一种平面内多自由度阻尼装置

1.本发明涉及阻尼领域，尤其涉及一种平面内多自由度阻尼装置。


背景技术：

2.目前，无论在工程结构减隔振控制领域还是生产设备振动抑制领域，阻尼装置的应用已经极为广泛。其中，微小振动控制和多自由度振动控制的需求越来越大，而传统的阻尼装置为等比例振动传递，其在面对微小振幅振动时通常因为阻尼单元行程太小，而无法达到理想的减振耗能效果；且传统的阻尼装置无法减振方向单一，无法实现多自由度微小振动的控制，而多自由度微小振动的控制以成为生产设备及部分工程结构的振动特性。
3.为实现微小振动的放大，中国发明专利202111611105.7公开了一种基于位移放大的粘滞阻尼器，其利用连杆运动的机械原理设计的具有位移放大机制的粘滞阻尼器，连接杆16与水平线构成0
°
～45
°
的夹角(β)，传动杆17的平动位移通过连接杆16传递到活塞导杆7需要乘1/tanβ，由此达到放大位移的作用。但该专利仅能实现单自由度的位移放大和振动控制，无法实现平面内多自由度的位移放大和振动控制；同时，由于该专利的位移放大机构将位移传递方向转动90
°
，缸体等部件垂直于激振方向布置，这种设备形式导致质量分布不均，不均的质量容易造成设备连接部位产生应力集中现象，影响阻尼效果。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有面内多自由振动抑制、且对微小振幅有效耗能的平面内多自由度阻尼装置。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种平面内多自由度阻尼装置，包括依次连接的传振部件、位移放大部件和阻尼部件，其中，所述传振部件设有传递多自由度振动至位移放大部件的振动行程空间；所述位移放大部件为形成位似形的平行四边形机构，所述平行四边形机构的一连杆端头延伸形成所述位似形的位似中心，所述平行四边形机构包括形成所述位似形一组对应边的短曲柄和延伸曲柄，所述短曲柄的与延伸曲柄延伸端位似对应的一端设于所述振动行程空间内；所述阻尼部件设于所述延伸曲柄的延伸端。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述阻尼部件包括相对布置的耗能磁钢和导体板，所述耗能磁钢安装于所述延伸曲柄的延伸端，所述耗能磁钢的运动轨迹m
′
与所述短曲柄端头的运动轨迹m满足m
′
＝km，k为所述平行四边形机构形成位似形的位似比；所述耗能磁钢的运动轨迹m
′
始终位于所述导体板内。
9.所述导体板的形状n
′
与所述振动行程空间的形状n相同，且满足n
′
＝kn，k为所述平行四边形机构形成位似形的位似比。
10.所述阻尼部件还包括规范耗能磁路的背板，所述背板与所述导体板的形状和尺寸相同，所述背板设于所述导体板的远离所述耗能磁钢的一侧。
11.所述耗能磁钢通过一磁钢安装板安装于所述延伸曲柄的延伸端，所述磁钢安装板的形状与所述振动行程空间的形状相同。
12.所述振动行程空间为振动限位孔，所述振动限位孔的设置区大于待减振源的面内振动范围；所述短曲柄的一端通过铰接轴设于所述振动限位孔内。
13.所述传振部件包括传振板和固定板，所述传振板与待减振源连接，所述固定板平行于所述传振板固定布置，所述位似中心和所述振动行程空间设于所述固定板；所述短曲柄的一端通过穿设于所述振动行程空间内的铰接轴固定于所述传振板。
14.所述传振板设有提高传振稳定性的传振板限位空间，所述传振板限位空间和所述振动行程空间的形状和尺寸相同，所述位似中心的铰接轴穿过所述固定板并位于所述传振板限位空间内。
15.所述传振部件、所述位移放大部件和所述阻尼部件相互平行。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：
17.本发明的位移放大部件设置为平行四边形机构，平行四边形机构的一连杆端头延伸形成位似形的位似中心，平行四边形机构的短曲柄和延伸曲柄形成位似形的一组对应边。本发明通过平行四边形机构的改进设置形成位似形，采用位似改变的形式为振动位移的放大和减振提供结构基础。
18.同时，传振部件设有振动行程空间，阻尼部件设于延伸曲柄的延伸端，短曲柄的与延伸曲柄延伸端位似对应的一端设于振动行程空间内。振动行程空间的设置使得待减振源的面内多自由度振动均可传递至传振部件；同时，短曲柄的一端设于振动行程空间内，此时，平行四边形机构可在振动行程空间范围内运动，使得面内多自由度振动均通过平行四边形机构放大、并传递至阻尼部件；由于阻尼部件设置在短曲柄位于振动行程空间一端的位似形对应点(延伸曲柄延伸端)上，使得放大的振动位移可直接、有效耗散。
