W dziedzinie nowoczesnej inżynierii amortyzatory są ważnym urządzeniem, które odgrywa ważną rolę w zmniejszaniu wibracji, zmniejszaniu hałasu i poprawie stabilności systemu. Niezależnie od tego, czy są to wieżowce, mosty, samochody, czy instrumenty precyzyjne i sprzęt lotniczy, są one nierozerwalnie związane z zastosowaniem amortyzatorów. Ten artykuł zawiera szczegółowe wprowadzenie do podstawowych pojęć, zasad roboczych, rodzajów, dziedzin aplikacji i trendów rozwojowych tłumików.
I. Podstawowe pojęcia
Tłumik jest urządzeniem mechanicznym lub hydraulicznym, które może rozpraszać energię wibracji i zmniejszyć amplitudę wibracji. Przekształca energię kinetyczną wibracji w energię cieplną lub inne formy energii poprzez odporność lepką, odporność na tarcia lub efekt elektromagnetyczny podłoża tłumiącego (takiego jak ciecz, gaz, elektromagnetyczny itp.), Składając w ten sposób wibracje układu. Mówiąc najprościej, tłumik jest jak „hamulec wibracyjny”, który może tak szybko zatrzymać wibrujący obiekt.
Ii. Zasada pracy
Zasada pracy tłumika opiera się głównie na efekcie tłumienia. Gdy system wibruje, podłoże tłumienia w tłumieniu wygeneruje siłę tłumienia proporcjonalną do prędkości wibracji i przeciwnie do kierunku wibracji. Zgodnie z drugim prawem Newtona siła tłumienia spowoduje efekt tłumienia na system wibracji, zmniejszając w ten sposób amplitudę i energię wibracji. Różne rodzaje tłumików mają różne mechanizmy generowania siły tłumienia. Poniżej wprowadzi kilka typowych rodzajów amortyzatorów i ich zasady pracy.
Iii. Typy
(I) Tłumik cieczy
Tłumik cieczy to urządzenie, które wykorzystuje lepkość cieczy do wygenerowania siły tłumienia. Składa się głównie z cylindra, tłoka i płynu tłumiącego. Gdy tłok porusza się w cylindrze, płyn tłumiący przepłynie przez małe otwory lub szczeliny na tłoku, generując w ten sposób lepką opór. Płynne amortyzatory mają zalety dużej siły tłumienia, szybkiej prędkości reakcji i prostej struktury. Są szeroko stosowane w budownictwie, mostach, maszynach i innych polach. Na przykład w konstrukcjach budowlanych tłumiki płynne można zainstalować na górze lub między podłogami wieżowców. Podczas napotykania trzęsień ziemi lub silnych wiatrów tłumik spożyje energię wibracji przez przepływ cieczy, zmniejszy amplitudę wibracji budynku i poprawi trzęsienie ziemi i odporność na wiatr budynku.
(Ii) Tłumik gazu
Tłumik gazu to urządzenie, które wykorzystuje ściśliwość i lepkość gazu do generowania siły tłumienia. Składa się głównie z cylindra, tłoka i gazu. Kiedy tłok porusza się w cylindrze, gaz jest ściskany lub rozszerzany, generując w ten sposób siłę tłumienia. Poświęcenia gazowe mają zalety regulowanej siły tłumienia, małej wielkości i lekkiej wagi, i są szeroko stosowane w polach samochodów, elektroniki, lotniczej itp. Na przykład w systemie zawieszenia samochodowego można stosować amortyzatory gazowe w połączeniu ze sprężynami w celu zmniejszenia nierówności i wibracji samochodu.
(Iii) Tłumika elektromagnetyczna
Elektromagnetyczna tłumik to urządzenie, które wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej do generowania siły tłumienia. Składa się głównie z cewki, magnesu i przewodu. Gdy przewodnik porusza się w polu magnetycznym, wytwarzana jest indukowana siła elektromotoryczna i prąd indukowany, generując w ten sposób elektromagnetyczną siłę tłumienia. Elektromagnetyczne tłumiki mają zalety kontrolowanej siły tłumienia, szybkiej prędkości reakcji i braku zużycia mechanicznego, i są szeroko stosowane w instrumentach precyzyjnych, robotach, lotach itp., Na przykład w precyzyjnym bilansie, amortyzator elektromagnetyczny może zmniejszyć wibracje równowagi i poprawić dokładność pomiaru.
