一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器

1.发明属于结构振动控制技术领域，特别涉及一种利用导体圆板、预压缩弹簧构件、小型齿轮制作的一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器。


背景技术：

2.在结构振动控制领域，常见的阻尼装置通常是传统的粘滞阻尼器或粘弹性阻尼器。然而，这些阻尼器存在一些问题，例如易漏液、耐久性低以及后期阻尼参数调节困难等。为了解决这些问题，电涡流阻尼器成为一种有效的选择。电涡流阻尼器具有许多优点，包括无接触、低摩擦、维护方便、寿命长、工作原理简单、控制方便、可靠性高，以及对环境没有污染等。电涡流阻尼器利用电磁感应原理，当导体圆板切割磁感线时，导体圆板中就会产生电涡流，电涡流与原始磁场相互作用，产生的洛伦兹力阻碍导体圆板运动，同时导体圆板通过电涡流效应将动能转换为热能并散发出去。目前，电涡流阻尼器已广泛应用于航天结构、汽车减振、刹车以及旋转机构振动控制等领域，但在土木工程领域的应用相对较少。
3.近年来随着对电涡流阻尼器阻尼性能的深入研究，电涡流阻尼器出现多种构造形式，比如板式、齿轮齿条式、滚珠丝杠式、水平滑轨式、竖向支撑式、摆式等。传统的线性阻尼器通常只针对单个频率或特定的窄频进行减振，而振动结构和外部激励的频率特性往往会随时间改变，阻尼器的减振效果会降低甚至可能加剧结构的振动。采用非线性阻尼器，并通过齿轮调节弹簧的位置实现非线性可变刚度系统，进而适用于多模态的宽频减振，弥补了传统阻尼器控制频率单一的缺点。此外，比较单边导板电涡流效应的耗能，双导体圆板的电涡流效应能更迅速地耗散能量。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种非线性电涡流阻尼器，采用非线性的预压弹簧构件并通过齿轮调节弹簧的不同位置，实现不同的非线性刚度，可以对多模态进行宽频减振。同时，每侧永磁体组之间相邻磁体的磁极交替反向摆放，导磁圆板两侧的导体圆板往复运动，由此在相同时间内的电涡流耗能高于单边板式。此外，通过采用齿轮啮合的方式使导体板往复直线运动时平稳地传递旋转和重压荷载。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
6.本发明提供一种变刚度的双边板式非线性电涡流阻尼器，构件包括压缩弹簧组件、电涡流阻尼元件、铁板及空心套板；所述压缩弹簧组件包括压缩弹簧、伸缩连接杆、轴承、方形销钉、若干小型齿轮。所述压缩弹簧组件即，伸缩杆放置于压缩弹簧内，直径略小于压缩弹簧；方形销钉的两圆柱端连接轴承，再将压缩弹簧的上下两端分别连接在方形销钉的方形平面上。
7.进一步地，将压缩弹簧组件的四处轴承端连接上四组小型齿轮，小型齿轮由于与轴承连接，所以小型齿轮与组件在面内独立转动。
8.进一步地，所述电涡流阻尼元件包括一对圆齿轮导体圆板、导磁圆板、一对磁体
组，一对内啮合齿轮，一对附加铁板。所述的一对导体圆板分别通过螺丝固定在导磁圆板的两侧，三者圆心水平共线。
9.进一步地，所述导体圆板由导电材料制成；所述导磁圆板由导磁材料制成。
10.进一步地，所述磁体组均采用永磁体，每组磁体均匀固定在其附加铁板，磁体组的磁体数量均为4n个，n≥1。磁体组在附加铁板上呈中心对称分布，单个磁体间的间距d≤80mm。永磁体组之间相邻磁体的磁极交替反向放置。
11.进一步地，将所述导板组件与四个压缩弹簧组件在上下左右四个方向通过小型齿轮啮合在一起，同时压缩弹簧组件的另一端与一对内啮合齿轮连接。
12.进一步地，将内啮合齿轮与空心套体连接组合。所述空心套体为中空长方体，前后镂空圆直径与内啮合齿轮的直径相同。
13.进一步地，通过铁板与侧铁板，将附加铁板组合分别固定在空心套体组合的两侧，所述附加铁板与导体圆板组合之间均留有足够间隙。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.这项发明在多模态宽频振动控制方面表现出色，具备结构简单、安装维护便捷、寿命久、无污染等多项优势。
