一种刚度可变的对称简支梁吸振装置

1.本发明涉及的是一种振动控制领域，具体涉及一种刚度可调的简支梁式动力吸振器。


背景技术：

2.长期以来，振动会对工程生产产生较大的影响会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度和光洁度，加剧构件的疲劳和磨损，从而缩短机器和结构物的使用寿命等消极影响。吸振器是在诸多振动控制中较为成熟、有效的控制手段，其吸振原理是通过在主系统上直接附加动力吸振器，吸振器的固有频率与主系统受迫振动频率相同时发生共振，通过吸振器自身振动降低主系统振动响应，降低了共振对主系统的损害。动力吸振器在安装过程中不会对主系统结构进行大规模的修改，加之其本身的结构简单，成本低廉，性能稳定，因此被广泛应用于实际工程中。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种刚度可调的简支梁式动力吸振器，此装置通过对金属梁有效长度的智能调节，调节在不同频率下的振动响应。
4.本发明采用以下技术方案：
5.一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，包括步进电机、传动丝杠、金属梁、质量块、光轴导轨、连杆、电机座以及上、下支撑板；带有丝杠的步进电机通过电机座固定；两光轴导轨关于步进电机左右对称安装，且两端穿过支撑板和质量块上圆孔与电机座、固定板连接；支撑板关于丝杠中心上下对称放置，且通过螺纹与传动丝杠连接；两对滚动夹具关于光轴导轨前后对称放置，且通过连杆与两支撑板连接；金属梁中间安置质量块，且梁和质量块关于传动丝杠左右对称放置，金属梁两端穿过滚轮夹具间空隙。
6.进一步地，所述装置还包括限位器，限位器包括光轴导轨、滑动轴承、滑动直筒，光轴导轨两端设有螺纹，光轴导轨通过螺纹与电机支座、固定板相连接，质量块中心设置限位孔，限位孔与光轴导轨通过滑动直筒装配，光轴穿过限位孔从而限制质量块的横向移动。
7.进一步地，所述装置采用步进电机驱动，传动丝杠采用外部驱动方式，且丝杠通过螺纹与步进电机、固定板连接。
8.进一步地，所述支撑板中心孔根据内部螺纹方向反向安装，通过电机驱动实现两支撑板的相对运动，从而实现滚轮夹具的相对运动。
9.进一步地，所述光轴导轨两端设有螺纹与电机座、固定板连接，光轴导轨穿过支撑板孔通过圆柱滑动相配合，防止支撑板转动实现平行移动。
10.进一步地，所述滚轮铰架包括外部框架、滚轮、滚动轴承，四个滚动轴承安置在外部框架左右两侧，滚轮安装至滚动轴承套内，两滚轮之间留有一定空隙，金属梁两端穿过空隙。
11.进一步地，所述连杆将滚轮铰架与支撑板通过键连接，由电机的转动实现滚轮夹
具的横向移动。
12.通过步进电机带动丝杠转动，实现支撑板相对运动，通过连杆带动滚动铰架对称运动，从而改变金属梁的有效长度从而实现吸振装置的调频功能；通过传感器采集的频率信号、单片机控制算法操控步进电机从而实现自适应调频吸振。
13.进一步地，通过步进电机带动丝杠转动，实现支撑板的上下相对运动，从而实现滚轮夹具相对的横向移动，从而改变滚轮加紧位置。基于金属梁的边界条件调节，改变金属梁的有效长度从而变刚度的特点，实现吸振装置自调节固有频率；同时单片机控制驱动步进电机，且搭载传感器信号实现自适应调频吸振。本发明所述刚度可调的简支梁式动力吸振器具有调频准确、结构简易、稳定的优点。
附图说明
14.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。附图中：
15.图1为本发明所述的刚度可调的简支梁式动力吸振装置的结构示意图；
16.图2为本发明所述的立体结构示意图；
17.图3为本发明所述的步进电机传动示意图；
18.图4为本发明所述的金属梁与质量块限位示意图；
19.图中标记为：1-步进电机，2-电机座，3-传动丝杠，4-下支撑板，5-金属梁，6-质量块，7-滚轮，8-连杆，9-滚轮铰架，10-光轴导轨，11-固定板，12-上支撑板，13-圆柱滑轨。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步描述：
21.如图1至4所示，本发明所述的一种刚度可调的对称简支梁吸振装置，主要包括步进电机1、电机座2、传动丝杠3、下支撑板4、金属梁5、质量块6、滚轮7、连杆8、滚轮铰架9、光轴导轨10、固定板11、上支撑板12、圆柱滑轨13。
22.步进电机1通过电机座2、传动丝杠3、光轴导轨10、固定板11构成驱动传动装置；传动丝杠一端固定在步进电机1处，穿过上支撑板12、下支撑板4，另一端和固定板11通过螺纹连接；光轴导轨10关于传动丝杠3前后对称安装，且穿过上支撑板12和下支撑板4，两端分别和电机座2、固定板11相连接；金属梁5和质量块6关于传动丝杠3对称前后放置，且穿过光轴导轨10实现限位功能，金属梁5的两端穿过滚轮7之间的孔间隙进行连接；滚轮铰架9将滚轮7相对于金属梁5对称上下放置，整体构成加紧装置；连杆8将滚轮铰架9分别与上支撑板12、下支撑板4进行连接。
23.简支梁的固有频率随两端边界条件的变化关系通过实验及有限元仿真的结果拟合，最终呈现三次函数关系。
24.使用本发明所述的吸振装置时，首先通过传动丝杠的导程得到电机转动角度与上、下支撑板位移的关系，通过连杆构成直角三角形，最终得到电机转动角度与滚轮滑动位移的关系，通过有限元仿真与实验进而建立步进电机角度和吸振频率的关系式。因此通过电机的转动角度，可以对简支梁进行调频。
25.本发明提供的刚度可调的对称简支梁吸振装置，通过步进电机带动丝杠转动，实
现上、下支撑板对称运动，通过连杆带动加紧铰架的对称运动，从而改变滚轮位置。基于金属梁的边界条件调节，改变金属梁的有效长度从而变刚度的特点，同时单片机控制步进电机，且搭载传感器信号实现自适应调频吸振。本发明提供的自调谐动力吸振器，能够解决被动式动力吸振器吸振频带窄、减振效果差等缺点，针对主动式动力吸振器具有成本少，稳定性好的优点。


