摘 要

振动给人类的生活带来越来越多的负面影响，因此振动控制技术的研究具有非常重要的意义。动力吸振器具有优良的减振特性，目前广泛的应用于机械工程领域。本文研究了一种自适应吸振器的减振性能，并针对某一振动问题初步设计了动力吸振器。论文主要工作和研究成果如下：

(1)在研究振动基础理论的基础上，建立主系统与动力吸振器的振动模型,研究了动力吸振器的减振原理，利用Matlab及Simulink进行了动力吸振器的减振性能仿真分析。验证了传统动力吸振器只能针对单个激振频率进行有效减振。

(2)研究了变质量自适应吸振器的减振原理，利用Matlab及Simulink对其减振性能进行时域和频域分析，验证了变质量自适应吸振器能够在1rad/s—1.195rad/s频率范围内实现有效的减振。

(3)针对某抽气泵底板振动问题，初步设计了动力吸振器并利用Hyperwork进行了仿真分析，分析结果表明安装动力吸振器后主系统振动位移取得5.18 dB的振动衰减，加速度取得5.17dB的振动衰减，验证了动力吸振器的减振效果。

关键词：动力吸振器；自适应吸振器；减振性能；仿真分析

Abstract

Vibration brings more and more negative effects on human life, so the research of vibration control technology has very important significance. The dynamic vibration absorber has excellent vibration reduction characteristics and is widely used in the field of mechanical engineering. In this paper, the vibration absorption performance of an adaptive vibration absorber is studied, and a dynamic vibration absorber is designed for a certain vibration problem.The main work and research results of the thesis are as follows:

(1) Based on the study of the basic theory of vibration, the vibration model of the main system and the dynamic absorber is established, the principle of dynamic vibration absorber is studied, the vibration damping performance simulation analysis of the dynamic absorber is carried out using Matlab and Simulink.

(2) The vibration damping principle of variable mass adaptive vibration absorber is studied. The time-domain and frequency-domain analysis of its vibration damping performance is carried out by using MATLAB and Simulink. It is verified that the variable mass adaptive vibration absorber can achieve effective vibration reduction in the frequency range of 1 rad / s to 1.195 rad / s.

(3) Aiming at the vibration problem of the bottom plate of a pump, a dynamic vibration absorber was preliminarily designed and simulated by Hyperwork. After installing the dynamic vibration absorber, the vibration displacement of the main system achieved 5.18 dB vibration attenuation, and the acceleration achieved 5.17 dB vibration attenuation, which verified the dynamic vibration absorber Damping effect.

Key Words： dynamic vibration absorber; adaptive vibration absorber; vibration reduction performance; simulation analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第2章 动力吸振器的基本原理 4

2.1 单自由度系统振动 4

2.1.1 自由振动 4

2.1.2 受迫振动 6

2.2 动力吸振器的减振原理 6

2.3 动力吸振器性能研究 8

2.3.1 Matlab/Simulink介绍 8

2.3.2 传统动力吸振器减振性能仿真 9

2.4 本章小结 15

第3章 自适应吸振器性能仿真分析 17

3.1 自适应吸振器工作原理 17

3.2 吸振器的仿真分析 19

3.2.1 自适应吸振器时域建模与分析 19

3.2.2 自适应吸振器频域分析 23

3.3 本章小结 26

第4章 动力吸振器设计及性能研究 27

4.1 动力吸振器的设计 27

4.1.1 振动问题的提出 27

4.1.2 动力吸振器的结构及参数设计 27

4.2 底板的有限元前处理 28

4.2.1 建立模型 28

4.2.2 网格划分及材料属性设置 29

4.3 底板的振动分析 30

4.3.1 约束的施加 30

4.3.2 载荷的施加 31

4.3.3 振动分析及结果 32

4.4 安装吸振器后底板的振动分析 35

4.4.1 参数设置及约束载荷的施加 35

4.4.2 振动分析及结果 36

4.5 本章小结 38

第5章 结论与展望 39

5.1 全文总结 39

5.2 工作展望 39

参考文献 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

振动广泛存在于工程以及人们的日常生活中，因此振动对机械工程以及人们生活的影响也是越来越深。在工程上，由于精密测量仪器均有其正常工作时的振动条件，所以外界的剧烈振动将会导致测量仪器指针系统无法正常工作，导致测量仪器丧失其测量功能^[1]。轻微的振动也会影响测量仪器的精度。对于其他工程机械振动将会引起零部件的碰撞与磨损，更加严重的将会导致零部件的损坏报废^[2]。人们使用的交通工具产生的振动，不仅会影响乘坐舒适性，如果长时间的处于振动环境下也会影响人们的健康，如公交车驾驶员由于长期处于公交车的振动下患上腰椎劳损等职业病的比例大大增加，汽车零部件工厂中工人由于长时间在大型机械撞击引起的振动与噪声下工作，使他们听力受损的比例也大大增加。在人们的生产劳动过程中，振动噪声还会影响人们的听觉，视觉，使人的大脑思维受到干扰，无法进行正确的判断、思考和操作，因此人们工作效率因为振动噪声而下降，甚至人们还会因为振动噪声出现错误操作，导致无法挽回的损失。

因为振动给人们的生活带来许多负面的影响，所以振动控制技术的研究具有很重要的意义。振动的控制方法按照其控制手段可以分为消振、隔振、阻振、吸振、修改结构^[3][4]。消振通过特定的技术或者装置针对振源进行减振，从而减小主系统的振动。隔振则通过隔振装置或者隔振系统来减小振源向主系统的振动传递，从而将主系统的振动控制在一定范围内。阻振则在主系统上安装阻尼器，通过阻尼器提供的运动阻力，消耗主系统的振动能量，从而使振动减小。吸振则在主系统上安装一个子系统（吸振器）来减小或消除主系统的振动。修改结构则是改变主系统的阻尼、刚度以及尺寸等等，来减小振动。吸振技术因为其优良的减振特性，目前已经广泛的应用于工业生产以及交通运输等行业中。传统的动力吸振器也称为被动式动力吸振器，就是一个安装在主系统上的弹簧-质量块结构，其特点是当外界激振频率与吸振器固有频率相等时，才能对主系统的振动进行有效的控制。但是传统动力吸振器也存在缺点，当外界激振频率大于或者小于吸振器固有频率时，吸振器的减振效果将会急剧下降 ^[5]。所以针对这个缺点国内外研究人员提出了自适应吸振器。自适应动力吸振器具有稳定性好等优点，并且能够克服传统动力吸振器的缺点。它能在比较宽的频率范围内对主系统的振动进行有效的控制。因此，对自适应吸振器在振动控制领域的研究具有重要意义。