16.本发明的电涡流阻尼器可以通过调整永磁体数量和间距、永磁体磁场强度、导磁圆板的厚度等方式来调整电涡流阻尼器的阻尼系数。
17.本发明的非线性电涡流阻尼器利用压缩弹簧构件，通过齿轮改变弹簧的位置实现非线性可变刚度，可以适用于宽频减振，弥补传统的阻尼器仅适用于单一频率抑振的缺点，同时双边导体板能进一步提高电涡流阻尼器的耗能减振效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例的一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器的结构示意图；图2是本发明实施例的一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器的结构示意图；图3是本发明实施例的一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器的部分结构示意图；图中序号所代表的含义为：1.连接构件，2.铁板，3.侧铁板，4.内啮合齿轮，5.永磁体组，6.导体圆板，7.导磁圆板，8.压缩弹簧，9.伸缩杆件，10.连接轴承，11.小型齿轮，12.空心套体，13.附加铁板，14.方形销钉。
具体实施方式
19.以下是本技术实施例的详细描述，其中附图展示了该实施例的示例，并使用相同的标号表示相同或功能相同的构件。需要注意的是，这些实施例只是用于解释本技术，而不是对本技术的限制。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员可以在没有进行创造性劳动的情况下获得其他所有实施例，这些实施例都属于本发明的保护范围。
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
21.本实施例的一种变刚度非线性电涡流阻尼器，包括压缩弹簧组件、板式电涡流阻尼元件、小型齿轮组11、附加铁板13；所述压缩弹簧组件包括压缩弹簧8、伸缩连接杆9、方形销钉14、轴承10、齿轮组11；所述伸缩杆直径略小于压缩弹簧并放置于压缩弹簧内，方形销钉两端的圆柱与轴承连接，再将压缩弹簧8的上下两端分别连接在方形销钉14的方形平面上。
22.所述压缩弹簧组件通过齿轮组11与导体圆板6上的齿轮啮合。
23.所述板式电涡流阻尼元件包括左右导体圆板6、导磁圆板7、左右永磁体组5、左右内啮合齿轮4、一对附加铁板13。其中，两块导体圆板6固定在导磁圆板7左右，三者位于空心套体12中间，内啮合齿轮4内嵌在空心套体12的两侧；永磁体组5的磁体数量均为4n个，n≥1，在本实例中n取1；永磁体组5在附加铁板13上呈中心对称分布，相邻磁体的磁极方向相反，单个磁体间的间距d≤80mm，本实例取20mm。
24.所述导体圆板6由良好的导电材料制成，如电工紫铜；所述导磁圆板7由导磁性能良好的材料制成，如低碳钢； 所述永磁体组5采用n50型ndfeb永磁体，尺寸大小为100mm
×
100mm
×
15mm。
25.所述永磁体组5与导体圆板6距离在本实例中取20mm，所述附加铁板13在本实例中取500mm
×
500mm
×
25mm，内啮合齿轮4的直径取450mm；导体圆板6和导磁圆板7在本实例中直径均取220mm，导体圆板6厚度取15mm，导磁圆板7厚度取20mm；空心套体12在本实例中取500mm
×
500mm
×
50mm。
26.所述空心套体12左右分别固定在侧铁板3中间；所述空心套体12的上下侧固定有铁板2。
27.所述变刚度非线性电涡流阻尼器的工作原理如下：
28.阻尼器上下连接构件1与结构连接并传递运动，阻尼器随外部结构一起运动，同时阻尼器中的导体圆板6及导磁圆板7因惯性而与阻尼器中的永磁体组5产生相对运动。导磁圆板两边的导体圆板6切割永磁体组5的磁感线产生电涡流，从而产生与导体圆板运动方向相反的电涡流阻尼力和热能。压缩弹簧构件中的压缩弹簧8因导体圆板6位置改变，从而弹簧的压缩量变化，此时的弹簧恢复力能抑制导体圆板6和导磁圆板7组合的运动。此外，可通过小型齿轮11上的旋钮人工改变弹簧的位置，实现阻尼器的非线性可变刚度。
