一種帶有發電功能的動力吸振裝置的製作方法

2023-06-26 10:51:27

本發明涉及一種動力吸振器，尤其涉及一種帶有發電功能的動力吸振裝置，屬于振動控制技術領域，也屬於能量轉化技術領域。

背景技術：

1928年，j.奧蒙德羅伊德等提出了動力吸振器的方法。動力吸振器又稱調諧質量阻尼器，其原理是在主振系統上附加質量彈簧共振系統，這種附加系統在共振時產生的反作用力可使主振系統的振動減小。當激發力以單頻為主，或頻率很低,不宜採用一般隔振器時,動力吸振器特別有用。如附加一系列的這種吸振器，還可以抵消不同頻率的振動。由於它結構簡單，易於實施，能有效抑制頻率變化較小的設備振動，因此廣泛應用於交通運輸、工業機械、建築橋梁等各行各業的各種機械設備上，已成為實施振動控制最常用的重要手段之一。

2003年，劍橋大學學者smith基於機電相似理論創造性地提出了慣容器，並給出了其物理實現裝置，開展了將慣容器應用於車輛懸架系統的研究，從而探索出一條改善懸架性能的新途徑。最初的慣容器有兩種形式，即齒輪齒條式慣容器和滾珠絲槓式慣容器，而滾珠絲槓式慣容器更為常用。

現有的動力吸振器絕大多數是沒有將有害的振動能轉化為可利用的電能，從環保節能的角度看，既不經濟，也不環保，同時由于振動能量未能轉化，縮減了裝置壽命；而有些能將振動能轉化為電能的動力吸振裝置，也大多數利用壓電原理進行轉化，這樣轉化的振動能非常有限。

申請號為cn201010130519.3，名稱為「基於動力吸振器的壓電振動能量收集裝置」的中國發明專利，該專利包括壓電元件、蓋板、動力吸振器和能量採集電路，其中，壓電元件上固定蓋板，蓋板和動力吸振器相連，能量採集電路和壓電元件相連。壓電元件不需要嵌入外界振動元件的內部，也不需要較大的振幅，可以方便地收集布置於外界振動元件的表面對小振幅的振動能量，並可以將工作頻率設計在較高的頻域內，可以實現易於應用的、高效的振動能量的收集。然而，基於壓電原理進行能量收集，能量收集相當有限，所以工程發展前景一般。

此外，現有傳統的動力吸振器若所需的質量元件較重，比如用於一些大型主振系統吸振的動力吸振器，如果吸振器質量元件不夠重，則幾乎沒有減振效果或者減振效果一般，此時，必然需要較重的質量元件來代替，這樣則必然會導致吸振器整體過重。

美國專利us989958公開了一種原始的動力吸振器，美國專利us5816373公開了一種氣動動力吸振器，兩種動力吸振器均採用質量元件作為其組件之一，也必然存在上述局限性，因此尋找一種能適用於大型主振系統的輕質動力吸振器具有較高的工程意義。

如何能提供一種吸振頻帶寬、能高效的將振動能轉化為電能並且可以應用於大型主振系統的輕質動力吸振裝置，成了亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種帶有發電功能的動力吸振裝置。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種帶有發電功能的動力吸振裝置，其特徵在於，包括導向套4、缸體5、貫穿絲槓12、絲槓螺母14；所述缸體5的兩端分別套設有所述導向套4與蓋板3；所述導向套4固定在所述缸體5內，並且沿缸體5軸線向其內腔延伸，所述導向套4延伸至缸體5內的一端設有導向孔；所述貫穿絲槓12的兩端穿過導向套4的導向孔，所述貫穿絲槓12通過導向套4安裝在所述缸體5的內腔，所述導向套4、缸體5與貫穿絲槓12的軸線重合，所述貫穿絲槓12能夠沿著該軸線方向在缸體5內牆中平移；所述絲槓螺母14轉動安裝於所述缸體5內腔的中部位置並且其軸向位置固定從而不能平移，所述絲槓螺母14與貫穿絲槓12螺旋連接；所述彈簧11分別卡接在貫穿絲槓12的兩端，所述彈簧11沿貫穿絲槓12的軸線延伸至缸體5的端部位置與蓋板3抵接；當產生振動時，所述貫穿絲槓12沿其軸線在彈簧11的彈力限制下產生往復平移，所述貫穿絲槓12驅動絲槓螺母14交替旋轉，絲槓螺母14轉動交替時的慣性抑制了振動從而達到了吸振的目的。

