率范围内具有良好的减振性能。但当结构的自振频率因刚度退化等发生变化时，或结构外部激励频率不处于减振频带范围内时，线性惯容系统可能失去减振效果甚至放大结构响应。

2、非线性振动控制系统已被证明能拓宽有效频带，能更有效地降低结构响应。但是目前的非线性振动控制系统的实现方法主要为几何非线性，如在结构运动的垂直方向连接弹簧元件或其它惯容元件来实现非线性，而该种结构带来的非线性特性较为单一。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在通过在结构运动的垂直方向连接弹簧元件或其它惯容元件来实现非线性的方式，产生的非线性特性较为单一的缺陷而提供一种基于轨道非线性能量阱的惯容器。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，所述惯容器包括轨道单元、连接单元、惯容单元和用于支撑惯容单元的固定单元，所述轨道单元固定在受控结构上，所述连接单元的一端滚动连接轨道单元，另一端连接惯容单元，所述轨道单元用于受控结构和惯容单元之间位移和力的传递，所述惯容单元的运动方向与受控结构的运动方向相互垂直。

4、优选地，所述轨道单元包括底板和轨道，所述底板为t型结构，所述底板的一端连接受控结构，所述轨道固定在底板的一侧。

5、优选地，所述连接单元包括连接件以及位于连接件同一侧的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承可转动固定在连接件上，所述第一轴承和第二轴承的间距与轨道的厚度相配合，所述轨道位于第一轴承和第二轴承之间，所述第一轴承和第二轴承均滚动连接轨道。

6、优选地，所述连接单元还包括第一转轴和第二转轴，所述连接件上设有第一连接孔和第二连接孔；所述第一转轴的一端固定在第一连接孔内，另一端连接第一轴承，所述第二转轴一端固定在第二连接孔内，另一端连接第二轴承。

7、优选地，所述连接单元还包括第三轴承和连接杆，所述第三轴承固定在连接件上，所述第三轴承与轨道位于连接件相对的两侧，所述连接杆的一端连接第三轴承，另一端连接惯容单元。

8、优选地，所述惯容单元包括丝杆和飞轮，所述丝杆的一端连接连接杆，所述丝杆通过轴承连接固定单元，所述丝杆上设有滚珠螺母，所述飞轮固定在滚珠螺母上。

9、优选地，所述滚珠螺母的数量为多，各个滚珠螺母上均固定有飞轮。

10、优选地，所述固定单元包括支撑架，所述支撑架上设有第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承座和第二轴承座固定在支撑架的一端，所述丝杆通过轴承分别连接第一轴承座和第二轴承座，所述丝杆螺母分别位于第一轴承座和第二轴承座之间。

11、优选地，所述连接杆与丝杆螺栓连接。

12、优选地，所述连接杆远离连接件的一端设有固定孔，所述丝杆的两端设有与固定孔相配合的卡块，所述固定孔的两侧设有第一螺栓孔，所述卡块上设有与第一螺栓孔对应的第二螺栓孔。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、(1)本方案通过使受控结构带动轨道单元进行运动，轨道单元与受控结构的响应一致，连接单元沿着轨道单元带动惯容单元运动，使惯容单元与受控结构的运动方向垂直，惯容单元运动并产生出力，通过连接单元和轨道单元将惯容单元的出力传递至受控结构运动方向上，为受控结构提供非线性出力，实现对受控结构的减振作用。本方案在不改变惯容单元装置参数的基础上，使惯容单元对受控结构的控制力表现为非线性，改变惯容单元所表现的惯质，且可通过调节轨道的形状，改变控制力的特性。

15、(2)连接单元在轨道和丝杆之间起到至关重要的传递位移和力的作用，连接单元需要与轨道准确配合，将受控结构的位移通过轨道传递给惯容单元，惯容单元产生的出力才能够通过轨道传递至受控结构。本方案为保证轨道两侧滚珠轴承的公切线与轨道接触点的切线重合，采用连接件将二者连接在一起，利用连接件上侧的第三连接孔内的滚珠轴承的转动带动连接件的转动，实现轨道两侧滚珠轴承始终保证与轨道相切。采用一对滚珠轴承在轨道内外侧滚动，实现轨道式连接，能尽量减小摩擦，接近力学模型。