29.最后说明，上述实施例仅为本发明的具体实施方式，只是用于解释本技术，而不是对本技术的限制，本发明的保护范围不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种变刚度的双边板式非线性电涡流阻尼器，其特征在于包括压缩弹簧组件、电涡流阻尼元件、铁板及空心套板；所述压缩弹簧组件包括压缩弹簧、伸缩连接杆、轴承、方形销钉、若干小型齿轮。所述压缩弹簧组件即，伸缩杆放置于压缩弹簧内，直径略小于压缩弹簧；方形销钉的两圆柱端连接轴承，各轴承与小型齿轮固定，再将压缩弹簧的上下两端分别连接在方形销钉的方形平面上。2.根据权利要求1所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，所述电涡流阻尼元件包括一对圆齿轮导体圆板、导磁圆板、一对磁体组，一对内啮合齿轮，一对附加铁板。所述的一对导体圆板分别固定在导磁圆板的两侧，三者圆心水平共线。3.根据权利要求2所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，每组磁体均匀固定在附加铁板上，磁体组的磁体数量均为4n个，n≥1。磁体组在附加铁板上呈中心对称分布。磁体组之间相邻磁体的磁极反向。4.根据权利要求3所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，所述导体圆板由导电材料制成；所述导磁圆板由导磁材料制成；所述磁体组均采用永磁体。5.根据权利要求4所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，导板组件与四个压缩弹簧组件在上下左右四个方向通过小型齿轮啮合在一起，同时压缩弹簧组件的另一端与一对内啮合齿轮连接。6.根据权利要求5所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，可通过齿轮来改变弹簧的不同位置，从而改变可动装置与固定装置形成的整体系统的刚度，形成非线性可变刚度系统。7.根据权利要求6所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，将内啮合齿轮与空心套体连接组合。所述空心套体为中空长方体，前后镂空圆直径与内啮合齿轮的直径相同；通过铁板与侧铁板，将永磁体与附加铁板的组合固定在空心套体组合的两侧，所述附加铁板组合与导体圆板组合之间均留有足够间隙。8.根据权利要求7所述的非线性电涡流阻尼器，其特征在于，阻尼器上下连接构件与振动结构连接并一同运动，同时阻尼器中的导体圆板及导磁圆板因惯性而与阻尼器中的永磁体组产生相对运动，从而导磁圆板两边的导体圆板切割永磁体组的磁感线产生电涡流，进而产生与导体圆板运动方向相反的电涡流阻尼力和热能。压缩弹簧构件中，可通过小型齿轮手动改变弹簧的位置，从而改变整个阻尼器系统的非线性刚度，实现宽频减振。

技术总结
本发明属于结构振动控制技术领域，具体设计一种非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器，所述的非线性可变刚度双边板电涡流阻尼器包括压缩弹簧构件、板式电涡流阻尼元件、附加铁板；压缩弹簧构件由预压缩弹簧及其内部的伸缩杆、连接伸缩杆两端的方形销钉及销钉两端的轴承组成；板式电涡流阻尼元件由一对永磁体组、导体圆板、及导磁圆板组成。通过齿轮改变弹簧的不同位置实现一种非线性可变刚度的电涡流阻尼器，进而适用于多模态的宽频减振。进而适用于多模态的宽频减振。进而适用于多模态的宽频减振。


技术研发人员：康厚军 任旭旺 苏潇阳 丛云跃 郭铁丁 张伟
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/23