振动阻尼装置

本发明涉及无源振动阻尼装置，该装置可用在地面上，水上， 架空索道上或户外的任何结构中，如房屋，建筑，桥梁，小船， 大船，艇以及架空索道车。

一种振动阻尼装置公开在日本专利申请公告No.62-62036上， 其简要布置如附图中的图29所示。参照图29，一个导轨(b)放在结 构(a)例如建筑物的顶部，该导轨沿建筑物可能振动的方向延伸。 一个带有轮(d)的重物或阻尼块(c)支持在导轨上运动。在重物(c) 的一个端面与距重物(c)一空距离的安放在建筑物(a)上的一个支 架(e)之间，设有一个弹簧(f)，用于将重物的固有周期调整到建 筑物(a)的固有周期，还设有一个液压阻尼器(h)，用于防止重物 (c)过多的运动。这个阻尼装置利用导轨(b)上的重物(c)的往复运 动来减小建筑物(a)的振动。挡块(i)设置在导轨(b)的纵向端部以 防止重物(c)跳离导轨(b)。挡块(i)还限制了重物(c)的往复运动 的行程。重物(c)随着建筑物(a)的振动而左右移动。通常，具有 一个阻尼块的，该阻尼块不是在一个单独的机械装置的作用下而 移动的振动阻尼装置属于无源振动阻尼装置。

这种振动阻尼装置的作用通常是令人满意的。但是，由于图 29中示出的振动阻尼装置使用了一个机械零件(即，弹簧(f))使重 物(c)的固有周期与建筑物(a)的固有周期一致，设定空振动阻尼 装置的固有周期是困难的。另外，重物(c)的往复运动的最大行程 是由弹簧(f)和缓冲器(h)限定的，因此，该振动阻尼装置不能应 付大行程的振动。如果结构的振动是大行程的，则减振器应当作 大行程振动。换言之，当建筑物(a)以大振幅振动时，振动不能充 分衰减。而且，由于缓冲器(h)的阻尼系数是恒定的，当建筑物(a) 以大振幅振动时，重物(c)可能撞击挡块(i)。这导致了振动阻尼 效率的大大降低。而且，由于缓冲器(h)的阻尼系数是不可改变的， 因此不可能把最合适的阻尼力加到重物(c)上。并且，该装置的维 修也不容易。

另一种振动阻尼装置公开在美国专利No.5,182887上，该专 利的两个图如附图中的图30和31所示。参照图30和31，一个平台 4放置在一个结构例如一个建筑物1的顶部，平台4上安放有多个滚 子6。滚子6上放置一个弓形重物5，该重物可以沿建筑物1可能振 动的方向移动。当建筑物1振动时，重物5被迫在滚子6上左右移动。 重物5的移动是由控制单元99及其附属单元进行控制的，使得重物 进行单一的谐振。当单一的谐振发生时，建筑物1的振动转化为重 物5的动能。结果，建筑物1的振动得到衰减。重物5的振动比建筑 物1的振动延迟90度，以达到有效的减振。重物5的上表面有一个 齿条10与一个小齿轮13啮合。该小齿轮13与一个电机11的轴12相 连。控制器99接收到来自振动传感器3的信号以后，驱动电机11， 并且电机11使重物5进行单一的谐振。具有一个振动阻尼重物，该 重物是被迫移动的，这样的振动阻尼装置属于主动型的。标号8和 9分别表示缓冲器，标号14表示用于调整振动周期的一个重物。这 种振动阻尼装置2需要复杂的控制器99和单独的驱动装置11，12和 13来驱动重物5。因此，该装置价钱高，维修不容易。

本发明的目的是提供一种无源振动阻尼装置，其固有周期容 易调整。

本发明的另一个目的是提供一种可以大振幅摆动的无源振动 阻尼装置。

本发明的又一目的是提供一种无源振动阻尼装置，它能防止 一个阻尼重物与挡块相撞，从而减少振动阻尼效率的损失。

本发明的又一目的是提供一种无源振动阻尼装置，它能给阻 尼重物施加一个合适的制动力。

本发明的又一目的是提供一种结构简单的无源振动阻尼装置。

本发明的又一目的是提供一种花费不多的无源振动阻尼装置。

本发明的又一目的是提供一种无源振动阻尼装置，它能根据 标的结构的振动方向而改变其姿态或方向。

本发明的又一目的是提供一种无源振动阻尼装置，它能将阻 尼重物固定在一个特定位置，即使阻尼重物正在摆动。

按照本发明第一方面，提供一种振动阻尼装置包括：一个框 架具有一个向下的弓形导轨和加在导轨板两端的两个端板；一个 阻尼使可移动地置于导轨板上；第一和第二磁铁分别加在端板上； 第三和第四磁铁加在阻尼体相对的两端。框架坚固地放置在振动 结构上，使得它沿结构可能振动的方向延伸。导轨板以相同的方 向延伸。在一个端板上的第一磁铁与在阻尼体一端的第三磁铁具 有相同的极性，在另一个端板上的第二磁铁与在阻尼体另一端的 第四磁铁具有相同的极性。应当注意，只有第一和第二缓冲或振 动吸收件可以安装在端板上，磁铁上不能加任何东西，或者只有 第三和第四缓冲件可以加在磁铁的相对的端面，没有这种件加在 端板上。