進一步的，還包括發電組件，所述發電組件包括導線7與磁鐵8，所述絲槓螺母14的外周面上布置有若干根導線7，所述磁鐵8布置於所述缸體5的內周面；當所述絲槓螺母14轉動時，絲槓螺母14驅動所述導線7切割所述磁鐵8的磁感應線從而產生電能。

進一步的，所述導線7沿平行於缸體5軸線的方向固定布置，並且相鄰兩根導線7彼此連接從而形成通路。

進一步的，所述發電組件7通過導線連接有整流蓄電裝置6，所述整流蓄電裝置6能夠儲存所述發電組件7所產生的電能。

進一步的，所述磁鐵8為弧形的片狀磁鐵，所述片狀磁鐵在徑向方向位置彼此相對並且存在間隔。

進一步的，所述絲槓螺母14中部位置設有凸部，所述凸部的兩端抵接軸承9，所述軸承9過盈安裝在缸體5的內壁面，所述絲槓螺母14通過所述軸承9實現在缸體5內壁面的轉動安裝。

進一步的，所述導向套4包括本體4-1、法蘭盤4-2與空腔4-3與導向孔4-4，所述法蘭盤4-2的直徑大於缸體5的內徑並且固定在所述缸體5外，所述本體4-1安裝於所述缸體5內，所述導向套4靠近法蘭盤4-2的一端開有空腔4-3，所述空腔4-3沿導向套4的軸線延伸設有導向孔4-4，所述空腔4-3的直徑大於導向孔4-4的直徑。

進一步的，所述彈簧11設置在所述空腔4-3內，所述貫穿絲槓12的兩端通過導向孔4-4架設在所述導向套4上。

進一步的，所述蓋板3朝向缸體5內部的面上設有凸起，所述貫穿絲槓12的兩端設有凸起，所述彈簧11的一端卡在蓋板3的凸起，彈簧11另一端卡接在所述貫穿絲槓12的凸起。

進一步的，所述蓋板3遠離缸體5的面上固定有吊耳1，所述吸振裝置通過吊耳1固定安裝，並且所述吸振裝置平行于振動方向固定安裝。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

1.由於本發明裝置中的慣容器組件具有放大質量屬性的作用，所以本發明裝置可以應用於大型主振系統的減振；

2.由於慣性阻尼和電磁阻尼作用，有效拓寬了減振頻帶，增大了減振範圍；

3.由於導線7組成的線圈切割所述磁鐵8形成的磁感線，高效的轉化了能量，經濟、環保、節能；

4.本發明不但可以利用在振動系統上，更加可利用於搖擺系統上，如風架減搖、冷卻水塔的減搖，所以具有很廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明a向剖視圖；

圖3為貫穿絲槓三維圖；

圖4為本發明b向剖視圖；

圖5為蓋板與彈簧連接放大圖；

圖6為導線纏繞於絲槓表面示意圖；

圖7為導向套三維圖。

附圖標記說明如下：

1為吊耳、2為螺栓、3為蓋板、4為導向套、4-1為本體、4-2為法蘭盤、4-3為空腔、4-4導向孔、5為缸體、6為整流蓄電裝置、7為導線、8磁鐵、9為軸承、10為鎖緊螺母、11為彈簧、12為貫穿絲槓、13為軸承限位圈、14為絲槓螺母、15為滾珠。

具體實施方式

下面詳細討論實施例的實施和使用。然而，應當理解，所討論的具體實施例僅僅示範性地說明實施和使用本發明的特定方式，而非限制本發明的範圍。在描述時各個部件的結構位置例如上、下、頂部、底部等方向的表述不是絕對的，而是相對的。當各個部件如圖中所示布置時，這些方向表述是恰當的，但圖中各個部件的位置改變時，這些方向表述也相應改變。

