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什么是调谐质量阻尼器,它如何用于运动控制?

通过丹尼尔•柯林斯|2020年1月21日

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机器的振动会导致部件过早磨损,机器输出质量差(零件不符合规格,无法接受的抛光),甚至会导致产品损坏或机器故障。这就是为什么大多数工业设备采用某种减振方法来减少或防止可能对设备、产品或过程有害的振动。

虽然防止振动能量进入机器(隔振)似乎是最好的方案,但在许多情况下,振动阻尼——减少传输到机器的振动能量的数量或类型——是一个足够且更容易实现的解决方案。的类型减振可用的系统中,最常见的是调谐质量阻尼器。

调谐质量阻尼器

调谐质量阻尼器包括一个移动的质量、弹簧元件和阻尼器来抵消由振动引起的运动和能量。
图片来源:MAQ AB

调谐质量阻尼器(TMD)是一种相对简单有效的减振装置,由质量、刚度元件(弹簧)和阻尼器组成。TMD装置中使用的阻尼器类型包括气动或液压阻尼器,粘弹性材料、磁阻尼器(也称涡流阻尼器)。当机器或结构振动时,调谐质量阻尼器以相同的频率振动,但与机器不相位。TMD的惯性力减少了传递给机器的振动能量,并以热量的形式消散。

这个系统被称为“调谐”,因为质量和弹簧被调谐或调整到结构模式(即阻尼器的固有频率)。这通常是第一振动模态(第一固有频率),因为它在系统的动态响应中起着最重要的作用。

虽然基本的调谐质量阻尼器设计是一个被动系统,半主动(也称为自适应)和主动版本也可用。自适应版本使用反馈来提高性能。转速、路径或其他参数的信号被输入到阻尼系统,执行器相应地调整阻尼参数,如弹簧刚度。

主动调谐质量阻尼器使用传感器、反馈、控制和执行器来监测系统的振动,并引入特定方向、相位、频率和振幅的反作用力。

调谐质量阻尼器

主动调谐质量阻尼器感知机器振动,并使用执行器来感应特定于当前振动模式的反作用力。
图片来源:Vicoda

调谐质量阻尼器减振的有效性取决于三个因素:

  • 质量比:TMD质量与结构或机器质量之比
  • 频率比率:TMD的频率与结构或机器的固有频率之比(理想频率比= 1)
  • TMD阻尼系数: TMD耗散能量的程度(系数越低阻尼越好)

虽然在调谐质量阻尼器中使用的质量有实际限制,但即使质量很小(相对于被阻尼的质量)的TMD设备也可以实现显著的减振。


调谐质量阻尼器可以减少所有六个线性和旋转轴的振动力。


并非所有的工业机械都需要减振,但旋转质量较大的设备,如风扇和泵,或大型电机,通常使用tmd来抵消系统不完美平衡或负载变化造成的某些运行条件下的振动。

调谐质量阻尼器

图片来源:Micromega Dynamics

在运动应用中,调谐质量阻尼器最常用于具有高反作用力的机械——如磨机、磨机和压力机。它们还被用于要求极其平稳的运动和高精度的应用中,在这些应用中,任何振动运动都将对工艺或产品造成极大的危害,例如半导体加工设备、光学仪器和显微镜。


了下:运动控制技巧


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