当结构振动时，固定在结构上的框架也振动。这个振动能量 转换成在导轨上移动的阻尼体的功能。结果，结构的振动得到衰 减。通过适合确定弓形导轨的曲率半径，阻尼体的固有周期设置 成与结构的固有周期相同。固有周期T由等式T＝2π(R/g)1/2给出， 其中R代表导轨的曲率半径。因此，由于固有周期是由半径R决定， 所以固有周期T很容易确定。如果结构的固有周期是已知的，半径R 可以确定，并且阻尼体将进行一个固有周期由上述R决定的单一的 谐振。由于结构和阻尼体互相共振，可以实现摆动的大行程。如 果结构大行程振动，则阻尼体应当大行程振动。如果阻尼体超大 行程摆动，逼近端板，两个同极性的相对磁铁施加排斥力阻止阻 尼体碰撞端板。本发明的振动阻尼装置不需机械元件调整其固有 周期，结构简单并且能对付结构的大行程振动。另外，防止阻尼 体撞击端板减少了阻尼效率的降低。这样一个磁力碰撞避免装置 比机械装置使用寿命长且易于保养。如果吸震件只安装在端板上 或阻尼体上，阻尼体可能与端板碰撞。但是，碰撞震动由吸震件 减小，因此，振动阻尼效率不会有影响地降低。

按照本发明的第二点，提供一种振动阻尼装置包括：一个基 础框架坚固地置于振动结构上；一对平行导轨坚固地加在框架上， 每个导轨在其中心区域向下弯曲；一个阻尼体具有至少两个轮子 可移动地放在导轨上；一个磁力产生件(如一个磁铁)加在阻尼体 上或框架上；一个件(如，一个铁氧体板)加在框架上或阻尼体上 受到磁力产生件的磁力的吸引。磁件和相配件结合形成一个磁阻 尼件或一个磁制动单元。磁阻尼件可以由磁轮和铁氧体导轨构成。 在此情况下，阻尼体的轮子用作磁力产生件，导轨用作被吸引件。 一个空气阻力件可以安装在阻尼体上，代替这样一个磁阻尼。例 如一个板从阻尼体上沿垂直于阻尼体移动的方向延伸。空气阻力 板可以由螺旋浆取代。空气阻力板和螺旋浆都能防止阻尼体摆动 过大。还应注意，一对导轨可以由一个单轨取代。

当结构振动时，导轨也振动。然后这个振动的能量转化为阻 尼体的功能使结构的振动减小。通过选取导轨合适的曲率半径使 阻尼体的固有周期与结构的固有周期一致。磁阻尼件抑制阻尼体 过大的摆动。如果阻尼体具有磁轮的导轨由铁氧体制成，取代在 阻尼体底面设置磁铁和在框架上设置铁氧化板，则振动阻尼装置 的整个结构得到简化。如果用单轨取代一对导轨，则振动阻尼装 置变得紧凑。这种振动阻尼装置不需机械元件调整其固有周期， 具有简单的结构并且达到大行程摆动和大的阻尼效果。由于磁阻 尼件施加的磁力是可调的，因此一个适当的制动力加到阻尼体上。 磁阻尼件寿命较长，易于改变制动力且其维护较机械阻尼容易。

按照本发明的第三方面，提供一种固定一种振动阻尼装置阻 尼体的布置，该振动阻尼装置具有一个中空的向下弯曲的壳体， 并且阻尼体可移动地空位在该壳体的内部。壳体通常包括一个在 其中部向下弯曲的底板，沿底板前后纵向边立起的侧板和一个顶 板。阻尼体可以在底板上或放在底板的导轨上象钟摆一样左右摆 动。阻尼体固定装置包括一个加在阻尼体侧面，顶面或底面上的 凸起，凸起沿垂直于阻尼体摆动的方向延伸并且具有两个沿阻尼 体摆动方向延伸的斜面。侧凸起的水平剖面或顶、底凸起的垂直 剖面呈接近三角形，一个凹口形成在三角形的顶点。一个圆筒件 沿水平方向穿入壳体的一个侧壁或沿垂直方向穿入壳体的顶、底 壁。一个锁销和一个弹簧置于圆筒件中，使销由弹簧向内偏置， 锁的顶尖通常存在于壳体的内部。当阻尼体应当在壳体内部移动 时，一个使用者或维修人员将销拉出壳体。一个锁定机构设在圆 筒件内部将销固定在壳体外面。一个滚动元件可以加在销的自由 端以防止销的端部磨损和/或保证销的自由端与阻尼体之间的平滑 接触。如果罩住锁销和偏置弹簧的圆筒体安装在壳体的侧壁或底 壁，则可以不设顶壁。凸起可以是一个分离元件或是阻尼体的一 体件。

例如当振动阻尼装置应当停下维护时，壳体内部的阻尼体也 应停下。传统的作法是，一个振动阻尼装置的使用者或者维修人 员应该等到阻尼体自然停下。但是，这花费时间，并且如果振动 阻尼装置安装在漂浮在水中的船上阻尼体永远不会停止。本发明 提供一种停下阻尼体的简单装置。为了停下阻尼体，松开锁销使 之进入壳体中。由于阻尼体摆动，锁销接触凸起的斜面并爬斜面。 最后锁销到达凸起的顶点并陷入凸起的凹口中：锁销被弹簧压入 凹口。当锁销陷入阻尼体凸起上形成的凹口时，阻尼体不再能移 动。因此，阻尼体被自动捕捉。在本发明中不需要检测阻尼体位 置的装置和/或供使用者或维修人员观察阻尼体的装置。因此，阻 尼体捕捉机构的制造费用不高。并且其结构简单，易于保养。