一種帶有發電功能的動力吸振裝置，包括導向套4、缸體5、貫穿絲槓12、絲槓螺母14。

如圖1所示，缸體5的兩端分別套設有所述導向套4與蓋板3，導向套4固定在缸體5內，並且沿缸體5軸線向其內腔延伸，所述導向套4延伸至缸體5內的一端設有導向孔。貫穿絲槓12的兩端穿過導向套4的導向孔，所述貫穿絲槓12通過導向套4安裝在所述缸體5的內腔，所述導向套4、缸體5與貫穿絲槓12的軸線重合，所述貫穿絲槓12能夠沿著該軸線方向在缸體5內牆中平移。絲槓螺母14轉動安裝於所述缸體5內腔的中部位置並且其軸向位置固定從而不能平移，所述絲槓螺母14與貫穿絲槓12螺旋連接。彈簧11分別卡接在貫穿絲槓12的兩端，彈簧11沿貫穿絲槓12的軸線延伸至缸體5的端部位置與蓋板3抵接。當產生振動時，貫穿絲槓12沿其軸線在彈簧11的彈力限制下產生往復平移，貫穿絲槓12驅動絲槓螺母14交替旋轉，絲槓螺母14轉動交替時的慣性抑制了振動從而達到了吸振的目的。在本實施例中，貫穿絲槓12表面、所述絲槓螺母14內表面均塗有耐磨的自潤滑覆蓋層，具體優選為，耐磨的自潤滑覆蓋層為鐵氟龍覆蓋層或二硫化鉬覆蓋層。

如圖1所示，帶有發電功能的動力吸振裝置還包括發電組件，發電組件包括導線7與磁鐵8。絲槓螺母14的外周面上布置有若干根導線7，磁鐵8布置於所述缸體5的內周面。

如圖1所示，絲槓螺母14中部位置設有凸部，凸部的兩端抵接軸承9，軸承9通過鎖緊螺母10固定安裝在絲槓螺母14上，並且軸承9過盈安裝在缸體5的內壁面，通過軸承9實現在缸體5內壁面的轉動安裝。與絲槓螺母14連接的貫穿絲槓12的螺紋段設有滾珠15，滾珠15優選為為高強度金屬或非金屬球，具體的，高強度金屬球優選為鋯球或30cr球，高強度非金屬球優選為陶瓷球或碳纖維增強的樹脂基複合材料球。當貫穿絲槓12沿著腔體5的軸線平移時，貫穿絲槓12能夠驅動絲槓螺母14交替旋轉。在本實施中，沿缸體5的內壁面還設有軸承限位圈13，軸承限位圈13一端抵接軸承9，其另一端抵接導向套4，該軸承限位圈13實現了缸體5內各部件的軸向定位。更多的是，軸承9朝向磁鐵8的一端的端部與磁鐵8設置有間隔d。在本實施例中，軸承9類型優選為推力調心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承、角接觸球軸承或推力圓柱滾子軸承。

如圖2所示，導線7沿平行於缸體5軸線的方向固定布置在絲槓螺母14凸部的外周面上，並且相鄰兩根導線7彼此連接從而形成通路。磁鐵8為弧形的片狀磁鐵，片狀磁鐵在徑向方向對應導線7布置，磁鐵8與導線7在徑向方向上存在間隔。在本實施例中，片狀磁鐵8的數量優選為2片，該兩片磁鐵8對稱布置在缸體5的內周面。

如圖6所示，在某根導線相鄰的兩側均布置有平行的導線。在本實施例中，優選為以下連接方式，該導線的尾部與其一側的相鄰的導線的尾部相連，該導線的首部與其另一側的相鄰導線的首部相連。通過該種連接方式，導線7互相連接並形成通路並，且能夠隨著絲槓螺母14的旋轉而切割磁鐵8的磁感應線，從而產生電能。如圖1所示，從導線7的任意一根引出，連接整流蓄電裝置6，整流蓄電裝置6能夠儲存發電組件7所產生的電能。當絲槓螺母14轉動時，絲槓螺母14驅動導線7切割所述磁鐵8的磁感應線從而產生電能，所產生的電能儲存至整流蓄電裝置6中。

