專利名稱：自調(diào)型減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減振裝置，用來減小風(fēng)或地震造成的建筑物或塔之類結(jié)構(gòu)件的振動、泵的運轉(zhuǎn)或脈沖造成的管道的振動或電動機運轉(zhuǎn)造成的設(shè)備的振動；特別涉及使用一球的與目標(biāo)的振動調(diào)諧的運動來減小減振目標(biāo)的振動的減振裝置。
建筑物、橋或塔之類的巨大結(jié)構(gòu)件呈柔性而容易振動。外部的風(fēng)力會造成振動。巨大振動會破壞結(jié)構(gòu)件而造成嚴重事故。下面列出作為防振措施的現(xiàn)有減振裝置。
措施1如

圖1所示，由一重物10、一彈簧13和一油減振器12構(gòu)成的減振裝置(該裝置稱為動態(tài)減振器)裝在建筑物1的頂上(或建筑物的頂旁)，從而減小振動。
措施2如圖2所示，一致動器14裝在建筑物1的頂上而驅(qū)動一重物10，從而實現(xiàn)減振。
措施3對于比方說由泵的運轉(zhuǎn)或脈沖造成振動的管道來說，如圖3所示通常用從集管6伸出的一支撐件15減小管道8的很大振動。
措施4如圖4所示，一固定臺架17經(jīng)一油減振器12與一管道8連接而減小管道的振動。
措施5如圖5所示，與建筑物一樣，管道也可使用一由重物10和彈簧片18構(gòu)成的動態(tài)減振器，其中裝有單自由度振動件，其頻率與管道8的頻率相同而減小管道的振動。
措施6
如圖6所示，一由懸掛在一圈簧13上的重物10和一插入在重物10的一凹槽20中的球5構(gòu)成的減振裝置用作圓柱形結(jié)構(gòu)件的減振裝置。在振動很小時，球5碰撞圓柱形結(jié)構(gòu)件19。在振動很大時，球5碰撞重物10和圓柱形結(jié)構(gòu)件19。振動能轉(zhuǎn)變成碰撞能，從而減小振動。
但是，現(xiàn)有減振裝置存在如下問題。
措施1的問題為了獲得預(yù)定減振效果，需要使用由頻率可調(diào)的重物、彈簧和油減振器構(gòu)成的減振裝置，而把頻率調(diào)節(jié)到最佳是件費事費錢的工作。特別是，彈簧和油減振器的成本高。
措施2的問題致動器必須驅(qū)動重物從而需要很多能量，從而成本提高。
措施3的問題為了固定支撐件15，必須使用支撐支撐件15的支撐件裝配帶16，因此該裝置無法使用在管道縱橫交錯的地方。
措施4的問題用來減振的油減振器12成本高。此外，為了固定油減振器12，必須使用固定臺架17。事實上，很難固定油減振器12。對于高溫管道，由于油減振器的特性隨溫度而變，因此幾乎無法使用油減振器12。
措施5的問題與用于建筑物的減振措施(措施1)一樣，頻率必須調(diào)節(jié)到目標(biāo)管道8的頻率。動態(tài)減振器必須根據(jù)預(yù)先測量的管道8的頻率進行設(shè)計、制造和調(diào)節(jié)。
措施6的問題由于該裝置為碰撞型減振裝置，對于同樣的質(zhì)量比(減振裝置的質(zhì)量/目標(biāo)結(jié)構(gòu)件的重量)來說減振效果不如動態(tài)減振器(措施1或5)。此外，另一個問題是球5的碰撞面的磨損和碰撞噪聲。
本發(fā)明的目的是使用一球的與減振目標(biāo)的振動調(diào)諧的運動來減小減振目標(biāo)的振動從而解決現(xiàn)有技術(shù)的問題并提供一種容易制造、可有效減小各種減振目標(biāo)的振動的自調(diào)型減振裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種減小減振目標(biāo)的振動的自調(diào)型減振裝置，包括一球，以及一裝在該減振目標(biāo)上、供該球在其中運動的球殼。
這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明裝置只須裝在減振目標(biāo)上而無需固定板之類的裝配架。該裝置可方便地裝到現(xiàn)成的建筑物、管道或設(shè)備上。由于該裝置的減振機制是使用球的與減振目標(biāo)的振動調(diào)諧的圓周運動，因此與動態(tài)減振器不同而無需調(diào)節(jié)頻率。此外，該裝置由球和球殼構(gòu)成，因此可使用于管道或設(shè)備的高溫環(huán)境中。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種減小減振目標(biāo)的振動的自調(diào)型減振裝置，包括一球；供球在其中運動的球殼；以及裝在減振目標(biāo)上、供球殼在其中運動、其中有一放置球殼的凹座的裝置殼。