按照本发明的第四方面，提供一种固定一种振动阻尼装置的 阻尼体的布置，该振动阻尼装置具有一个中空的向下弯的导轨件， 并且阻尼体可移动地空位在导轨件上。一个阻尼体的振动导轨由 导轨件限定。阻尼体固定装置包括一个凸起加在阻尼体的外表面。 凸起是一个三角形元件沿垂直于阻尼体摆的方向延伸。一个凹口 在三角形凸起的峰处形成，三角形凸起的两个斜面沿阻尼体摆动 方向延伸。一个板或角块设在导轨件上，一个中空的圆筒件沿垂 直于阻尼体摆动的方向穿入此件。一个锁销和一个弹簧设在圆筒 件中，使销由弹簧向内偏置，销的端部通常存在于导轨的上方。 当阻尼体应当在阻尼重物轨道上移动时，一个使用者或维修人员 将销拉出轨道。一个锁定机构安装在圆筒件上将销固定在轨道外 面。一个滚动元件可以加在销的自由端以防止销的端部磨损和/或 保证销的自由端与阻尼体之间的平滑接触。凸起可以是一个分离 件或是阻尼体的一体件。如果用于罩住锁销和偏置弹簧的圆筒件 安装在导轨件上，则不需要板或角件。在此情况下，导轨件还用 作板件。这种阻尼重物固定装置的操作与第三方面的方式相似。