16、(3)本方案将惯容器与轨道式非线性能量阱结合，将轨道式非线性能量阱的单节点质量块改进为双节点惯容元件，使轨道式非线性能量阱实现轻量化，并改变惯容器的力学性质。同理，将弹簧、阻尼等元件通过本方案的连接方式与轨道式非线性能量阱结合在一起，也将改变恢复力、阻尼力的组成，实现非线性刚度和非线性阻尼，为非线性振动控制系统的发展提供了基础。

技术特征：

1.一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述惯容器包括轨道单元、连接单元、惯容单元和用于支撑惯容单元的固定单元，所述轨道单元固定在受控结构(9)上，所述连接单元的一端滚动连接轨道单元，另一端连接惯容单元，所述轨道单元用于受控结构(9)和惯容单元之间位移和力的传递，所述惯容单元的运动方向与受控结构的运动方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述轨道单元包括底板(1)和轨道(2)，所述底板(1)为t型结构，所述底板(1)的一端连接受控结构(9)，所述轨道(2)固定在底板(1)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述连接单元包括连接件(3)以及位于连接件(3)同一侧的第一轴承(31)和第二轴承(32)，所述第一轴承(31)和第二轴承(32)可转动固定在连接件(3)上，所述第一轴承(31)和第二轴承(32)的间距与轨道(2)的厚度相配合，所述轨道(2)位于第一轴承(31)和第二轴承(32)之间，所述第一轴承(31)和第二轴承(32)均滚动连接轨道。

4.根据权利要求3所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述连接单元还包括第一转轴(33)和第二转轴(34)，所述连接件(3)上设有第一连接孔(36)和第二连接孔(37)；所述第一转轴(33)的一端固定在第一连接孔(36)内，另一端连接第一轴承(31)，所述第二转轴(34)一端固定在第二连接孔(37)内，另一端连接第二轴承(32)。

5.根据权利要求3所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述连接单元还包括第三轴承(35)和连接杆(4)，所述第三轴承(35)固定在连接件(3)上，所述第三轴承(35)与轨道(2)位于连接件(3)相对的两侧，所述连接杆(4)的一端连接第三轴承(35)，另一端连接惯容单元。

6.根据权利要求5所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述惯容单元包括丝杆(5)、轴承(6)和飞轮(7)，所述丝杆(5)的一端连接连接杆(4)，所述丝杆(5)通过轴承(6)连接固定单元，所述丝杆(5)上设有滚珠螺母，所述飞轮(7)固定在滚珠螺母上。

7.根据权利要求6所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述滚珠螺母的数量为多，各个滚珠螺母上均固定有飞轮(7)。

8.根据权利要求6所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述固定单元包括支撑架(8)，所述支撑架(8)上设有第一轴承座(81)和第二轴承座(82)，所述第一轴承座(81)和第二轴承座(82)固定在支撑架(8)的一端，所述丝杆(5)通过轴承(6)分别连接第一轴承座(81)和第二轴承座(82)，所述滚珠螺母分别位于第一轴承座(81)和第二轴承座(82)之间。

9.根据权利要求6所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述连接杆(4)与丝杆(5)螺栓连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，其特征在于，所述连接杆(4)远离连接件(3)的一端设有固定孔(41)，所述丝杆(5)的两端设有与固定孔(41)相配合的卡块(51)，所述固定孔(41)的两侧设有第一螺栓孔(42)，所述卡块(51)上设有与第一螺栓孔(42)对应的第二螺栓孔(52)。

技术总结
本发明涉及一种基于轨道非线性能量阱的惯容器，用于受控结构的减振，所述惯容器包括轨道单元、连接单元、惯容单元和用于支撑惯容单元的固定单元，所述轨道单元固定在受控结构上，所述连接单元的一端滚动连接轨道单元，另一端连接惯容单元，所述轨道单元用于受控结构和惯容单元之间位移和力的传递，所述惯容单元的运动方向与受控结构的运动方向相互垂直。与现有技术相比，本发明中轨道式能量阱结合惯容器，使惯容器实现非线性出力，且轨道可调节，惯容器能够简单可行地实现非线性惯质与非线性刚度，改变控制力的特性。

技术研发人员：谢丽宇,张文静,薛松涛
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17