這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明裝置裝在建筑物或塔、管道或設(shè)備上。對于風(fēng)之類的穩(wěn)定外力，該裝置使用球的圓周運動調(diào)諧到目標(biāo)(建筑物、塔、管道或設(shè)備)的振動而減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。對于輸入很大的地震之類瞬時外力，使用球和球殼的碰撞振動減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。對于風(fēng)或泵的振動之類的穩(wěn)定的外力，使用球的與目標(biāo)的振動調(diào)諧的圓周運動減小振動。與動態(tài)減振器不同，在振動很小時無需調(diào)節(jié)頻率即能順利減振。對于輸入很大的地震之類瞬時振動，球與球殼一起在裝置殼中發(fā)生碰撞振動，從而減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。使用這種機制，不僅可減小很小的振動，還可減小地震之類很大的振動。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點由下述說明給出，其一部分可從該說明顯然看出或可從對本發(fā)明的實施中看出。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可由后附權(quán)利要求書特別指出的各手段和組合實現(xiàn)。
作為本說明書一部分的附圖示出本發(fā)明各優(yōu)選實施例并與上述概述和下述對優(yōu)選實施例的詳述一起用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1為建筑物的現(xiàn)有減振裝置(措施1)的剖面圖；圖2為建筑物的另一現(xiàn)有減振裝置(措施2)的側(cè)視圖；圖3為管道的現(xiàn)有減振裝置(措施3)的立體圖；圖4為管道的另一現(xiàn)有減振裝置(措施4)的立體圖；圖5為管道的又一現(xiàn)有減振裝置(措施5)的立體圖；圖6為圓柱形結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)有減振裝置(措施6)的剖面圖；圖7示出用于建筑物的本發(fā)明第一實施例的減振裝置；圖8為第一實施例的減振裝置的立體圖；圖9為沿圖8中IX-IX線剖取的剖面圖；圖10為應(yīng)用于管道的本發(fā)明第二實施例的減振裝置的立體圖；圖11為沿圖10中XI-XI線剖取的剖面圖；圖12為第一實施例的減振裝置的一修正例的剖面圖；圖13A-13D示出在第一或第二實施例的減振裝置的輸入高時球的運動與減振效果之間的關(guān)系；圖14A-14D示出在本發(fā)明減振裝置的輸入低時球的運動與減振效果之間的關(guān)系；圖15示出輸入與圓周運動半徑r之間的關(guān)系；圖16示出輸入與圓周運動半徑r之間的關(guān)系；圖17為應(yīng)用于建筑物的本發(fā)明第三實施例的減振裝置的立體圖；圖18為沿圖17中XVIII-XVIII線剖取的剖面圖；圖19為示出加速度與球殼滾動情況之間的關(guān)系的剖面圖20為示出加速度與球殼滾動情況之間的關(guān)系的剖面圖；圖21A-21D示出載荷為風(fēng)時球的運動與減振效果之間的關(guān)系；圖22A-22D示出載荷為地震時球在可動球殼中的運動與減振效果之間的關(guān)系；以及圖23A-23D示出載荷為地震時球在固定球殼中的運動與減振效果之間的關(guān)系。
下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明實施例。
本發(fā)明的減振裝置是一種使用一球的與減振目標(biāo)的振動調(diào)諧的運動來減小減振目標(biāo)的振動的自調(diào)型減振裝置。圖7-9的第一實施例示出其減振目標(biāo)為一建筑物的減振裝置。圖10和11的第二實施例示出其減振目標(biāo)為一管道的減振裝置。圖12示出第一實施例的減振裝置的一修正例。
下面結(jié)合圖7-9說明第一實施例的減振裝置。第一實施例減振裝置的一球5插入在一包括一橢圓形截面空心部3A的球殼3中。球殼3放置在作為減振目標(biāo)的建筑物1的頂上(或建筑物1的頂旁)。用來放置球5的球殼3分為若干部分而便于裝入球5。球殼3的各部分用螺栓4連接。