19.其次，待减振源的振动能量直接通过传振部件的振动行程空间、平行四边形机构传递至阻尼部件，其无需改变传力方向，避免了现有装置因传力方向改变导致的传力效率低、部件分布不均应力集中现象的发生，保证了振动能量的可靠有效传递和减振，其减振效果好、且部件寿命高。
20.可见，本发明的结构设计巧妙，通过平行四边形机构、振动行程空间的组合设置，以及位似变换原理的巧妙利用，使得在对微小振幅具有放大、有效耗能功能的同时，又可有效抑制平面内多自由度的振动，避免了现有装置仅能实现单自由度减振、且振动位移过小无法有效减振现象的发生，本发明的阻尼装置同时实现了面内多自由度、微小振幅两种工况下振动能量的有效控制，可适用于桥梁拉索、机械设备的回转激励振动等面内多自由度的微小振幅工况，且整体结构简单、占用空间小、成本低。
附图说明
21.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
22.图1是本发明实施例1的结构示意图。
23.图2是图1的a部的放大示意图。
24.图3是本发明实施例1的另一状态结构示意图。
25.图4是本发明实施例1的又一状态结构示意图。
26.图5是本发明实施例1的另一视角的结构示意图。
27.图6是图5的b部的放大示意图。
28.图7是本发明平面内多自由度阻尼装置的原理图。
29.图8是本发明未设置传振板限位空间的结构示意图。
30.图9是本发明实施例2的结构示意图。
31.图中各标号表示：
32.1、传振部件；11、振动行程空间；111、振动限位孔；12、传振板；121、传振板限位空间；13、固定板；2、位移放大部件；21、平行四边形机构；22、位似中心；23、连杆；24、短曲柄；25、延伸曲柄；26、铰接轴；3、阻尼部件；31、耗能磁钢；32、导体板；33、背板；34、磁钢安装板。
具体实施方式
33.下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
34.实施例1
35.如图1至图7所示，本实施例的平面内多自由度阻尼装置，包括依次连接的传振部件1、位移放大部件2和阻尼部件3。其中，传振部件1设有振动行程空间11，以将待减振源的面内多自由度振动传递至位移放大部件2；位移放大部件2为形成位似形的平行四边形机构21，平行四边形机构21的一连杆23端头延伸形成位似形的位似中心22；平行四边形机构21包括短曲柄24和延伸曲柄25，短曲柄24位于两连杆23之间，延伸曲柄25的一端延伸出平行四边形机构21，短曲柄24和延伸曲柄25形成了位似形的一组对应边；短曲柄24的与延伸曲柄25延伸端位似对应的一端设于振动行程空间11内；阻尼部件3设于延伸曲柄25的延伸端，以对平行四边形机构21传递的振动能量进行消耗。
36.本发明的位移放大部件2设置为平行四边形机构21，平行四边形机构21的一连杆23端头延伸形成位似形的位似中心22，平行四边形机构21的短曲柄24和延伸曲柄25形成位似形的一组对应边。本发明通过平行四边形机构21的改进设置形成位似形，采用位似改变的形式为振动位移的放大和减振提供结构基础。
37.同时，传振部件1设有振动行程空间11，阻尼部件3设于延伸曲柄25的延伸端，短曲柄24的与延伸曲柄25延伸端位似对应的一端设于振动行程空间11内。振动行程空间11的设置使得待减振源的面内多自由度振动均可传递至传振部件1；同时，短曲柄24的一端设于振动行程空间11内，此时，平行四边形机构21可在振动行程空间11范围内运动，使得面内多自由度振动均通过平行四边形机构21放大、并传递至阻尼部件3；由于阻尼部件3设置在短曲柄24位于振动行程空间11一端的位似形对应点(延伸曲柄25的延伸端)上，使得放大的振动位移可直接、有效耗散。
38.其次，待减振源的振动能量直接通过传振部件1的振动行程空间11、平行四边形机构21传递至阻尼部件3，其无需改变传力方向，避免了现有阻尼装置因传力方向改变导致的传力效率低、部件分布不均应力集中现象的发生，保证了振动能量的可靠有效传递和减振，其减振效果好、且部件寿命高。
39.可见，本发明的结构设计巧妙，通过平行四边形机构21、振动行程空间11的组合设置，以及位似变换原理的巧妙利用，使得在对微小振幅具有放大、有效耗能功能的同时，又
可有效抑制平面内多自由度的振动，避免了现有装置仅能实现单自由度减振、且振动位移过小无法有效减振现象的发生，本发明的阻尼装置同时实现了面内多自由度、微小振幅两种工况下振动能量的有效控制，可适用于桥梁拉索、机械设备的回转激励振动等面内多自由度的微小振幅工况，且整体结构简单、占用空间小、成本低。
