一种对质量块进行双端操控的装置

摘要

一种对质量块进行双端操控的装置，主要由支杆端1、滚动副2、杠杆3、壳体端4、质量块5、连接杆6构成，质量块5通过连接杆6连接到杠杆3的一端，通过杠杆3将质量块5的力和位移进行了变换和分配，以支杆端1为相对固定点，当质量块5左右运动时，通过杠杆3的传递作用，在壳体端4处产生左右运动，同时质量块5运动产生的惯性力也会传递到壳体端4；同样，以壳体端4为相对固定点，质量块5的左右位移和产生的力都会传递到支杆端1上，本发明克服了质量块只有其自身这一个操控端口的缺点，实现了与弹性和阻尼元件相同的两端自由连接的特性，在振动系统中具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种对质量块进行双端操控的装置，主要由支杆端(1)、滚动副(2)、杠杆(3)、壳体端(4)、质量块(5)、连接杆(6)构成，其特征是：杠杆(3)的总长度包括两部分：杠杆支点与支杆端相连部分的长度c，杠杆支点与连接杆相连部分的长度d，且长度c大于长度d；质量块(5)通过连接杆(6)连接到杠杆(3)的一端，通过杠杆(3)将质量块(5)的力和位移进行了变换和分配，以支杆端(1)为相对固定点，当质量块(5)左右运动时，通过杠杆(3)的传递作用，在壳体端(4)处产生左右运动，同时质量块(5)运动产生的惯性力也会传递到壳体端(4)；同样，以壳体端(4)为相对固定点，质量块(5)的左右位移和产生的力都会传递到支杆端(1)上，这样，原来只具有其自身这一个操控端口的质量块(5)，通过杠杆(3)传动实现双端操控，从而实现了两个真实的力与位移输入输出的操控端口。

2.根据权利要求1所述的一种对质量块进行双端操控的装置，其特征是：具有两个真实的操控端口的惯性质量装置可以与弹簧、阻尼器一样相互并联或串联连接，实现多种具有新型性能的振动控制连接结构。

说明书

一种对质量块进行双端操控的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及到振动系统中的惯性质量元件，特指通过对质量块进行双端操控实现的具有两个操控端口的惯性质量装置。

背景技术

[0002] 振动系统中的惯性质量、阻尼和弹性等力学元件都可以对系统的动力学特性产生影响，因此，通过合理配置三种力学元件可以实现预期的振动控制效果。目前在振动系统上应用的弹簧、阻尼器等元件都具有两个力和位移输入输出的操控端口。但对于质量块这一常见的惯性质量元件来说，却只有其自身这一个自由的操控端口。振动系统分析和设计中，一般把质量块运动惯性空间的接地点(力和位移为零的参考点)视为其另一个虚拟的操控端口，但这一虚拟操控端口上施加的力和位移都为零。

[0003] 由于质量块的虚拟操控端口接地约束，在振动系统中不能像弹性和阻尼元件一样自由的连接。例如，弹簧和阻尼器可以两端互相并联工作，但如果质量块并联在弹簧、阻尼器的两端则会造成弹簧和阻尼器工作失效。因此，在设计由振动元件连接形成的振动控制系统时，只能考虑质量块连接在其他振动元件的一端。此外，振动系统中质量块的惯性质量与其引力质量相等，当利用质量块的惯性质量来调控振动性能时，常常需要增大振动系统的整体质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对振动系统中质量块连接应用过程的缺点，发明一种对质量块进行双端操控的装置，一方面为质量块增加一个力和位移输入输出的自由操控端口，使具有两个自由操控端口的质量块在振动系统中可以任意串联或并联，以产生更多新的振动控制连接结构；另一方面用较小实际引力质量的质量块，在两个操控端口之间实现较大的惯性质量，以减小振动系统的整体质量。

[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种采用杠杆对质量块进行双端操控的装置，主要由支杆端1、滚动副2、杠杆3、壳体端4、质量块5、连接杆6等组合构成。

[0007] 本发明对质量块实现双端操控的方法是这样实现的：将质量块通过连接杆连接到杠杆的一端，通过杠杆将质量块的力和位移进行了变换和分配。以支杆端1为相对固定点来看，当质量块左右运动时，通过杠杆的传递作用，在壳体端4处产生左右运动，同时质量块运动产生的惯性力也会传递到壳体端4。同样地，以壳体端4为相对固定点来分析，质量块的左右位移和产生的力都会传递到支杆端1上。这样，原来只具有其自身这一个操控端口的质量块，通过杠杆传动实现了双端操控，也就是实现了两个真实的力与位移输入输出的操控端口。本发明实现了一种具有两个真实的操控端口的惯性质量装置，可以与弹簧、阻尼器一样相互并、串联等连接，可以实现多种具有新型性能的振动控制连接结构。

[0008] 本发明用较小实际引力质量的质量块，实现较大惯性质量的双端操控装置是这样实现的：杠杆3的总长度包括两部分：杠杆支点与支杆端相连部分的长度c，杠杆支点与连接杆相连部分的长度d。本发明中设计c＞d。由牛顿第二定律可知，对于引力质量为m的质量块，在激励力F(也就是其自身与运动惯性空间接地点之间的相对力)的作用下，以加速度a(也就是其自身与运动惯性空间接地点之间的相对加速度)运动，三者的关系为F＝ma。在本发明中，若忽略摩擦、操控机构质量、传动误差等因素的影响，在支杆端1和壳体端4之间的相对激励力F的作用下，两端之间的相对加速度为a.c/d，质量、力、加速度之间的关系为F＝(c/d).ma。因此，在双端操控条件下引力质量为m的质量块实现了两个端口之间的等效惯性质量(c/d).m。由于c＞d，本发明的惯性质量实现了对引力质量的放大，从而实现了用较小实际引力质量的质量块来获得较大的惯性质量。

附图说明

[0009] 图1为本发明结构示意图。

[0010] 图中，1-支杆端、2-滚动副、3-杠杆、4-壳体端、5-质量块、6-连接杆。

具体实施方式

[0011] 下面结合附图和具体实施方式对本发明专利作进一步详细的说明。

[0012] 以图1所示为例，通过杠杆传动机构的作用，对质量块的惯性力进行变换和分配，实现了质量块的两个操控端口，该装置还实现了两个操控端口之间的惯性质量对质量块的实际引力质量的放大。

[0013] 参照图1，本发明所涉及的一种对质量块进行双端操控的装置，主要由支杆端1、滚动副2、杠杆3、壳体端4、质量块5、连接杆6等组合构成。其相对运动关系为：以支杆端1为相对固定点来看，当质量块5向左右运动时，在壳体端4产生相应的左右运动，同时质量块运动产生的惯性力也会传递到壳体端4上。同样地，以壳体端4为相对固定点来分析，质量块的左右位移和产生的力也会传递到支杆端1上，从而实现两个真实的力与位移输入输出的操控端口。

[0014] 由于本发明中杠杆3的总长度包括两部分：杠杆支点与支杆端相连部分的长度为c，杠杆支点与连接杆相连部分的长度为d。本发明中设计c＞d。因此能够以较小实际引力质量的质量块，在两个操控端口之间实现较大的等效惯性质量。本发明克服了质量块只有其自身这一个操控端口的缺点，实现了惯性质量对引力质量的放大，在振动系统中具有广阔的应用前景。