图1是本发明的第一实施例的振动阻尼装置的局部剖主视图；

图2是图1所示振动阻尼装置的沿图1A-A线的横剖图；

图3是本发明的另一实施例的振动阻尼装置的放大图；

图4表明本发明的另一实施例；

图5A表示振动阻尼装置的底板或导轨板的改进；

图5B表示振动阻尼装置的导轨板的另一个改进；

图5C表示本发明另一实施例的横截面；

图6A表示本发明另一实施例的振动阻尼装置的主视图；

图6B表示图6A中所示的振动阻尼装置的横剖图；

图7A至7G分别表示磁阻尼装置的改进的剖视图；

图7H表示当一个圆柱形阻尼体在一个圆柱形框架中移动时使 用的另一个磁阻尼装置的剖面简图；

图8表示本发明另一个实施例的振动阻尼装置的横剖图；

图9表示本发明另一个实施例的剖视图；

图10A表示本发明另一个实施例的振动阻尼装置的主视图；

图10B表示图10A中所示的振动阻尼装置的横剖图；

图11A表示本发明另一实施例的振动阻尼装置的主视图；

图11B表示图11A中所示的振动阻尼装置的横剖图；

图12A表示振动阻尼装置的导轨板的改进；

图12B表示导轨板的另一个改进；

图13A和13B表示磁阻尼装置的改进；

图14A是一个装备有本发明的振动阻尼装置的小船的俯视简图；

图14B是图14A所示的装备有振动阻尼装置的小船的侧视图；

图15A是与图14B相似的船的侧视图，表示旋转90度的振动阻 尼装置；

图15B表示使振动阻尼装置旋转的转台的立体图；

图16表示振动阻尼装置在船上安装的改进；

图17表示阻尼体，船和一个外力之间的关系；

图18A表示一个响应放大(放大比)与一个没有振动阻尼装置的 船的振动周期之间的关系；

图18B表示响应放大与有振动阻尼装置的船的振动周期之间的 关系；

图18C表示当设定振动阻尼装置的固有周期与船的固有周期相 同时，并且振动阻尼装置起作用时，响应放大与具有振动阻尼装 置的船的振动周期之间的关系；

图18D表示当振动阻尼装置的固有周期正偏离船的固有周期时， 响应放大与船的振动周期之间的关系；

图19是试验结果，表明如果船上装备有本发明的振动阻尼装 置，船的摇摆减少了多少；

图20是本发明振动阻尼装置的阻尼体固定机构的局部剖主视 图；

图21是图20所示的阻尼体固定机构的局部剖俯视图；

图22是沿图20III-III线的剖视图；

图23A和23B分别是图21所示的阻尼体固定装置的部件ID的放 大的剖视图：图23A表示一个锁销伸出将阻尼体固定住，图24B表 示锁销在缩回位置；

图24A至24C是一组示意图表示阻尼体是怎样被固定装置捉到 的：图24A表示阻尼体正在接近锁销，图24B表示阻尼体接触到锁 销；图24C表示阻尼体被锁销止住；

图25表示阻尼体固定装置的改进的俯视图；

图26表示阻尼体固定装置的另一种改进的局部剖视图；

图27A表示阻体固定装置的另一种改进的俯视图；

图27B表示图27A表示的阻尼体固定装置的端视图；

图28A和28B分别表示阻尼体固定装置的锁销的改进：图28A表 示一个球加在锁销的自由端，图28B表示一个滚子加装在锁销的自 由端；

图29表示传统的振动阻尼装置的一个例子；

图30表示另一个传统的振动阻尼装置的主视图；

图31是图30所示的振动阻尼装置的俯视图。

现在，结合附图对本发明的优选实施例进行描述。

图1和2表示本发明振动阻尼装置的第一实施例。在一个振动 结构101例如一个建筑物的顶部，坚固地设置了一个有预定曲率半 径R的弓形导轨板102。半径R的中心0位于建筑物101的上方。导轨 板102沿建筑物101最可能振动的方向延伸(图1中的“X”方向)。 导轨板102有支座103，该支座固定在建筑物101的顶部。导轨板 102上装备有带轮子105的阻尼体(即阻尼重物或阻尼块)104。阻尼 使104能够在导轨板102上象钟摆一样自由地左右移动。当阻尼体 104在导轨板102上移动时，它的轮子105在导轨板102上滚动。端 板106垂直地立在导轨板102的纵向端(或图1中的右端和左端)。这 些端板106是阻尼体104的挡板。侧板107垂直地立在导轨板102的 前边和后边(图2)。由导轨板102，端板106和侧板107限定的空间 由一个顶板108封闭。结果，形成一个中空的盒状的或者中空的矩 形平行六面体框架109。阻尼体104在这个框架109中往复移动。阻 尼体104还有侧滚110如图2所示。当阻尼体104在框架109中摆动时， 侧滚110在侧板107上滚动。本发明的振动衰减装置是一个具有阻 尼体104的无源减振装置，该阻尼体随着结构101的振动在导轨板 102上象钟摆一样自然地移动。

每个端板106的内面安装有一个磁铁111a，阻尼体104的每个 端面安装着另一个磁铁111b。一块非磁板可以安插在磁铁与端板 之间以及磁铁与阻尼体之间。在图1中，左端板106上的磁铁111a 与阻尼体104左端面上的磁铁111b有相同的极性，右端板106上的 磁铁111a与阻尼体106右端面上的磁铁111b有相同的极性。继而， 如果阻尼体104作大振幅摆动并且接近框架109的一个端板106时， 一个斥力在两个相对的磁铁(一个在端板上，一个在阻尼体上)之 间产生。因此防止了阻尼体对端板106的撞击。磁铁111a和111b结 合形成一个避免撞击单元。

磁铁111a和111b可以是永久磁铁或者是电磁铁。端板和阻尼 体上可以安装一个以上的磁铁。

当结构101在一个外力例如风或者地震作用下发生振动时，框 架109也振动，因为这些是由支座103连为一体的。因此，框架 109的摆动的导轨板102的能量传递给阻尼体104，并且阻一104自 然地形成一个单一的谐振。阻尼体104的这个摆动的相位相对于振 动结构101的相位延迟90度，阻尼体的固有周期与建筑物101的固 有周期相同。因此，阻尼体104在导轨板102上沿导轨板102的长度 方向作大行程往复移动，并且结构101的振动很快衰减。

结构101振动相位相对于外力延迟90度，阻尼体104振动相位 相对于结构101延迟90度。因此在阻尼体104与外力之间有一个 180度的相位差，外力被阻尼体104的摆动抵消(见图17)。

适当地确定导轨板102的曲率半径R可以使阻尼体104的固有周 期等于结构101的固有周期。阻尼重物的固有周期T由等式T＝2π (R/g)1/2给出，因此固有周期T由导轨板102的半径R决定。如果结 构101的固有周期是已知的，则R可得出。阻尼体104进行的是由R 确定了固有周期的单一的谐振。结构101和阻尼体104互相谐振， 从而阻尼体104以足够大的行程摆动。

如果阻尼体104摆动的行程过大，它可能撞击端板106。由于 阻尼体104非线性移动以及其摆动不是以相对于结构101的摆动所 需的关系进行，这种撞击大大降低阻尼效率。然而，本发明的振 动阻尼装置采用了碰撞避免装置(即安装在端板106和阻尼体104上 的磁铁111a和111b)，使得在阻尼体104的端面和端板106之间产生 一个适当的斥力，从而避免撞击。于是振动阻尼效果不会减弱。 斥力的调整是通过改变磁铁111a和111b产生的磁通量进行的。如 果磁铁是永久磁铁，可增加或减少磁铁的数量。如果是电磁铁， 可改变加在磁铁上的励磁电流。撞击避免单元111a和111b是一个 磁铁单元，不是机械单元，因此，不会发生单元的损伤，并且易 于维护。

应当注意，磁铁111b可以安装在阻尼体104的顶面或底面。同 样，磁铁111a可以安装在导轨板102上，侧板107或顶板108上。还 应注意，振动阻尼装置的安放位置不限于振动结构101的顶部，只 要偏离结构101的重心。

图3表示本发明的另一个实施例。本实施例的振动阻尼装置的 布置与图1和图2所示的相似。缓冲元件112只安装在端板106上， 或只安装在阻尼体104上，以代替分别安装在端板106和阻尼体104 上的磁铁111a和111b。图3表示安装在阻尼体104上的缓冲元件 112。每个缓冲元件112包括一个埋入阻尼体104的一个端面的圆柱 形弹簧罩114，在端面形成一个开口或空间113、一个固定的中心 杆115大概水平地沿弹簧罩114的中心轴延伸、一个柱塞116滑动地 安装在中心杆115上，一个螺形弹簧118置于柱塞116的法兰117与 弹簧罩114的底板之间。螺形弹簧118可以是线性的或非线性的。 由于螺形弹簧118施加的弹力柱塞116是向外偏置的。标号119代表 安装在柱塞116外面上的橡胶。橡胶119减轻撞击并且降低金属件 接触产生的噪音。应当注意，此橡胶119根据其应用可改变。