技术特征：
1.一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于，包括步进电机、传动丝杠、金属梁、质量块、光轴导轨、连杆、电机座以及上支撑板、下支撑板；带有传动丝杠的步进电机安装在电机座上；传动丝杠的两端穿过支撑板中心孔与固定板连接；光轴导轨关于步进电机左右对称安置，且光轴导轨两端与电机座和固定板连接；两对滚轮铰架关于光轴导轨前后对称放置，且通过连杆与上支撑板和下支撑板连接；金属梁的中间安置的质量块关于传动丝杠左右对称放置，且传动丝杠穿过梁和质量块的中心孔；金属梁两端穿过滚轮铰架间的空隙。2.根据权利要求1所述的刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征是：光轴导轨和圆柱滑筒组成限位器，光轴导轨下端设有螺纹与电机支座相连接，质量块的中心设置有限位孔，限位孔与光轴导轨通过圆柱滑筒装配，光轴导轨穿过限位孔从而限制质量块的横向移动。3.根据权利要求1所述的刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：所述装置采用步进电机驱动，传动丝杠采用外部驱动方式，且传动丝杠通过螺纹与步进电机、固定板连接。4.根据权利要求1所述的刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：所述支撑板中心孔根据内部螺纹方向反向安装，通过步进电机驱动实现上支撑板、下支撑板的相对运动。5.根据权利要求1所述的一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：所述光轴导轨两端设有螺纹与电机座、固定板连接，光轴导轨穿过孔通过圆柱滑动相配合。6.根据权利要求1所述的一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：所述滚轮铰架包括外部框架、滚轮、滚动轴承，四个滚动轴承安置在外部框架左、右两侧，滚轮安装至滚动轴承内。7.根据权利要求1所述的刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：所述连杆将滚轮铰架与支撑板通过键连接，两滚轮之间留有空隙，金属梁两端穿过空隙。8.根据权利要求1所述的一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，其特征在于：通过步进电机带动丝杠转动，实现上支撑板与下支撑板的相对运动，通过连杆带动滚动铰架对称运动，从而改变金属梁的有效长度从而实现吸振装置的调频功能；通过传感器采集的频率信号、单片机控制算法操控步进电机从而实现自适应调频吸振。

技术总结
本发明公开了一种刚度可变的对称简支梁吸振装置，包括步进电机、传动丝杠、金属梁、质量块、光轴导轨、连杆、电机座以及上、下支撑板；步进电机通过电机座固定且与减振设备连接；传动丝杠竖直与步进电机连接，光轴导轨关于步进电机左右对称安置；传动丝杠穿过支撑板中心孔固定在固定板上，两光轴导轨穿过支撑板两侧孔，两端分别固定在电机座和固定板上；支撑板和滑动铰架通过连杆连接；金属梁中间安置质量块，金属梁穿过滚轮夹具间空隙。基于金属梁的边界条件调节，改变金属梁的有效长度从而变刚度的特点，同时单片机控制步进电机，且搭载传感器信号实现自适应调频吸振。本发明具有稳定性好优点。性好优点。性好优点。


技术研发人员：杨晓东 陈德海 高国儒 胡浩
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/22