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《主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第4期实验力学Vol.20No.42005年12月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSDec.2005文章编号:100124888(2005)04205072083主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究李剑锋,龚兴龙,张先舟,徐振邦,张培强(中科院材料力学行为与设计重点实验室,中国科学技术大学力学和机械工程系,合肥230027)摘要:动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性
2、和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。关键词:动力吸振器;主动振动控制;自动调谐中图分类号:O326文献标识码:A1引言无论是建筑结构、船舶、机械还是电器设备,在正常工作时,都会受到激励力的作用而发生振动,如果缺少有效的振动控制措施,将使其过早的损
3、坏或造成噪声污染。而动力吸振器(DynamicVibrationAbsorber,简称DVA)由于结构简单,对于主系统的窄带响应有良好的减振效果,因此在工程实践中得以广泛的应用。但传统的动力吸振器的有效吸振带宽极窄,而实际的振源总会由于工况的变化或其它情况发生偏移,这时吸振器的吸振效果将会因为发生失谐而急剧恶化,这就大大限制了动力吸振器的应用范围。为扩展被动式动力吸振器的有效消振频带,目前有提高吸振质量和支承的阻尼、使用软弹簧和复合式动力吸振器、或采用调谐频率稍有差异的离散分布式动力吸振器等方法。但是这样一方面会降低其在特定频带的吸振效果,另一方面会增
4、加系统质量和复杂程度,而对频率的拓展也比较小,一般在5Hz[1]以下。如何使用主动控制的方式来调谐吸振,是目前国际上研究的重点。一方面,控制的方式是使用主动[2～4]执行件对吸振器振子施加主动力,从而改变系统的振动频率,例如磁悬浮、电动式、磁弹簧等方式,[5]另一方面,在加力方式上,除了传统的单振子方式,还有使用耦合双振子方式,可以获得更好的减振效果。由于主动执行件需要消耗较多的能量,因此在大功率减振场合,还出现了半主动控制方式。通过改[6]变吸振器的参数,如阻尼和刚度等来调节系统振动特性,例如使用磁流变液阻尼器、形状记忆合金弹[7][8]簧和温控粘弹
5、性元件等。这些方式可以降低减振的能量消耗,提高减振效果,但是由于技术还不太成熟,存在可靠性不高或响应速度慢的缺点。3收稿日期:2005-10-19;修订日期:2005-12-06基金项目:中国科学院“百人计划”资助项目通讯作者:龚兴龙(1966-),男,博士,教授,博士生导师。主要从事电磁流变材料和振动控制的研究。E-mail:gongxl@ustc.edu.cn508实验力学(2005年)第20卷本文提出了一种新型的机械式变刚度系统,能够经受重载和长期工作要求,并且对温度、污染等环境要求不高,因此可靠性较好。变频率的范围大,和质量调谐、传统刚度调谐的
6、动力吸振器相比,结构紧凑。此外,在系统的响应速度较高的前提下,对电动机响应速度要求低,死区的影响很小。最后,对其样机的减振效果进行了理论评估和实验验证,发现其宽频带的吸振效果非常显著。2新型主动移频式动力吸振器的机械结构和工作原理2.1基本机械结构如图1所示,机械主动移频式动力吸振器,是由螺杆、螺母座、拉压弹性杆、集中质量块、码盘、电机座和电动机构成,这里的弹性杆可使用悬挂弹簧,沿轴向能拉压变形,将集中质量块和两个弹性杆直接用销钉销在一起,要能自由转动;把电动机固定在电机座上,把电动机轴和螺杆固定在一起,可以同步转动,然后在转轴根部装上码盘,作为信号输
7、出源,螺杆上旋有螺母座,用销钉把连在集中质量块上的两根弹性杆的另一端分别销在电机座和螺母座上,使两根弹性杆和螺杆构成一个等腰三角形,弹性杆之间的跨距为三角形的底边,当电动机的转动时,带动螺杆旋转,使螺母座上下移动,改变两根弹性杆之间的跨距,即三角形的底边长度;其中的弹性杆主要是支撑作用,在受力方向不会有太大的图1机械主动移频式动力吸振器位移;为了保证整体的平衡,采用左右镜向对Fig.1MechanicalAdaptableTuned称的形式布置了两个一样的系统。DynamicVibrationAbsorber2.2杆件变形和受力分析1.螺杆;2.螺母座
8、;3.拉压弹性杆;4.集中质量块;5.码盘;6.电机座;7.电动机2.2.1近似分析为方便定量