如图3所示的实施例，在阻尼体104撞击端板之前不会有斥力 产生，因此如果阻尼体大行程摆动时可能撞击端板(或挡板)106。 但是，缓冲元件112使撞击引起的震动降低，从而振动阻尼装置的 阻尼效果不会大大降低(或保持在可接受的水平)。

图4表示缓冲元件的改进。将橡胶缓冲件或胶质件缓冲120安 装在阻尼体104的端面上，以代替弹簧缓冲112。可以获得的类似 于图3的振动阻尼效果。

应当注意，缓冲元件112可以安装在端板106上也可以安装在阻 尼体104的端面上。

应当注意，导轨板102不限于图1所示的具有完全光滑的表面 的一个板，只要其中心区域低于其两端并且保证阻尼体104进行适 宜的摆动。例如，图5A所示的导轨102a由几个直段组成，图5B所 示的V形导轨102b由两端弯曲导轨组成，该两种导轨都是令人满 意的。另外，振动阻尼装置可以适用于在结构101上可以绕垂直的 Y轴转动(图1)。在这种情况下，一个转给可以置于结构101与振 动阻尼装置之间(图15B)。如果振动阻尼装置可绕其轴Y旋转，则 该装置能对付任何方面的振动。还应注意，框架可以是圆筒形的， 见图5C。这个筒形框架109A有类似于图1的主视图，但是其横向剖 视图是如图5C所示的圆形。阻尼体104A置于框架109A的内部，其 横剖图也是圆形。阻尼体104A可以在其平面上有多个滚子105A，使 得阻尼体能沿框架109A的纵向移动(一个垂直于图纸面的方向)。

本发明可应用于任何振动结构。不离开本发明的精神和范围 可以得出各种改变和改进。

图6A和6B表示了本发明振动阻尼装置的第二实施例。

一个基础框架202固定在结构例如建筑物201的顶部，一对具 有支座204平行导轨203放置在基础框架202上。每个导轨203都是 弓形的并且具有一个曲率半径R。曲率半径的中心0在导轨203的上 方。导轨203的纵向与建筑物201最有可能振动的方向一致。一个 具有轮子206的阻尼使205置于导轨203上。当阻尼体205移动时， 这些轮子206在导轨203上滚动。最好见图6B，一个板207立在基础 框架202上，立于支座204之间。参见图6A，板207有一个弓形的上 部，适合于导轨203的曲率。再参见图6B，两个安装板209从阻尼 体205的下表面悬下，磁铁208安装在安装板209的内表面上。板 207以一定间隙夹在磁铁208之间。磁铁208是磁力固定件。磁铁 208和板207结合形成一个磁阻尼体I。在图6B中，一个倒置的L形 件210与每一个导轨203的外边相连，定义一个C形空间包围住每个 轮子206。这两个件210由一个顶件211连接起来。见图6A所示，每 个盖板210在其主视图中与导轨203长度相同。振动阻尼装置是一 种无源型的：随着建筑物201的振动重物205在导轨203上自然地左 右移动。

磁铁208可以是永久磁铁或电磁铁。磁铁208的数目可根据环 境而改变。板207可以是一块铜板或者铁氧体板。

如果建筑201在一个外力作用下发生振动，导轨203和支座204 也振动，因为它们是通过基础框架202连成一体的。因此，导轨 203的摆动能量传给阻尼重物205，并且重物205自然形成与建筑物 201的固有周期相同的单一的谐振。阻尼重物205象钟摆一样在导 轨203上大行程摆动，使得建筑物201的振动很快衰减。

结构201的振动相位相对于外力相位延迟90度。阻尼重物205 的振动相对于结构201相位延迟90度。因此，在阻尼重物205和外 力之间有一个180度的相位差。结果，外力的振动被重物205的摆 动抵消(图17)。

适合地确定导轨203的曲率半径R可以设定阻尼重物205的固有 周期与结构201的固有周期相同。阻尼体的固有周期由等式T＝2π (R/9)1/2给出，因此，固有周期由导轨203的半径R决定。如果结 构201的固有周期是已知的，则R可以得出。阻尼使104进行的是一 个单一的谐振，具有一个由R决定的固有周期。结构201和阻尼重 物205相互谐振，使得阻尼重物205以足够大的行程摆动。

