本發明專利技術利用“慣容器-彈簧-質量”振動狀態轉換系統的反共振現象，將被隔離質量的共振轉換為慣容器的共振，消除了被隔離質量的共振現象，在此基礎上，讓阻尼器跨過慣容器與之并聯，從而避免了阻尼器跨過被隔離質量與之并聯，解決了理想天棚和地棚阻尼要求阻尼器必須與慣性參考系相連的技術問題。本發明專利技術提供了一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統及其參數的確定方法，不要求阻尼器與慣性參考系相連，且能夠最大限度地實現理想天棚和地棚阻尼的功能，抑制被隔離質量的振動，克服主動和半主動實現方法需要外界能量輸入、結構復雜、實時性與可靠性差的技術缺點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及減振和隔振
，具體講的是一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統。
技術介紹
隔振是機械工程中的一個經典問題。許多機械都需要隔振系統，常見的例子包括汽車、火車、重型機械、飛機著陸裝置、太空登陸車等等。隔振的目的是減小外部擾動向系統敏感部分的傳遞，由彈簧和阻尼元件組成的懸架可以減小系統敏感部分對外部擾動的響應，從而達到隔離振動的目的。隔振系統通常用來衰減振動和沖擊及持續的諧波激勵。長期以來，人們一直致力于被動隔振系統的設計與應用研究，研究發現，傳統被動隔振系統不能協調共振響應與高頻衰減之間的矛盾，制約了被動隔振系統性能的進一步提高。為了解決這個問題，Karnopp和Crosby提了一種理想天棚阻尼，它能夠衰減共振響應而不增力口高頻傳遞率(D. Karnopp, M. J. Crosby, R. A. Harwood. "Vibration Control Using Semi-Active Force Generators，，， Journal of Engineering for Industry, 96(2): 619-626, 1974)。理想天棚阻尼要求粘性阻尼器必須與慣性參考系相連，然而，在許多實際場合下，阻尼器不可能一端與被隔離質量相連，另一端與慣性參考系相連，車輛懸架系統就是一個很明顯的例子。附圖說明圖1是一種簡化的理想天棚阻尼車輛懸架系統，圖2是圖 1的等效機械網絡。被隔離質量 2的一個端點是它的質心，另一個端點是慣性參考系中的固定點。對相對于慣性參考系靜止的系統來說，慣性參考系成為了阻尼器Csky和被隔離質量碼的公共端，因此，阻尼器Csky可以通過慣性參考系跨過被隔離質量碼與之并聯，吸收質量《2的振動能量，抑制質量《2的共振。然而，對諸如車輛懸架這類相對于慣性參考系運動的系統來說，阻尼器Csky失去了慣性參考系這個天然的公共端，因此，不再能跨過被隔離質量碼，這正是人們認為理想天棚阻尼不能被動實現的根本原因。為了達到理想天棚阻尼的隔振效果，人們采用替代的實現方式來實現天棚阻尼，包括主動和半主動實現方式。主動實現方式采用傳感器、作動器及電子控制技術來實現天棚阻尼(c. R. Fuller, S. J. Elliott, P. A. Nelson. "Active Control of Vibration”，Academic Press, New York, 1996 )。半主動實現方式采用電子控制阻尼調節的方法來實現天棚阻尼(S. Rakheja. "Vibration and Shock Isolation Performance of a Semi-Active 'on-off' Damper，，，Journal of Vibration, Acoustics, Stress, and Reliabilty in Design, 107(4) : 398-403, 1985)。盡管主動和半主動的實現方式在理論上能產生預期的效果，但主動和半主動隔振系統需要外界能量輸入，并且結構復雜，其可靠性還不如被動隔振系統。而且，在隔振過程中，無論是主動還是半主動隔振系統，都要經過三個環節，包括傳感器的測量、控制器的計算和執行機構的執行環節，中間環節多，再加上傳感器的測量、控制器的計算及執行機構的誤差和時滯，嚴重影響了控制的實時性與有效性，使得主動和半主動隔振系統實際隔振效果難以達到理論上的預期效果。