在具有上述結(jié)構(gòu)的第一實施例的減振裝置中，建筑物1振動時球5在球殼3的橢圓形截面空心部3A中作光滑的圓周運動。球殼3的底面呈光滑橢圓面。即使在輸入很小即目標(biāo)構(gòu)件的振動很小時回轉(zhuǎn)半徑也可很大，從而可獲得很大的減振力。
下面結(jié)合圖10和11說明用于管道的第二實施例的減振裝置。一個或多個球5插入在一個或多個各有一球形空心部3B的球殼3中。球殼3裝在作為減振目標(biāo)的管道8上。其中放置球5的球殼3為便于球5的裝入和球殼3的裝配分為若干部分。球殼3的各部分用螺栓4連接。管道8在振動時，球5在球殼3的球形空心部3B中作圓周運動。當(dāng)受控目標(biāo)為管道8時，輸入為一很大的加速度(當(dāng)管道8的振動很大時常常造成問題)。因此，球殼3中球5與球殼3接觸的底面也呈球形。
如圖12所示，作為第一實施例的一修正例，用尿烷、橡膠、塑料或金屬制成的一振動相位調(diào)節(jié)件3C粘貼在球殼3的內(nèi)表面上而調(diào)節(jié)目標(biāo)構(gòu)件與球5之間的相位。
在具有上述結(jié)構(gòu)的第一或第二實施例的減振裝置中，建筑物1在振動時球5在球殼3的橢圓形截面的空心部3A或球形空心部3B中作圓周運動。下面說明輸入很大和很小時的減振效果。
當(dāng)輸入很大時(目標(biāo)構(gòu)件的振動很大時)，如圖13A-13D所示，球5在球殼3的側(cè)面上作圓周運動。圖13A示出球5在球殼3中作圓周運動。圖13B和13C示出減振目標(biāo)(建筑物)的響應(yīng)。圖13B示出減振目標(biāo)(建筑物)在不使用第一實施例的減振裝置時的響應(yīng)。圖13C示出減振目標(biāo)(建筑物)在使用第一實施例的減振裝置時的響應(yīng)。圖13D示出球5在球殼3中的振幅。在圖13A中，r表示圓周運動的半徑。球5的振動效果隨著半徑r的增加而提高。
從13A-13D顯然可見，在目標(biāo)構(gòu)件的振動很大時第一實施例的減振裝置可有效地減小該振動。
當(dāng)輸入很小時(目標(biāo)構(gòu)件的振動很小時)，如圖14A-14D所示，球5在球殼3的底面上作圓周運動。圖14A示出球5在球殼3中作圓周運動。圖14B和14C示出減振目標(biāo)(建筑物)的響應(yīng)。圖14B示出減振目標(biāo)(建筑物)在不使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖14C示出減振目標(biāo)(建筑物)在使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖14D示出球5在球殼3中的振幅。在圖14A中，r表示圓周運動的半徑。球5的振動效果隨著半徑r的增加而提高。
從圖14A-14D顯然可見，即使在目標(biāo)構(gòu)件的振動很小時，第一實施例的減振裝置也可有效地減小振動。
下面結(jié)合圖15和16說明輸入與半徑r之間的關(guān)系。在圖15和16中，由球5的滾動生成的離心力FR與自重FG的平衡關(guān)系由下式給出FR·sinθ＝FG·cosθ (1)
如圖15所示，當(dāng)輸入增加時，離心力FR增大，從而平衡自重FG的力增大。球5可在球殼3的側(cè)面上滾動。
如圖16所示，當(dāng)輸入減小時，離心力FR減小，從而平衡自重FG的力減小。球5可在球殼3的底面上滾動。當(dāng)?shù)酌鏋闄E圓形截面時，回轉(zhuǎn)半徑r增加，從而減振力與半徑r成比例提高。
如圖13A-13D和14A-14D所示，球5以相對于減振目標(biāo)(例如建筑物)90°的相位滾動而作為減振力作用在目標(biāo)上。因此目標(biāo)的振動減小。
下面說明上述第一和第二實施例的效果。由風(fēng)造成的建筑物或塔之類結(jié)構(gòu)件的振動或由泵的運轉(zhuǎn)或脈沖造成的管道或設(shè)備的振動可用第一和第二實施例的裝置減小。
第一和第二實施例的減振裝置只須放置到減振目標(biāo)上從而可方便地應(yīng)用于現(xiàn)成的建筑物、塔、管道或設(shè)備上。
第一或第二實施例的減振裝置由球5和球殼3構(gòu)成，從而結(jié)構(gòu)緊湊、小型。由于既不使用彈簧也不使用減振器，因此該裝置的成本下降。
第一或第二實施例的減振裝置無需致動器之類需要功率和能源供應(yīng)的部件。
第一或第二實施例的減振裝置結(jié)構(gòu)簡單；球5在球殼3中滾動，因此無需維修。
第一或第二實施例的減振裝置結(jié)構(gòu)緊湊、小型，因此成本下降。