阻尼重物205可能以特别大的行程摆动，因为它与建筑物201 共振。但是，本发明的振动阻尼装置安装有磁阻I以防止阻尼重物 205摆动过大。特别是，如果磁铁208产生一个磁力线并且重物205 摆动，则固定在重物205底面的板207穿过磁力线。这个运动在板 207上产生涡流，导致一个电磁力(制动力)指向板207运动的相反 方向(弗来明右手定则)。因此，重物205的摆动受到制动并且重物 205不会超过行程运动。本发明的振动阻尼装置不仅降低了建筑物 201的振动，而且限制了重物205的超行程摆动。加到阻尼重物205 上的制动力是通过调整磁铁208的磁通来控制的。如果磁铁208是 永久磁铁，则可增加或减少磁铁的数目和/或改变板207与磁铁208 的相对相位置。相对位置是板207怎样暴露在磁力线中。图13A表 示板207较多地暴露在磁力线中，而图13B表示板207较少地暴露在 磁力线中。特别是，与图13A相比，在图13B中板207较柢，板207 的较少的区域面对磁铁208。在图13A中加到板207(即阻尼重物205) 的制动力比图13B中的大。标号250代表板207的一个支板，标号 252代表一个销钉把板207固定在一个所需高度。板207的位置或高 度可以由支板250和销钉252进行调整。图13A和图13B表示了与图2 中所示的重物104相似的一个重物(轮105和侧滚110略去)。如果磁 铁208是电磁铁，则调整加到磁铁上的励磁电流来控制对阻尼重物 的制动力。因此一个合适的制动力加到阻尼重物205上。这个制动 单元I是一个磁单元，不是一个机械单元，并且其结构简单，维护 容易。

应当注意，磁阻I的磁铁208和板207及209的位置不限于图6A 和6B所示的情况。图7A至7G表示了磁阻I的各种改进。在图7A中， 两个磁铁208安装在重物205下面垂下的单一板209的前面和后面并 且面对立在基础框架202上的两个板207。在图7B中，一个单一的 磁铁208直接贴在阻尼重物205下面，一个单一的板207在磁铁208 的下面立在基础框架202上，使得磁铁208和板207垂直面对面。在 图7C中，磁铁208和板207交换在图7B中的位置。在图7D中，两个 板209从阻尼重物205的底面悬下，并且每个板209夹在一对磁铁 208中，磁铁208固定在基本框困202上的支板207上。两套磁阻I间 隔安放。在图7E中，两套如图7A所示的磁阻I间隔安放。在图7F中， 一块板207从阻尼重物205悬下，一个磁铁208面对板207，磁铁208 安装在从基本框架202垂直延伸的支板209上。图7G中表示图7F的 一个改进：磁铁208和板207的位置是相反的。

图7H表示框架和阻尼重物的一个改进。如图所示，框架200在 其横剖图中是圆形的，阻尼重物205A在其横剖图中也是圆形的。 也有一个磁阻I。应当注意，图6B中所示框架的横剖图基本上是矩 形。这个矩形是由基础框架202，支座204，导轨203，盖板210和 顶板211限定的。在各图6B中阻尼重物205也有一个矩形横剖面。 在图7H中，使用的是圆筒形框架，并且重物205A具有与框架200相 同的形状。例如，阻尼重物205A在其周壁上有9个滚子206A(在图 7H中只示出了3个)。这些滚子206A接触圆筒形框架200的内壁，并 且允许阻尼重物205A在圆圆形框架200中沿框架200的长度方向往 复移动(与图7H的图面垂直的方向)。磁阻I可以是图6B至图7G中表 示的任何一个。在图7H中，使用的磁阻与图6B中的类似：两个磁 铁从重物205A悬下，一个单一的板207B位于两个磁铁之间。这里 应当注意，板207B安装在固定于框架200的另一板207A上，并且板 207A和207B由一个销207C连接。在此实施例中，板207B可以从板 207A上分离，使得板207B相对于磁铁208的高度或位置可以调整。 改变板207B的相对位置导致产生在板207B上的涡流的变化，并且 依次改变磁阻I产生的阻尼力。图7H所示的实施例的主视图与图 6A相似。框架200具有一个中间区域比两端低的弧形。圆筒形框架 200使振动阻尼装置紧凑。

图7A至7H所示的所有实施例的操作方式与图6A和6B的实施例 类似。

应当注意，在振动阻尼装置的主视图中，磁铁208的数目只有 1个，如图6A所示。但是，在导轨203的纵向上可以安装多个磁铁 208。

图8表示图6A和6B所示实施例的另一个改进。和图6B一样，这 个振动阻尼装置具有一个固定在建筑物201上的基础框架202，一 个侧板210，一个顶板211，一对平行导轨203，它具有固定在基础 框架202上支座，一个阻尼重物205具有轮子206A，并且可移动地 安放在导轨203上。不同之处在于没有单一的磁铁208和板207：轮 206a用作磁铁，导轨203用作板207。换言之，在图8中磁阻I是由 轮206a和导轨203组成的。此结构不需要分离的磁铁208和板207， 因此振动阻尼装置的结构变得更简单。

图9表示的是图6A和6B所示实施例的又一个改进。图6B中的一 对导轨203由单轨203a代替。有多个轮206的重物205骑在单轨 203a上，一个磁阻I设在重物205底面。所示的磁阻I与图7A中所示 的磁阻相似(磁铁和板的位置颠倒)。应当注意，图9所示的实施例 可以象图8所示的一样进行简化。特别地，可以使用磁轮206，单 轨203a可用作板207。在图6A，6B和9中，类似的元件采用相同的 数字标号。单轨203a使振动阻尼装置紧凑。

图10A和10B表示图6A和6B所示实施例的又一改进。取代由磁 铁208和板207组成的磁阻I，采用一个空气阻力板213固定到阻尼 重物205底面悬下的支持元件212上。空气阻力板213延伸的方向垂 直于阻尼重物205移动的方向。总之，一个航空物理学阻尼用在此 实施例中。空气阻尼板防止阻尼重物205超行程摆动。由板213施 加的空气阻力可以通过改变板213的形状，增/减板213的数目和/ 或在板213上开孔来调整。因此，一个适当的阻尼力能够加到阻尼 重物205上。