美國專利6315094B1公開了一種被動天棚隔振系統，該系統包括主振系和有阻尼的動力吸振器兩部分，在主振系中，彈簧和阻尼器支撐著主質量，有阻尼的動力吸振器附加在主振系的主質量上，調節動力吸振器的參數，抑制主質量的振動。在這種被動天棚隔振系統中，吸振器振子的質量與振子的振幅存在著不可調和的矛盾。根據吸振器與主振系自然頻率相同的原則，一方面，要減小振子的振幅，就要增大吸振器彈簧的剛度，相應地振子的質量也要增加，這必然造成主質量上附加質量的增加，以某轎車懸架系統為例，其車身質量為1380kg，即使按照該專利中振子質量占主質量的最小百分比5%來計算，車身上附加質量也達到了 69kg，顯然，增加了轎車的整備質量；另一方面，要減小振子的質量，就要減小吸振器彈簧的剛度，這將導致振子振幅的增加，顯然，不利于吸振器的布置。綜合上述可以看出，人們迫切需要一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統，克服主動和半主動實現方法需要外界能量輸入、結構復雜、實時性與可靠性差的不足，同時避免應用有阻尼動力吸振器帶來的振子質量與振子振幅矛盾的問題，協調共振響應與高頻衰減之間的矛盾，在高頻傳遞率不增加的前提下，抑制被隔離質量的共振。本專利技術提供了一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統，能夠克服上述實現方法的不足，其隔振效果接近于理想天棚和地棚阻尼。本專利技術采用慣容器(Inerter，又稱慣性質量蓄能器或慣性蓄能器，見美國專利 7316303B2, 2009/0108510A1 和 2009/0139225A1)作為系統一個基本元件。中國專禾Ij201010281331. 9,201010281336. 1 和 201010281307. 5 公開的慣性質量蓄能懸架，主要是為了降低車身垂直加速度和輪胎動載荷，改善車輛乘坐舒適性和輪胎接地性，協調乘坐舒適性與輪胎接地性之間矛盾，但上述專利并沒有給出對懸架性能具有決定性影響的懸架具體參數或參數之間的關系，也沒有給出這些參數的確定方法。本專利技術主要是為了被動地實現理想天棚和地棚阻尼的功能，不僅公開了一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統，還公開了該系統參數的確定方法。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是克服主動和半主動實現方法需要外界能量輸入、 結構復雜、實時性與可靠性差的技術缺點，解決理想天棚和地棚阻尼要求阻尼器必須與慣性參考系相連的技術問題，提供一種被動天棚和地棚阻尼隔振系統，不要求阻尼器與慣性參考系相連且能夠最大限度地實現理想天棚和地棚阻尼的功能，抑制被隔離質量的振動。本專利技術所采取的技術方案是，利用“慣容器-彈簧-質量”振動狀態轉換系統的反共振現象，將被隔離質量共振轉換為慣容器共振，消除被隔離質量的共振現象，在此基礎上，讓阻尼器跨過慣容器與之并聯，避免阻尼器跨過被隔離質量與之并聯，從而克服理想天棚和地棚阻尼要求阻尼器必須與慣性參考系連接的技術偏見。本專利技術的被動天棚和地棚阻尼隔振系統是一種兩自由度(Two Degrees of Freedom, 2D0F)系統，包括“彈簧F阻尼器c”并聯體，“彈簧先-阻尼器ct”并聯體，天棚阻尼器Csky，地棚阻尼器Cgnd，活動基礎，質量％振動狀態轉換系統和質量 2振動狀態轉換系統。“彈簧先-阻尼器ct”并聯體由彈簧先和阻尼器Ct并聯連接構成；質量碼振動狀態轉換系統包括質量％和質量％振動狀態轉換器，質量％振動狀態轉換器由彈簧之和慣容器力i并聯連接構成，質量^振動狀態轉換器串聯連接并支撐著質量％ ； “彈簧kt_阻尼器 ct”并聯體與質量巧振動狀態轉換器串聯連接，并且通過質量％振動狀態轉換器支撐著整個質量％振動狀態轉換系統；活動基礎串聯連接并支撐著“彈簧先-阻尼器ct”并聯體；地棚阻尼器Cgnd與質量巧振動狀態轉換器并聯連接構成質量巧振動狀態轉換器與地棚阻尼器Cgnd的并本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳龍，張孝良，聶佳梅，江浩斌，汪若塵，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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