第一或第二實施例的減振裝置既無需支撐件，也無需裝配帶，因此可設(shè)置在狹小空間中。
當(dāng)球5和球殼3用金屬制成時，第一和第二實施例的減振裝置可使用在高溫下從而可用于承受高溫的管道或設(shè)備中。
第一或第二實施例的減振裝置無需調(diào)節(jié)頻率，從而可用于建造之中而頻率變化的塔之類結(jié)構(gòu)件中。
當(dāng)?shù)谝换虻诙嵤├臏p振裝置使用橢圓形截面的球殼3時，即使在振動很小時也可獲得很大的減振效果。
第一或第二實施例的減振裝置沒有碰撞面，因此不存在磨損問題。
下面說明第三實施例。圖17和18示出本發(fā)明第三實施例(減振目標(biāo)為建筑物)。在該實施例中，如圖17和18所示，一球35插入在一球殼36中。球殼36在一裝置殼33中放置在一球殼接受部37即一凹座中。一用作球殼36的緩沖件的緩沖墊34設(shè)置在裝置殼33的內(nèi)側(cè)壁上。
按照這種結(jié)構(gòu)，球35響應(yīng)風(fēng)之類低輸入外力而在球殼36中滾動，從而減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。對于地震之類較大輸入，球35與球殼36一起滾出球殼接受部37而在裝置殼33中作碰撞振動，從而減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。
圖19和20示出作用在球35上的加速度大小與決定球殼36是否滾出球殼接受部37的滾動條件之間的關(guān)系。在風(fēng)之類輸入較小的穩(wěn)定外力下，支撐點38處的動量由下述不等式(2)表示，其中α1為作用在球上的加速度。球35和球殼36不滾出球殼接受部37。
mα1×r2＜mg×r1(2)當(dāng)?shù)卣鹬愝斎胼^大的外力作用時，支撐點38處的動量由下述不等式(3)表示，其中α2為作用在球上的加速度。球35和球殼36滾出球殼接受部37，球35與球殼36一起在裝置殼33中振動。
mα2×r2＞mg×r1(3)圖21A-21D示出該裝置對風(fēng)之類輸入較小的穩(wěn)定外力的減振效果。圖21A示出球35在球殼36中作圓周運動。圖21B和21C示出減振目標(biāo)(建筑物)的響應(yīng)。圖21B示出減振目標(biāo)(建筑物)在不使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖21C示出減振目標(biāo)(建筑物)在使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖21D示出球35在本發(fā)明裝置的球殼36中的振幅。
球35以相對于減振目標(biāo)90°的相位在球殼36中作圓周運動。球的離心力作為減振力作用存目標(biāo)構(gòu)件上，因此振動減小，
圖22A-22D和23A-23D示出該裝置對瞬時地震載荷的減振效果。圖22A示出球35與球殼36一起滾動。圖22B和22C示出減振目標(biāo)(建筑物)的響應(yīng)。圖22B示出減振目標(biāo)(建筑物)在不使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖22C示出減振目標(biāo)(建筑物)在使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖22D示出本發(fā)明裝置的球殼36和球35的振幅。
如圖22A-22D所示，當(dāng)?shù)卣鹬惔筝d荷作用時，球35與球殼36一起滾出球殼接受部37而在裝置殼33中作碰撞振動，從而減小目標(biāo)構(gòu)件的振動。
圖23A示出球殼36固定時的減振效果，此時只有球35在球殼36中滾動。圖23B和23C示出減振目標(biāo)(建筑物)的響應(yīng)。圖23B示出減振目標(biāo)(建筑物)在不使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖23C示出減振目標(biāo)(建筑物)在使用本發(fā)明裝置時的響應(yīng)。圖23D示出本發(fā)明裝置的球35的振幅。
如圖23A-23D所示，當(dāng)球殼36固定時，球35的運動范圍被限制在球殼36的內(nèi)部空間中，從而減振效果差。
本發(fā)明減振裝置無需調(diào)節(jié)頻率，從而可用于建造之中而頻率變化的塔之類結(jié)構(gòu)件中。