图11A和11B表示图10A和10B中所示实施例的一个改进。将一 个螺旋浆或风扇211装在支持元件212上，代替空气阻力板213。当 重物205移动时，螺旋浆214产生一股风防止重物205超行程摆动。 螺旋浆214的数目和/或其形状可以改变以控制加到重物205上的阻 尼力。螺旋浆214可以安装在重物205的一个任意部分上(例如，在 重物的上面)，只要不影响重物205在导轨203上的适当的运动。螺 旋浆214可以是一种可变的树脂螺旋浆。在此情况下，螺旋浆214 的浆叶方向是可变的使得阻尼力是可变的。

图12A和12B所示导轨203的改进。以前的实施例中所示的各导 轨203是由单一元件制成，并且限定一个完全光滑的弧，但是它可 以如图12A所示由多个直的部分组成或者如图12B所示由一对弓形 部分组成，只要重物205能够在导轨203上适当地移动。

应当注意，图9中所示的单轨203a可以用在图10A和10B和图 11A和11B所示的实施例中。

还应注意，振动阻尼装置可以适合绕其垂直轴Y旋转(图6A)。 如果要求这样，可以在建筑物201和振动阻尼装置的基础框架202 之间设一个转台(图15B)。借助于转台，振动阻尼装置通过绕其垂 直的轴Y转动能够对付任何方面的振动。

应当注意，本发明的振动阻尼装置能应用于建筑物以外的任 何结构。还应注意，不离开本发明的精神和范围可得到进一步的 改变和改进。

图14A和14B表示一个船300装有本发明的振动阻尼装置302。 该振动阻尼装置302可以是图1至图13B中的一种。在图14A和14B中， 振动阻尼装置302安装在船300的船舱304顶上。应当注意，振动阻 尼装置302的位置是任意的，只要它不在船的重心G上。例如，船 首、船尾、甲板306或船底。一般地，如果阻尼重物是恒定的，振 动阻尼装置的位置离船的重心G越远，减振效果越好。并且，振动 阻尼装置不必须定位在船300的纵向中心线上。特别地，装置302 可以在左舷侧或右舷侧。如果振动阻尼装置装在船上左舷侧，则一 个配重应放置在右舷侧。平衡在确定瞬时平衡，因此可能比振动 阻尼装置轻一些或重一些或相同。

振动阻尼装置302可以绕其垂直轴Y转动。如果可以转动，图 14B所示的沿船的纵向延伸的振动阻尼装置302中以有如图15A所示 的情形。为了改变振动阻尼装置302的方向，将一个转台310(图 15B)置于船舱304的顶部和振动阻尼装置302之间。振动阻尼装置 302固定在转台310上，转台310可以相对于舱顶304转动。转台 310使振动阻尼装置302可以对付任何方向的振动(波浪)。振动阻 尼装置302的转动可以由手动完成或者由一个已知的驱动机构(如 液压驱动单元)实现。如果转台310由手动转动，一个单一的孔可 以在转台310上形成，多个配孔可以在顶304上形成。顶304的孔可 以在相对于船300的纵向的0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°的 位置上作出。船上的一个船员将一个销子插入转台310的孔和顶 304的一个配孔中以确定振动阻尼装置302的方向。

应当注意，振动阻尼装置302可以直接放在船300上。例如， 如图16所示，该装置可放在立于甲板306的塔308上。

图17表示振动阻尼装置(阻尼重物)，船(结构件)和波浪(外力) 之间的运动(或摆动相位)关系。在此图中，实线表示波浪，虚线 表示船，双点划线表示振动阻尼装置。从图17中可知，船300的振 动相对于波浪延迟90度相位，振动阻尼装置302的振动相对于船延 迟90度相位。因此，在波浪和振动阻尼装置之间有180度相位差。 这意味着振动阻尼装置302振动在抵消波浪(外力)的相位上。结果， 船的振动得到衰减。

