本發(fā)明屬于隔振器，具體涉及一種彈簧和慣容器支撐的隔振器及隔振器固有頻率調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

1、設(shè)有彈性梁的隔振器作為一種基本結(jié)構(gòu)單元有著廣泛的應(yīng)用，在建筑、航空、航天、船舶等工程領(lǐng)域都是必不可少的存在，這些結(jié)構(gòu)總是受到各種外部激勵的影響而產(chǎn)生復(fù)雜的振動，如果不對其實(shí)施有效的控制，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和工作精度可能會因?yàn)檎駝訋砭薮蟮挠绊?，從而造成機(jī)械精密結(jié)構(gòu)損壞、精度下降、指標(biāo)漂移等問題。

2、現(xiàn)有方案一般是在彈性梁的邊界上加裝準(zhǔn)零剛度彈簧來提高負(fù)剛度，從而減小固有頻率。準(zhǔn)零剛度彈簧是由一個(gè)垂向彈簧(一般為結(jié)構(gòu)自身彈性)和兩個(gè)預(yù)壓縮的橫向彈簧組成，垂向彈簧提供正剛度，兩個(gè)預(yù)壓縮的橫向彈簧會在垂直方向上產(chǎn)生負(fù)剛度，從而降低彈性梁的固有頻率。這種方法存在以下問題：

3、1、準(zhǔn)零剛度彈簧中的兩個(gè)預(yù)壓縮的橫向彈簧在垂直方向上產(chǎn)生負(fù)剛度的同時(shí)，還會產(chǎn)生非線性剛度，并且推導(dǎo)出的負(fù)剛度與非線性剛度表達(dá)式都是經(jīng)過泰勒展開得到的，展開后的公式會有無數(shù)的階數(shù)，從而引入復(fù)雜的非線性動力學(xué)行為，甚至可能會有混沌響應(yīng)，而工程上大多數(shù)情況下，并不希望有非線性，這樣梁的穩(wěn)定性會大大降低；

4、2、準(zhǔn)零剛度彈簧所產(chǎn)生的負(fù)剛度在結(jié)構(gòu)安裝好時(shí)基本已經(jīng)確定，如需改變負(fù)剛度值的大小，只有更換彈簧或者更改本體結(jié)構(gòu)調(diào)整彈簧壓縮量才能改變負(fù)剛度值的大小，而彈簧本身的剛度值受自身屬性的影響，使用前都需要測量彈簧的準(zhǔn)確剛度值，找到理想剛度的彈簧就會有所困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種彈簧和慣容器支撐的隔振器及隔振器固有頻率調(diào)整方法。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種彈簧和慣容器支撐的隔振器，包括彈性梁、上軸支座、彈簧、慣容器、下軸支座和基板，彈性梁平行設(shè)置在基板上方，在彈性梁下表面兩側(cè)，分別設(shè)置一個(gè)上軸支座，在基板上表面兩側(cè)，分別設(shè)置一個(gè)下軸支座，在兩側(cè)的上軸支座與下軸支座之間，均設(shè)有一個(gè)慣容器，慣容器上端穿過彈簧與上軸支座固定連接，彈簧上端與上軸支座連接，下端與慣容器的外殼連接，慣容器下端與下軸支座固定連接。

3、優(yōu)選的，所述慣容器包括上殼體、下殼體、絲杠、飛輪和定位軸套，上殼體扣接在下殼體上形成安裝腔體，且在上殼體和下殼體扣接的位置形成水平方向的環(huán)形凸起內(nèi)腔，上殼體上端設(shè)有供絲杠通過的上通孔，下殼體下端設(shè)有供絲杠活動的柱形腔，在上通孔上、柱形腔的上端均設(shè)有一個(gè)線性軸承，位于安裝腔體內(nèi)的絲杠外壁設(shè)有兩個(gè)定位軸套，在兩個(gè)定位軸套之間的絲杠上螺紋連接飛輪，飛輪位于環(huán)形凸起內(nèi)腔內(nèi)，絲杠上端穿過上通孔上設(shè)置的線性軸承后穿過所述彈簧，與所述上軸支座固定連接，絲杠下端穿過柱形腔上端的線性軸承后置于柱形腔內(nèi)。

4、進(jìn)一步優(yōu)選，在所述絲杠外壁螺紋連接絲杠螺母，絲杠螺母外壁固定連接所述飛輪。

5、進(jìn)一步優(yōu)選，在所述下殼體的柱形腔外壁下端，設(shè)有與所述下軸支座連接的支撐軸。

6、本發(fā)明還提供一種隔振器固有頻率調(diào)整方法，所述隔振器為上所述的彈簧和慣容器支撐的隔振器，所述調(diào)整方法包括如下步驟：

7、步驟1：得到所述彈性梁的邊界條件：

8、ψ′(0)＝0，ψ′(l)＝0，

9、eiψ″′(0)+(kl-blω2)ψ(0)＝0，

10、eiψ″′(l)-(kr-brω2)ψ(l)＝0

11、其中，e、l、ρ、a、i分別為彈性梁的楊氏模量、長度、密度、橫截面積以及慣性矩；kl與kr分別為左右兩個(gè)所述彈簧的剛度系數(shù)；bl與br分別為左右兩個(gè)所述慣容器的慣容系數(shù)；

