杠杆式动力吸振器的参数优化与结构设计

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动力吸振器广泛应用在工程领域,它的减振性能与附加质量和结构关系密切。一般来说,附加质量较小时动力吸振器很难取得满意的减振效果,并且当系统参数变化时,动力吸振器的性能会显著恶化。将力放大机构应用于一些减振设备,可以增加设备的有效质量,对提升减振设备性能有益,并有希望实现减振设备的轻量化。因此本文将力放大机构引入到动力吸振器,研究含有力放大机构的动力吸振器的参数优化问题,并分析其性能,设计其结构。另外使用固定点理论优化接地类型的动力吸振器,得到的不是全局最优参数。因此本文还将对接地式三要素型动力吸振器的最优参数与性能进一步研究。本文的主要内容包括:(1)将杠杆引入到Voigt式动力吸振器,推导了杠杆Voigt式动力吸振器的最优参数,并分析了其减振性能。利用固定点理论与优化性能指标,得到了H和H2优化准则下的最优参数。分析了最优参数和动力吸振器的性能指标与系统参数的关系,发现放大比(杠杆的动力臂与阻力臂的比值)越大吸振器减振效果越好。进一步将杠杆Voigt式动力吸振器与几种典型的动力吸振器进行了比较,比较结果表明杠杆Voigt式动力吸振器的减振性能最优。(2)将杠杆引入到接地式动力吸振器,研究了杠杆接地式动力吸振器的最优参数与减振性能。基于H和H2优化准则得到了杠杆接地式动力吸振器的最优参数。分析了接地式动力吸振器在引入杠杆后性能的变化,并将其与几种典型的动力吸振器模型进行比较。结果表示,杠杆接地式动力吸振器的性能最优;当动力吸振器的放大比分别在小于1、等于1或大于1时,动力吸振器的性能会下降、不变或提升。通过调整放大比,杠杆接地式动力吸振器可以在小质量比时得到优异的减振效果。(3)研究了接地式三要素型动力吸振器的最优参数与性能。当系统参数选定时,固定点的幅值基本可以代表主系统最小的最大振幅。因此推导了固定点坐标的表达式。为了更加精确,利用数值算法进行参数优化,得到了主系统最大振幅与系统参数的关系。发现在接地式三要素型动力吸振器中只存在局部最优参数,不存在全局最优参数。进一步利用数值算法分析了接地式三要素型与接地式动力吸振器的性能与最优参数,发现两种动力吸振器的局部最优参数相同,而在小频率比(动力吸振器的固有频率与主系统的固有频率之比)时,接地式三要素型动力吸振器性能更优。(4)除了杠杆以外,许多其它机构也具有力放大的功能。分析了含有力放大机构的动力吸振器的设计原理,将滚珠丝杠与Voigt动力吸振器相结合,设计了一种滚珠丝杠式动力吸振器。进行优化后发现,两种动力吸振器的无量纲最优参数相同,减振性能良好。相比于杠杆式动力吸振器,滚珠丝杠式动力吸振器刚度大、结构更加紧凑,可能更适用于实际应用。最后,对本文研究内容进行了总结,并对未来的工作进行了展望。
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