(Iv) Tłumika tarcia
Tłumika tarcia to urządzenie, które wykorzystuje opór tarcia do generowania siły tłumienia. Składa się głównie z płyt tarcia, sprężyn i urządzeń mocujących. Gdy występuje względny ruch między płytkami tarcia, generuje się opór tarcia, a tym samym zużywa energię wibracji. Tłumiki tarcia mają zalety prostej struktury, niskiej i stabilnej siły tłumienia i są szeroko stosowane w mostach, budynkach, maszynach i innych polach. Na przykład w strukturze mostu można zainstalować tłumik tarcia między mostkami. Kiedy most napotyka trzęsienie ziemi lub obciążenie pojazdu, tłumik spożyje energię wibracyjną poprzez tarcie, zmniejszy amplitudę wibracji mostu i poprawi bezpieczeństwo mostu.
Iv. Pola aplikacji
(I) Pole budowlane
W polu budowlanym tłumiki są używane głównie do poprawy trzęsienia ziemi i odporności na wiatr budynków. Na przykład budynek Tajpej 101 wykorzystuje dostrojoną masę masową, która znajduje się na 87 do 92 piętrach budynku. Jest to stalowa kulka o wadze 660 ton. Stopiąc się z częstotliwością wibracji budynku, może skutecznie zmniejszyć amplitudę wibracji budynku podczas silnych wiatrów lub trzęsień ziemi. Ponadto tłumiki można również wykorzystać do zmniejszenia wibracji i hałasu w budynkach oraz poprawy komfortu środowisk życia i pracy.
(Ii) Pole mostowe
W dziedzinie mostów tłumiki są używane głównie w celu zmniejszenia wibracji mostów i poprawy stabilności mostów. Na przykład japoński most Akashi Kaikyo wykorzystuje płynne amortyzatory, które są instalowane między filarami i wiązkami mostu, które mogą skutecznie zmniejszyć amplitudę wibracji mostu podczas silnych wiatrów lub trzęsień ziemi i poprawić bezpieczeństwo mostu. Ponadto amortyzatory można również wykorzystać do zmniejszenia wibracji i hałasu, gdy pojazdy jeżdżą na moście i poprawić żywotność mostu.
(Iii) pole samochodowe
W dziedzinie samochodów amortyzatory są używane głównie w systemach zawieszenia i systemach siedzeń w celu zmniejszenia nierówności i wibracji, gdy samochód jeździ i poprawić komfort jazdy. Na przykład układ zawieszenia samochodu zwykle wykorzystuje amortyzatory gazowe lub ciekłe amortyzatory, które są stosowane w połączeniu ze sprężynami w celu skutecznego wchłaniania energii uderzenia powierzchni drogi i zmniejszenia amplitudy wibracji ciała samochodu. Ponadto tłumiki mogą być również stosowane w silniku i systemie skrzyni biegów samochodu, aby zmniejszyć wibracje i hałas oraz poprawić niezawodność i trwałość samochodu.
(Iv) Aerospace
W polu lotniczym amortyzatory są wykorzystywane głównie do zmniejszenia wibracji samolotów i poprawy stabilności samolotów. Na przykład systemy kontroli postawy satelitów i rakiet zwykle wykorzystują amortyzatory elektromagnetyczne lub amortyzatory gazowe, które mogą skutecznie kontrolować postawę i wibracje samolotów oraz zapewnić normalne działanie samolotów. Ponadto tłumiki mogą być również stosowane w silnikach samolotów i strukturach samolotów w celu zmniejszenia wibracji i hałasu, poprawy wydajności silników samolotów i bezpieczeństwa samolotów.