40.如图7所示，本发明位移放大部件2的原理是位似变换，平行四边形机构21形成位似形的位似中心22为o，o为平面上一定点；短曲柄24和延伸曲柄25形成位似形的一组对应边，分别为ba和ba
′
。根据位似形的特征，o，a，a
′
三点在平行四边形机构21运动时始终位于一条直线上，
△
oba、
△
ob
′a′
为两个相似三角形，|oa
′
|＝k|oa|，k≠0，k为平行四边形机构21形成位似形的位似比(即位移放大比例)。本实施例中，平行四边形机构的连杆、短曲柄和延伸曲柄的长度和比例根据k的取值确定设置长度。
41.本实施例中，阻尼部件3包括相对布置的耗能磁钢31和导体板32。耗能磁钢31安装于延伸曲柄25的延伸端，根据上述位似变换的原理，耗能磁钢31的运动轨迹m
′
(a
′
点运动范围)与短曲柄24端头的运动轨迹m(a点运动范围)满足m
′
＝km。此时，短曲柄24端头的运动轨迹m即为待减振源的面内多自动度振动范围，耗能磁钢31的运动轨迹m
′
即为短曲柄24端头运动轨迹m的k倍，其使得微小振幅可呈比例的有效放大至阻尼单元，避免了微小振幅等比例传递至阻尼部件3无法有效耗能现象的发生，实现了微小振幅的减振耗能效果。
42.同时，耗能磁钢31和导体板32组成的电涡流阻尼为平面布置形式，其为平面内多自由度能量耗散提供了结构基础；且电涡流阻尼形式无摩擦漏液风险，形成了稳定的平面阻尼结构。
43.如图3至图5所示，在振动耗能时，短曲柄24端头的运动轨迹m始终位于振动行程空间11内，耗能磁钢31的运动轨迹m
′
与短曲柄24端头的运动轨迹m相似。耗能磁钢31相对导体板32产生相对运动，耗能磁钢31的运动轨迹m
′
始终位于导体板32内，此时，导体板32切割磁感线产生电涡流阻尼力，平行四边形机构21在电涡流阻尼力下运动速度越来越慢、角度越来越小直到停止，从而使得待减振源振动能量最终转化为电涡流发热的热能，达到耗能减振的目的。
44.如图1和图2所示，振动行程空间11为振动限位孔111，振动限位孔111的设置区大于待减振源的面内振动范围，短曲柄24的一端通过铰接轴26设于振动限位孔111内。振动限位孔111可限制振动传递轨迹、最大的行程运动范围，振动限位孔111相当于提供了面内多自由度振动的行程空间，使得待减振源的面内多自由度振动可完全传递至平行四边形机构21，实现了面内多自由度振动的有效放大和耗能。
45.进一步地，导体板32的形状n
′
与振动行程空间11的形状n相同，且满足n
′
＝kn，k为平行四边形机构21形成位似形的位似比。其使得耗能磁钢31的运动轨迹m
′
始终位于导体板32内，在保证有效耗能减振效果的同时，可节省材料、降低成本。
46.本实施例中，振动限位孔111为圆形限位孔，导体板32为圆形导体板。振动限位孔111的设置形式根据待减振源的振动行程和轨迹特征确定。
47.更进一步地，阻尼部件3还包括背板33。背板33与导体板32的形状和尺寸相同，即背板33为圆形背板，背板33设于导体板32的远离耗能磁钢31的一侧，以用于规范耗能磁路，提高电涡流耗能效率。本实施例中，背板33为铁背板。
48.更进一步地，耗能磁钢31通过一磁钢安装板34安装于延伸曲柄25的延伸端，磁钢
安装板34的形状与振动行程空间11的形状相同，即磁钢安装板34为圆形安装板，以在保证有效耗能减振效果的同时，进一步节省材料。
49.如图1和图2所示，传振部件1包括传振板12和固定板13。其中，传振板12与待减振源连接，以随待减振源一起振动；固定板13平行于传振板12固定布置，在振动耗能时始终处于不动状态。本实施例中，位似中心22和振动限位孔111均设于固定板13；短曲柄24的一端通过穿设于振动限位孔111内的铰接轴26固定于传振板12。
50.在振动耗能时，传振板12相对固定板13运动，与传振板12连接的位于振动限位孔111内的铰接轴26将振动传递至平行四边形机构21进行放大。传振板12和固定板13组合设置的形式实现了面内多自由度振动能量的有效传递，且其结构简单、占用空间小。
51.如图5和图6所示，传振板12设有传振板限位空间121，传振板限位空间121和振动行程空间11的形状和尺寸相同，即均为圆形孔，位似中心22的铰接轴26穿过固定板13、并位于传振板限位空间121内。传振板限位空间121的设置进一步提高了传振稳定性，避免了传振部件1损坏现象的发生，保证了振动能量的可靠有效传递。在其他实施例中，如图8所示，在保证传振稳定的情况下，传振板12也可不设置传振板限位空间121，只通过固定板13上的振动行程空间11限制振动传递范围。