如圖7所示，導向套4包括本體4-1、法蘭盤4-2與空腔4-3與導向孔4-4。如圖1所示，法蘭盤4-2的直徑大於缸體5的內徑並且固定在所述缸體5外，沿法蘭盤4-2的外圈設置有若干螺栓，並且通過螺栓將導向套固定在缸體上。如圖4所示，本體4-1安裝於所述缸體5內。導向套4靠近法蘭盤4-2的一端開有空腔4-3。空腔4-3沿導向套4的軸線延伸設有導向孔4-4，空腔4-3的直徑大於導向孔4-4的直徑。如圖4所示，貫穿絲槓12的非螺紋的光滑的端部穿過導向孔4-4，從而通過導向套4實現貫穿絲槓12的平移安裝。

如圖1與5所示，蓋板3與導向套4的法蘭盤4-2外緣重合，蓋板3上設有與法蘭盤4-2上螺栓孔重合的螺栓孔，通過螺栓將蓋板3、導向套4固定在缸體5的端部。彈簧11設置在空腔4-3內，蓋板3朝向缸體5內部的面上設有凸起，貫穿絲槓12的兩端設有凸起。彈簧11的一端卡在蓋板3的凸起，彈簧11另一端卡接在所述貫穿絲槓12的凸起。

如圖1所示，蓋板3遠離缸體5的面上固定有吊耳1，吸振裝置通過吊耳1固定安裝。當安裝吸振裝置時，注意將該吸振裝置平行于振動的方向固定安裝。

一種帶有發電功能的動力吸振裝置的減振發電方法，包括以下步驟：

s1：將一個或多個本發明裝置通過所述吊耳1固定於主振系統的各個振動方向上，並且將所述整流蓄電裝置6安置於所述缸體上或主振系統上；

s2：由於本發明裝置吸振時是所述彈簧11帶動所述貫穿絲槓12振動，從而帶動所述絲槓螺母14的往復轉動，並且所述絲槓螺母14的往復轉動交替時的慣性，使得本發明裝置存在慣性阻尼，從而拓寬了吸振頻帶；此外，由於所述導線7組成的線圈切割所述磁鐵8形成的磁感線，根據楞次效應可知，本發明裝置還存在電磁阻尼，進一步拓寬了吸振頻帶，並且切割頻率越大，所產生的電磁阻力越大，電磁阻尼越強，吸振頻帶越寬。

s3：由於所述導線7組成的線圈切割所述磁鐵8形成的磁感線，從而產生交流電，並且所述導線7接入整流蓄電裝置6，從而將電能進行存儲。

s4：當主振系統沿著各個振動方向產生振動時，根據公式其中，bm為放大虛擬質量，j為絲槓螺母14的轉動慣量，p為貫穿絲槓12的導程。顯然，慣容器具有放大質量屬性的功能,從而得到一個放大虛擬質量，其實際質量遠遠小於與放大虛擬質量等同的質量元件，大大降低了用於大型主振系統的動力吸振器質量。

裝配工藝：第一步，組裝滾珠絲槓式慣容器組件，將貫穿絲槓12與絲槓螺母14通過滾珠15組裝成滾珠絲杆螺旋副。第二步，將軸承9套入絲槓螺母14的兩端小階梯圓柱，並用2個鎖緊螺母10旋入鎖緊。第三步，將彈簧11套入貫穿絲槓12端頭設有的小凸臺，從而與滾珠絲槓式慣容器組件組成串聯繫統。第四步，將磁鐵8貼入缸體5的中部。第五步，將前述串聯繫統套入缸體5，並且注意間隙d為3～10mm(見圖1)。第六步，將2個軸承限位圈13與2個導向套4依次從缸體5兩端套入缸體5。第七步，將彈簧2兩端套入2個蓋板3內表面中心設有的凸起(見圖4)；第八步，將本發明裝置兩端所有12個螺栓2連接固定起來。

以上已揭示本發明的技術內容及技術特點，然而可以理解，在本發明的創作思想下，本領域的技術人員可以對上述公開的構思作各種變化和改進，但都屬於本發明的保護範圍。上述實施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本發明的保護範圍由權利要求所確定。