并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置、设计及装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于结构振动控制技术领域，特别涉及一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置、设计及装配方法，该装置包括弹簧单元、阻尼单元和惯质单元，阻尼单元通过连接件与弹簧单元并联，进而与惯质单元串联形成一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振构型。本发明专利技术采用两套滚珠丝杠传动系统实现了并联阻尼和弹簧单元的三元减振构型，能够对惯性力起到调谐作用，通过改变飞轮的尺寸可以实现惯性力的连续调节，能够充分发挥惯质单元的吸能能力。此外，本装置采用装配式技术，具有易调节、耐久性好、耗能能力高等优点。

Three-element shock absorber with parallel damper and spring element, design and assembly method

The invention belongs to the technical field of structural vibration control, in particular to a three-dimensional vibration reduction device, design and assembly method of parallel damper and spring element, which includes spring element, damper element and inertia element. The damper element is connected in parallel with spring element through connecting element, and then in series with inertia element to form a three-dimensional vibration reduction configuration of parallel damper and spring element. The invention adopts two sets of ball screw drive system to realize three-dimensional vibration reduction configuration of parallel damping and spring unit, which can tune inertia force, realize continuous adjustment of inertia force by changing the size of flywheel, and give full play to the energy absorption capacity of inertia unit. In addition, the device adopts assembly technology, which has the advantages of easy adjustment, good durability and high energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置、设计及装配方法
本专利技术属于结构振动控制
，特别涉及一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置、设计及装配方法。
技术介绍
近些年，结构负刚度振动控制理论，以及并联“负刚度弹簧单元”的被动、自适应阻尼器研发为提升结构振动控制效果提供了新的理论方法与技术手段；具有质量放大效应的“Inerter”(两节点惯性质量单元，简称“惯质单元”)为阻尼器研发提供了新的基本单元，阻尼器构型得到了进一步丰富，最终形成了基于“阻尼单元-弹簧单元-惯质单元”的结构三元被动减振理论雏形。研究表明，与传统的“阻尼单元”一元减振、以“阻尼单元-弹簧单元”、“阻尼单元-惯质单元”为代表的二元减振相比，三元被动减振有望进一步提升结构振动控制效果。目前，二元减振装置的研发多于三元被动减振装置，两种装置多将阻尼单元和惯质单元与滚珠丝杠系统相融合，从而实现惯性质量和等效阻尼系数的双重放大，增强阻尼器的耗能能力。各单元的主要实现方式具体如下：阻尼单元采用粘滞材料或电磁阻尼技术；弹簧单元采用弹簧或磁致刚度；惯质单元采用惯性飞轮。根据磁场源的不同，电磁阻尼器可分为电励磁式、永磁式、混合励磁式；根据导体构成形式，电磁阻尼器可分为电机阻尼器和电涡流阻尼器，其中电涡流阻尼器又可分为直线平板式、轴向相对运动式和轴向旋转式等。弹簧的实现方式主要分为对称预压弹簧(负刚度)或传统拉压弹簧(正刚度)，磁致刚度可采用永磁体或电磁体形成正负刚度。与传统的粘滞阻尼器相比，利用电磁感应耗能的电磁阻尼器具有无接触、低摩擦、无污染等优点，其中电涡流阻尼器已广泛应用于车辆悬架、汽车制动机械、航空航天等领域，在土木工程领域的成熟应用主要是为调谐质量阻尼器提供阻尼单元，且多采用直线平板型。