下面說明上述第三實施例的效果。結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定振動比方說由風(fēng)造成的建筑物或塔的振動或由泵的運轉(zhuǎn)造成的管道的振動可由使用球的圓周運動的第三實施例的裝置減小。
第三實施例的減振裝置可使用球35和球殼36的碰撞振動減小由地震之類較大輸入造成的瞬時外力造成的振動。
第三實施例的減振裝置只須放置到減振目標(biāo)上從而可方便地應(yīng)用于現(xiàn)成的建筑物、塔、管道或設(shè)備上。
第三實施例的減振裝置由球35、球殼36和裝置殼33構(gòu)成，從而結(jié)構(gòu)緊湊、小型。由于既不使用彈簧也不使用減振器，因此該裝置的成本下降。
第三實施例的減振裝置無需致動器之類需要功率和能源供應(yīng)的部件。
第三實施例的減振裝置結(jié)構(gòu)簡單；球35在球殼36中滾動，因此無需維修。
第三實施例的減振裝置無需調(diào)節(jié)頻率，從而可用于建造之中而頻率變化的塔之類結(jié)構(gòu)件中。
對于較小的振動，第三實施例的減振裝置使用球的圓周運動減振。當(dāng)振動較大時，由球35和球殼36的碰撞振動減振。因此，減振與輸入無關(guān)。
如上詳述，按照本發(fā)明，使用球的與減振目標(biāo)的振動調(diào)諧的運動減小減振目標(biāo)的振動。使用這種結(jié)構(gòu)，可解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，自調(diào)型減振裝置容易制造和安裝，同時可有效減小各種減振目標(biāo)的振動。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難看出其他優(yōu)點和修正例。因此本發(fā)明的更廣泛方面不限于上述具體細節(jié)和例示性實施例。因此可在后附權(quán)利要求及其相當(dāng)物限定的一般性發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)作出種種修正。
權(quán)利要求
1.一種裝在一減振目標(biāo)(1)上、減小所述減振目標(biāo)(1)的振動的自調(diào)型減振裝置，其特征在于包括一球(5，35)，以及一裝在所述減振目標(biāo)(1)上、供所述球(5，35)在其中運動的球殼(3，36)。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述球殼(3)有一橢圓形截面的空心部。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述球殼(3)有一球形空心部。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述球殼(3)為一由若干部分構(gòu)成的可分開構(gòu)件。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述球殼(3)有一調(diào)節(jié)件(3C)用來調(diào)節(jié)所述減振目標(biāo)(1)與所述球(5)之間的振動相位。
6.按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)件(3C)用尿烷、橡膠、塑料或金屬或其復(fù)合物制成。
7.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述球(5)和所述球殼(3)由金屬制成。
8.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括裝在所述減振目標(biāo)(1)上、供所述球殼(36)在其中運動、其中有一放置所述球殼(36)的凹座的裝置殼(33)，以及所述球殼(36)呈球形。
9.按權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，進一步包括一裝在所述裝置殼(33)上、緩沖所述球殼(36)的碰撞的沖力的緩沖墊(34)。
全文摘要
一種裝在一減振目標(biāo)(1)上、減小該減振目標(biāo)(1)的振動的自調(diào)型減振裝置,包括一球(5)以及一裝在該減振目標(biāo)(1)上、供該球(5)在其中運動的球殼(3)。
文檔編號F16L55/04GK1180800SQ9711904
公開日1998年5月6日 申請日期1997年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月22日
發(fā)明者貓本善続, 松本一博 申請人:三菱重工業(yè)株式會社