(V) Inne pola
Oprócz powyższych pól, amortyzatory są również szeroko stosowane w maszynach, elektronice, oprzyrządowaniu, kolejach i innych polach. Na przykład w przetwarzaniu mechanicznym tłumiki można użyć do zmniejszenia wibracji narzędzi maszynowych i poprawy dokładności przetwarzania; W sprzęcie elektronicznym tłumiki można wykorzystać do zmniejszenia wibracji płyt drukowanych i poprawy niezawodności urządzeń elektronicznych; W instrumentacji tłumiki można wykorzystać do zmniejszenia wibracji wskaźników i poprawy dokładności pomiaru; Na polu kolejowym tłumiki można wykorzystać do zmniejszenia wibracji i hałasu pociągów oraz poprawy komfortu biegania i bezpieczeństwa pociągów.
V. Trendy rozwojowe
Wraz z ciągłym postępem nauki i technologii oraz ciągłym opracowywaniem dziedziny inżynieryjnej popyt na tłumiki rośnie, a wyższe wymagania są również przedstawione w zakresie wydajności i funkcji tłumików. W przyszłości trendy rozwojowe tłumików obejmują głównie następujące aspekty:
(I) Inteligencja
Inteligencja jest ważnym trendem w rozwoju tłumików. Przy ciągłym rozwoju czujników, komputerów i technologii sterowania tłumiki można łączyć z inteligentnymi systemami sterowania, aby osiągnąć automatyczną regulację i optymalizację siły tłumienia. Na przykład inteligentne tłumiki mogą automatycznie dostosować siłę tłumienia zgodnie ze zmianami w środowisku zewnętrznym (takich jak trzęsienia ziemi, silne wiatry, obciążenia pojazdu itp.), Aby osiągnąć najlepszy efekt kontroli wibracji. Ponadto inteligentne amortyzatory mogą również zdawać sobie sprawę z diagnozy uszkodzeń i funkcji samozaparcia, aby poprawić niezawodność i żywotność amortyzatorów.
(Ii) Wydajność
Wydajność jest kolejnym ważnym trendem w rozwoju tłumików. Wraz z ciągłym doskonaleniem wymagań kontroli wibracji w polu inżynierskim, tłumiki muszą mieć wyższą wydajność tłumienia i zdolność rozpraszania energii. W przyszłości tłumiki przyjmą nowe media tłumiące i konstrukcyjne, aby poprawić wydajność tłumienia i zdolność rozpraszania energii. Na przykład zastosowanie nowych pożywek tłumiących, takich jak nanomateriały, płyny magnetorheologiczne i płyny elektroreologiczne może osiągnąć szybką regulację siły tłumienia i wydajne rozpraszanie energii.
(Iii) Lekkie
Lekka jest ważnym kierunkiem rozwoju amortyzatorów. Wraz ze wzrostem wymagań w zakresie lekkich pól lotniczych, motoryzacyjnych i innych, amortyzatory muszą mieć mniejszą objętość i lżejszą masę. W przyszłości amortyzatory przyjmą nowe materiały i projekty konstrukcyjne, aby osiągnąć lekkie. Na przykład zastosowanie lekkich materiałów, takich jak stop aluminium i włókno węglowe, może zmniejszyć ciężar tłumika; Zastosowanie kompaktowej konstrukcji może zmniejszyć objętość tłumika.
(Iv) Ochrona środowiska
Ochrona środowiska jest nieuniknionym wymogiem rozwoju amortyzatorów. Wraz ze wzrostem globalnej uwagi na ochronę środowiska, amortyzatory muszą przyjąć przyjazne dla środowiska media i procesy produkcyjne w celu zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska. W przyszłości tłumiki będą stosować przyjazne dla środowiska pożywki tłumiące, takie jak płyny tłumienia na bazie wody i biodegradowalne płyny tłumiące w celu zastąpienia tradycyjnych płynów tłumienia na bazie oleju; i przyjąć zielone procesy produkcyjne w celu zmniejszenia emisji zanieczyszczeń podczas procesu produkcyjnego.
Krótko mówiąc, jako ważne urządzenie kontroli wibracji, tłumik ma szeroki zakres potencjalnych klientów w dziedzinie nowoczesnej inżynierii. Dzięki ciągłemu postępowi nauki i technologii oraz ciągłym rozwój dziedziny inżynieryjnej opadnie w kierunku inteligencji, wydajności, lekkości i ochrony środowiska, przynosząc większą wygodę i bezpieczeństwo budownictwu i życiu inżynierii ludzi.