目前，将电涡流阻尼技术和滚珠丝杠系统相融合形成旋转式电涡流阻尼技术，能够显著提升电涡流阻尼耗能效率，实现大吨位的电涡流阻尼器设计。此外研究表明，与传统拉压弹簧(正刚度)和磁致正刚度相比，对称预压弹簧(负刚度)和磁致负刚度均可以放大阻尼器位移增强耗能能力。根据相关文献和专利查阅，部分学者已对并联阻尼和弹簧单元的三元减振构型进行了相关研究：1)Wen(DesignandEvaluationofTunedInerter-BasedDampersfortheSeismicControlofMDOFStructures)采用H2梯度法获得了TID应用于多自由度结构系统减振的最优参数优化；2)Lazar(UsingAnInerter-basedDeviceforStructuralVibrationSuppression)提出了一种并联阻尼和弹簧单元的的被动振动控制系统来减小土木工程结构在基础激励下的振动；3)；Giaralis和Taflanidis(OptimalTunedMass-damper-inerter(TMDI)DesignforSeismicallyExcitedMDOFStructureswithModelUncertaintiesBasedonReliabilityCriteria)采用可靠度方法对TMDI和TID进行了参数优化；但以上学者均未提出并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置技术与实物。由此可知，目前对并联阻尼和弹簧单元的的三元减振装置的研究主要集中于理论及仿真。此构型能够对惯性力起到调谐作用，充分发挥惯质单元的吸能能力，其三元减振装置实物图、实用技术、设计及装配方法需要进一步解决，将其推广应用于结构振动控制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置、设计及装配方法，融合旋转式电涡流阻尼、惯性飞轮和电磁体磁致刚度技术，采用两套滚珠丝杠系统实现了阻尼单元和弹簧单元并联，进而与惯质单元串联的构型，该装置能够对惯性力起到调谐作用，通过改变飞轮的尺寸可以实现惯性力的连续调节，能够充分发挥惯质单元的吸能能力。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：本专利技术提供了一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，包括弹簧单元、阻尼单元和惯质单元，所述阻尼单元和弹簧单元并联后与惯质单元串联；所述惯质单元包括第一滚珠丝杠系统和飞轮，所述第一滚珠丝杠系统包括第一滚珠丝杆和套装在第一滚珠丝杆上的第一滚珠螺母，所述第一滚珠丝杆从上至下顺序穿过第一滚珠螺母和飞轮；所述阻尼单元包括第二滚珠丝杠系统、多块导体板、两块E型铁芯和多组第一通电线圈，所述第二滚珠丝杠系统包括第二滚珠丝杆和套装在第二滚珠丝杆上的第二滚珠螺母，所述第二滚珠丝杆从上至下顺序穿过导体板和第二滚珠螺母；所述弹簧单元包括运动电磁体、固定电磁体、直线轴承和直线导轨，所述直线导轨穿过运动电磁体、固定电磁体和直线轴承。进一步地，所述阻尼单元还包括第一外筒、第三圆板和第四圆板，所述第四圆板固定在第一外筒内壁的中间，所述第三圆板固定在第一外筒内壁的下端，所述第三圆板和第四圆板的中心分别嵌入第三推力轴承和第四推力轴承，所述第三推力轴承和第四推力轴承均套装在第二滚珠丝杆上。进一步地，所述两块E型铁芯对称固定在第一外筒的内壁，且与每块导体板之间留有间隙；每块E型铁芯缠绕多组第一通电线圈，相邻第一通电线圈的电流方向相反，磁极相反，所述第一通电线圈的中轴线垂直于第二滚珠丝杆。进一步地，所述第二滚珠丝杆从下至上顺序穿过第二滚珠螺母、第三推力轴承、导体板和第四推力轴承，所述第二滚珠螺母的下端与第二连接件固定连接，所述第二连接件为中空圆柱体。进一步地，所述惯质单元还包括第一圆板和第二圆板，所述第一圆板固定在第一外筒内壁的上端，所述第二圆板固定在第一圆板与第四圆板之间；所述第一圆板和第二圆板的中心分别嵌入第一推力轴承和第二推力轴承，所述第一推力轴承和第二推力轴承均套装在第一滚珠丝杆上，所述第一滚珠丝杆从上至下顺序穿过第一滚珠螺母、第一推力轴承、飞轮和第二推力轴承；所述第一滚珠螺母与第一连接件的下端固定连接，所述第一连接件为中空圆柱体，所述第一连接件的上端设有上连接端。进一步地，所述弹簧单元还包括第二外筒，所述第二外筒的上端与第三圆板固定连接；所述直线轴承包括第一直线轴承和第二直线轴承，所述固定电磁体包括第一固定电磁体和第二固定电磁体，所述第一直线轴承、第二直线轴承、第一固定电磁体和第二固定电磁体均固定在第二外筒的内壁，且第一固定电磁体、第二固定电磁体的中心孔与直线导轨之间留有间隙；所述直线导轨从上至下顺序穿过第二直线轴承、第二固定电磁体、运动电磁体、第一固定电磁体和第一直线轴承；所述直线导轨的上端与第二连接件固定连接，下端设有下连接端；所述第二滚珠螺母和第二连接件均设置在第二外筒的内部。进一步地，所述运动电磁体、第一固定电磁体和第二固定电磁体的内部均缠绕第二通电线圈；所述第一固定电磁体和第二固定电磁体的第二通电线圈的电流方向相同，磁极相同，同时运动电磁体两端磁极分别与相邻固定电磁体的磁极相反。