52.本实施例中，传振部件1、位移放大部件2和阻尼部件3相互平行，以保证面内多自由度振动能量的可靠有效传递。
53.实施例2
54.图9示出了本发明的另一种平面内多自由度阻尼装置的实施例，本实施例与上一实施例基本相同，区别在于本实施例的振动限位孔111为方形振动限位孔，振动限位孔111的设置形式根据待减振源的振动行程和轨迹特征确定，需保证振动限位孔111的设置区大于待减振源的面内振动范围。
55.本实施例中，导体板32、背板33、磁钢安装板34的结构形式均设置为方形结构，且方形结构的形状与方形振动限位孔的形状相同。在其他实施例中，振动限位孔111也可设置为三角形、弧形等形式。
56.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，包括依次连接的传振部件、位移放大部件和阻尼部件，其中，所述传振部件设有传递多自由度振动至位移放大部件的振动行程空间；所述位移放大部件为形成位似形的平行四边形机构，所述平行四边形机构的一连杆端头延伸形成所述位似形的位似中心，所述平行四边形机构包括形成所述位似形一组对应边的短曲柄和延伸曲柄，所述短曲柄的与延伸曲柄延伸端位似对应的一端设于所述振动行程空间内；所述阻尼部件设于所述延伸曲柄的延伸端。2.根据权利要求1所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述阻尼部件包括相对布置的耗能磁钢和导体板，所述耗能磁钢安装于所述延伸曲柄的延伸端，所述耗能磁钢的运动轨迹m
′
与所述短曲柄端头的运动轨迹m满足m
′
＝km，k为所述平行四边形机构形成位似形的位似比；所述耗能磁钢的运动轨迹m
′
始终位于所述导体板内。3.根据权利要求2所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述导体板的形状n
′
与所述振动行程空间的形状n相同，且满足n
′
＝kn，k为所述平行四边形机构形成位似形的位似比。4.根据权利要求3所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述阻尼部件还包括规范耗能磁路的背板，所述背板与所述导体板的形状和尺寸相同，所述背板设于所述导体板的远离所述耗能磁钢的一侧。5.根据权利要求2所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述耗能磁钢通过一磁钢安装板安装于所述延伸曲柄的延伸端，所述磁钢安装板的形状与所述振动行程空间的形状相同。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述振动行程空间为振动限位孔，所述振动限位孔的设置区大于待减振源的面内振动范围；所述短曲柄的一端通过铰接轴设于所述振动限位孔内。7.根据权利要求1至5中任意一项所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述传振部件包括传振板和固定板，所述传振板与待减振源连接，所述固定板平行于所述传振板固定布置，所述位似中心和所述振动行程空间设于所述固定板；所述短曲柄的一端通过穿设于所述振动行程空间内的铰接轴固定于所述传振板。8.根据权利要求7所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述传振板设有提高传振稳定性的传振板限位空间，所述传振板限位空间和所述振动行程空间的形状和尺寸相同，所述位似中心的铰接轴穿过所述固定板并位于所述传振板限位空间内。9.根据权利要求1至5中任意一项所述的平面内多自由度阻尼装置，其特征在于，所述传振部件、所述位移放大部件和所述阻尼部件相互平行。

技术总结
本发明提供一种平面内多自由度阻尼装置，包括依次连接的传振部件、位移放大部件和阻尼部件，其中，所述传振部件设有传递多自由度振动至位移放大部件的振动行程空间；所述位移放大部件为形成位似形的平行四边形机构，所述平行四边形机构的一连杆端头延伸形成所述位似形的位似中心，所述平行四边形机构包括形成所述位似形一组对应边的短曲柄和延伸曲柄，所述短曲柄的与延伸曲柄延伸端位似对应的一端设于所述振动行程空间内；所述阻尼部件设于所述延伸曲柄的延伸端。本发明具有面内多自由振动抑制、且对微小振幅有效耗能等优点。且对微小振幅有效耗能等优点。且对微小振幅有效耗能等优点。


技术研发人员：陈捷 黄祺洲 张弘毅
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/24