12、步驟2：將chβx,shβx,cosβx,sinβx作為基礎(chǔ)解系，通解為：

13、ψ(x)＝c1cosβx+c2sinβx+c3chβx+c4shβx

14、其中，cj(j＝1，2，3，4)為積分常數(shù)；

15、步驟3：將通解帶入邊界條件，進(jìn)行求解得出β，將β帶入求得固有頻率ω；

16、步驟4：慣容器的慣容系數(shù)b的表達(dá)式為：

17、

18、其中，j為所述飛輪的轉(zhuǎn)動慣量；p為所述絲杠的螺距；可知，慣容器只需更改轉(zhuǎn)動慣量j即可改變慣容系數(shù)，從而改變負(fù)剛度值的大小，而轉(zhuǎn)動慣量j僅與飛輪有關(guān)，故僅需更換不同飛輪的規(guī)格即可改變慣容系數(shù)；

19、步驟5：從步驟1中彈性梁的邊界條件公式中的k-bω2可以看出，彈簧提供的正剛度與慣容器提供的負(fù)剛度構(gòu)成隔振器的總剛度，通過更換飛輪，從而改變慣容系數(shù)，即可改變慣容器的負(fù)剛度，從而改變隔振器的總剛度，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)整隔振器的固有頻率。

20、優(yōu)選的，步驟1中，所述彈性梁的邊界條件是通過下述方法推導(dǎo)得到的：

21、步驟101：應(yīng)用廣義哈密爾頓原理，通過變分和分布積分導(dǎo)出彈性梁的動力學(xué)方程為：

22、

23、邊界條件為：

24、

25、其中，t為時(shí)間坐標(biāo)，x為彈性梁的軸向坐標(biāo)，w(x，t)為彈性梁的橫向振動位移；f0(x，t)為作用在彈性梁上的均布載荷激勵，cl與cr分別為彈性梁左右兩端阻尼的阻尼系數(shù)，λ為彈性梁的黏性阻尼；

26、步驟102：忽略方程中的阻尼項(xiàng)和非線性項(xiàng)，線性派生系統(tǒng)動力學(xué)方程及其邊界條件如下：

27、

28、步驟103：假設(shè)解為：

29、w(x,t)＝ψ(x)q(t)；

30、其中，ψ(x)為彈性梁的模態(tài)函數(shù)，q(t)為相應(yīng)的廣義坐標(biāo)；

31、將假設(shè)解帶入到線性派生系統(tǒng)動力學(xué)方程及其邊界條件中得：

32、

33、ψ′(0)＝0，ψ′(l)＝0，

34、eiψ″′(0)q(t)+klψ(0)q(t)+blψ(0)q″(t)＝0，

35、eiψ″′(l)q(t)-krψ(l)q(t)-brψ(l)q″(t)＝0

36、步驟104：系統(tǒng)動力學(xué)方程繼續(xù)整理得：

37、

38、因?yàn)榉匠虄蛇厼椴煌宰兞康暮瘮?shù)，所以方程只可能等于常數(shù)，記作-ω2，導(dǎo)出方程1與方程2：

39、方程1：q″(t)+ω2q(t)＝0

40、方程2：eiψ(4)(x)-ω2ρa(bǔ)ψ(x)＝0

41、步驟105：導(dǎo)出方程1為單自由度線性振動方程，其通解為：

42、q(t)＝αsin(ωt+θ)；

43、其中，α為振動的振幅，θ為振動的初相角，由初始條件確定；

44、將方程2簡化為常系數(shù)微分方程：

45、ψ(4)(x)-β4ψ(x)＝0

46、其中，特征值β與固有頻率ω的關(guān)系如下：

47、

48、步驟106：方程2的解確定彈性梁彎曲振動的振型函數(shù)，將chβx,shβx,cosβx,sinβx作為基礎(chǔ)解系，將方程2的通解寫作：

49、ψ(x)＝c1cosβx+c2sinβx+c3chβx+c4shβx；

50、積分常數(shù)cj(j＝1，2，3，4)及參數(shù)ω應(yīng)滿足的頻率方程由梁的邊界條件確定，可解出無窮多個(gè)固有頻率ωi(i＝1,2,…)及對應(yīng)的振型函數(shù)ψi(x)(i＝1,2,…)，構(gòu)成系統(tǒng)的第i個(gè)主振動：

51、w(i)(x,t)＝αiψi(x)q(t)sin(ωit+θi)

52、其中，積分常數(shù)αi和θi(i＝1,2,…)由系統(tǒng)的初始條件確定；

53、步驟107：由方程1可得：

54、q″(t)＝-ω2q(t)；

55、將上述方程代入邊界條件中，整理后的邊界條件得：

56、ψ′(0)＝0，ψ′(l)＝0，

57、eiψ″′(0)+(kl-blω2)ψ(0)＝0。

58、eiψ″′(l)-(kr-brω2)ψ(l)＝0

59、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

60、本發(fā)明提供一種彈簧和慣容器支撐的隔振器及隔振器固有頻率調(diào)整方法，主要針對隔振器中彈性梁結(jié)構(gòu)自身受迫振動時(shí)，易產(chǎn)生機(jī)械共振，共振時(shí)，結(jié)構(gòu)的振動非常劇烈，會導(dǎo)致不可預(yù)料的行為。本發(fā)明使用將慣容器加載于彈性梁結(jié)構(gòu)的邊界上的方法，為彈性梁結(jié)構(gòu)邊界提供負(fù)剛度，進(jìn)而調(diào)整隔振器的固有頻率，從而實(shí)現(xiàn)隔振效果，可以有效的避免機(jī)械共振的問題。