进一步地，所述第一滚珠丝杆、第二滚珠丝杆和直线导轨的中轴线位于同一直线，所述第一滚珠丝杆与第二滚珠丝杆之间留有间隙。本专利技术还提供了一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置的设计方法，包含以下设计步骤：步骤1，根据实际工程参数和阻尼器参数优化结果确定并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置所需的惯性质量ma和频率f；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，包括弹簧单元、阻尼单元和惯质单元，所述阻尼单元和弹簧单元并联后与惯质单元串联；所述惯质单元包括第一滚珠丝杠系统和飞轮，所述第一滚珠丝杠系统包括第一滚珠丝杆和套装在第一滚珠丝杆上的第一滚珠螺母，所述第一滚珠丝杆从上至下顺序穿过第一滚珠螺母和飞轮；所述阻尼单元包括第二滚珠丝杠系统、多块导体板、两块E型铁芯和多组第一通电线圈，所述第二滚珠丝杠系统包括第二滚珠丝杆和套装在第二滚珠丝杆上的第二滚珠螺母，所述第二滚珠丝杆从上至下顺序穿过导体板和第二滚珠螺母；所述弹簧单元包括运动电磁体、固定电磁体、直线轴承和直线导轨，所述直线导轨穿过运动电磁体、固定电磁体和直线轴承。

【技术特征摘要】
1.一种并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，包括弹簧单元、阻尼单元和惯质单元，所述阻尼单元和弹簧单元并联后与惯质单元串联；所述惯质单元包括第一滚珠丝杠系统和飞轮，所述第一滚珠丝杠系统包括第一滚珠丝杆和套装在第一滚珠丝杆上的第一滚珠螺母，所述第一滚珠丝杆从上至下顺序穿过第一滚珠螺母和飞轮；所述阻尼单元包括第二滚珠丝杠系统、多块导体板、两块E型铁芯和多组第一通电线圈，所述第二滚珠丝杠系统包括第二滚珠丝杆和套装在第二滚珠丝杆上的第二滚珠螺母，所述第二滚珠丝杆从上至下顺序穿过导体板和第二滚珠螺母；所述弹簧单元包括运动电磁体、固定电磁体、直线轴承和直线导轨，所述直线导轨穿过运动电磁体、固定电磁体和直线轴承。2.根据权利要求1所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括第一外筒、第三圆板和第四圆板，所述第四圆板固定在第一外筒内壁的中间，所述第三圆板固定在第一外筒内壁的下端，所述第三圆板和第四圆板的中心分别嵌入第三推力轴承和第四推力轴承，所述第三推力轴承和第四推力轴承均套装在第二滚珠丝杆上。3.根据权利要求2所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述两块E型铁芯对称固定在第一外筒的内壁，且与每块导体板之间留有间隙；每块E型铁芯缠绕多组第一通电线圈，相邻第一通电线圈的电流方向相反，磁极相反，所述第一通电线圈的中轴线垂直于第二滚珠丝杆。4.根据权利要求2所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述第二滚珠丝杆从下至上顺序穿过第二滚珠螺母、第三推力轴承、导体板和第四推力轴承，所述第二滚珠螺母的下端与第二连接件固定连接，所述第二连接件为中空圆柱体。5.根据权利要求2所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述惯质单元还包括第一圆板和第二圆板，所述第一圆板固定在第一外筒内壁的上端，所述第二圆板固定在第一圆板与第四圆板之间；所述第一圆板和第二圆板的中心分别嵌入第一推力轴承和第二推力轴承，所述第一推力轴承和第二推力轴承均套装在第一滚珠丝杆上，所述第一滚珠丝杆从上至下顺序穿过第一滚珠螺母、第一推力轴承、飞轮和第二推力轴承；所述第一滚珠螺母与第一连接件的下端固定连接，所述第一连接件为中空圆柱体，所述第一连接件的上端设有上连接端。6.根据权利要求4所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述弹簧单元还包括第二外筒，所述第二外筒的上端与第三圆板固定连接；所述直线轴承包括第一直线轴承和第二直线轴承，所述固定电磁体包括第一固定电磁体和第二固定电磁体，所述第一直线轴承、第二直线轴承、第一固定电磁体和第二固定电磁体均固定在第二外筒的内壁，且第一固定电磁体、第二固定电磁体的中心孔与直线导轨之间留有间隙；所述直线导轨从上至下顺序穿过第二直线轴承、第二固定电磁体、运动电磁体、第一固定电磁体和第一直线轴承；所述直线导轨的上端与第二连接件固定连接，下端设有下连接端；所述第二滚珠螺母和第二连接件均设置在第二外筒的内部。7.根据权利要求6所述的并联阻尼和弹簧单元的三元减振装置，其特征在于，所述运动电磁体、第一固定电磁体和第二固定电磁体的内部均缠绕第二通电线圈；所述第一固定电磁体和第二固定电磁体的第二通电线圈的电流方向相同，磁极相同，同时运动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志昊，杨亚彬，田文文，程志鹏，祁鑫，王丽娟，钱晓军，朱倩，仵祺，刘鑫鑫，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41