在前面，振动阻尼装置302的固有周期与船300的固有周期相 同。但是，若考虑船300上的人数，振动阻尼装置302的固有周期 可以相对于船的固有周期上浮百分之几至百分之几十。参照图18A 至18D对其原因进行描述。图18A至18D所示的曲线表示船的响应放 大(放大比)“mμ”和船的振动的周期“T”之间的关系。纵轴表 示响应放大，横轴表示振动周期。“T0”代表船的固有周期。响 应放大率是一个具有一定周期的外力(波浪)推船产生的倾斜与一 个非周期的同样的力推船产生的倾斜之比(即，放大率)。图18A 表示当船没安装本发明的振动阻尼装置时响应放大与船的振动周 期之间的关系。换言之图18A表示当振动自由度是1时结构的响应 放大。这样，响应放大曲线只有一个波峰。图18B表示当船装有振 动阻尼装置时的响应放大曲线。如果振动阻尼装置安装到船上， 则根据物理定律整个系统的自由度数目变为2。因此，如图18B所 示，船的响应放大有两个峰。进而，如果船的固有周期和振动阻 尼装置的固有周期相同，则船的响应放大曲线如图18C所示。特别 地，如果船上装有振动阻尼装置，并且被驱动的振动阻尼装置具 有与船相同的固有周期，则船的响应放大在T0附近有足够低的区 域如斜线所示。响应放大在T0处有一最小值，这意味着船的振动 在斜线区域得到足够的抑制，振动阻尼装置在此区域作用有效。 在T0附近的±ΔT(或曲线的两个峰值)，响应放大有两个最大值， 振动阻尼装置不能显示有效的阻尼效果。如果振动阻尼装置的固 有周期增加，则响应放大曲线改变其形状如图18D所示。特别地， 如图18D所示的曲线与图18C相比，其右峰是平的，其斜线区域(即 振动阻尼装置的有效区域)是宽的。因此，振动阻尼装置的固有周 期的侧增加导致振动阻尼装置的有效范围变宽。图18D表示当人登 上空船时的曲线。因为人登上船，船的固有周期增加，船的响应 放大由图18C变为图18D的情形。从图18D可知，响应放大在点“a” 和“b”之间变化。因此，即使船上的人数改变，振动阻尼装置的 有效范围不会变得比图18C所示的小。因此，优选通过预先将船的 固有周期增加百分之几至百分之几十将振动阻尼装置的固有周期 增加。

事实上，推荐振动阻尼装置的重量是船的排水量的大约1.5％ 至大约2.0％。例如，船的排水量是两吨，则振动阻尼装置重约30 至40Kg。

图19表示安装有本发明振动阻尼装置的船的波动实验结果。 实线表示振动阻尼装置被驱动时的波动，点划线表示振动阻尼装 置被驱动时的波动。在此实验中，船的排水量是2.5吨，其长度是 25英尺，振动阻尼装置重76Kg，其长度是1280毫米，其宽度是 340毫米，其高度是360毫米。

图20至23B表示具有一个摆动重物的振动阻尼装置的阻尼重物 固定机构的一个实施例。

根据本发明上面描述的振动阻尼装置使用一个阻尼重物形成 一个单一的谐振。为了例如止动启动结构的(例如，船)振动阻尼 装置或者为了对振动阻尼装置进行维护，应当将阻尼重物止动。 传统是阻尼重物按下面方法固定：在阻尼重物罩壁上接近中心处 开一个通孔，在阻尼重物的表面开一个配合凹槽，一个维修人员 或船员等到重物自然停在罩的中心(在罩上的重物轨迹的最低点)， 然后维修人员将一个销子插入凹槽。由于阻尼重物罩是一个一般 为封闭的罩，因此，提供一个阻尼重物观察窗或用来探测阻尼重 物位置的装置。但是，使用这种传统机构，维修人员要等到结构 自然地变为静止。事实上向正在移动的阻尼重物插入停销是不可 能的或者是很危险的。但是，装备有振动阻尼装置的结构可能由 于风和/或浪而移动。特别地，如果结构是一个海上的船，则重物 几乎不会自已停住。在航行期间，船上的重物应当固定住以保证 船的正常的航行。

本发明提供一种自动的重物固定机构，它甚至能够捕捉摆动 着的重物。

参见图20和21，一个振动阻尼装置安装在结构401的顶部。振 动阻尼装置有一个向下的弓形罩409，一个阻尼重物404在罩409的 内部放置，可以移动。罩409包括一个向下的弓形底板或导轨板 402，前板和后板407，一个顶板408和端板406。当结构401振动时， 在图20中，阻尼重物404象钟摆一样左右摆动。罩409的纵向与结 构401最可能振动的方向一致。底板402有一个预定的曲率半径。 罩409有支架403固定在结构401上。端板406用作挡板。应当注意， 如果底板402和侧板407足够长，则端板406可以不设。阻尼体404 的底面有轮405，在底板402上滚动。阻尼体404在其侧面还有侧轮 410，在罩409的侧板407上滚动。

进一步参见图22，23A和23B，在罩409的前板407上接近板 407中心处开一通孔412，一个锁销411与孔412配合，使得锁销 411的内自由端通常在罩409的内部。锁销411沿垂直于侧板407的 方向延伸，并且可以在该方向上移动。一个圆柱形壳体414安装在 侧板407的外表面，销411延伸通过圆柱形壳体414。一个弹簧415 (图23A)置于销子壳体414中，使得锁销411通常偏置进入阻尼重物 罩409。销子壳体414有一个端板414a，锁销穿过端板414a的一个 开孔。这个开孔有一个缺口或切除部分416。锁销411有一个相配 的凸出417，有效地与缺口416配合。当锁销411应当从罩409缩回 以允许阻尼重物404在罩409中摆动时，维修人员拉动锁销411抵抗 弹簧施加的偏力直至锁销411的尖从罩409中出来。在这个操作过 程中，锁销411上的凸起417通过缺口416移动。凸起417在锁销 411的根部形成。当维修人员拉锁销411时，他绕其纵轴转动锁销 使得锁销停在圆柱形壳体414的端板416的外表面上(图23B)。在缩 回位置上，由于弹簧415施加一个束缚力，锁销411得到坚固的束 缚。因此，锁销411不压入阻尼重物罩409直至有意地加到锁销 411上一个松开力。凸起417，缺口416和端板结合形成一个销钉锁 定机构。如果阻尼重物404应该被止动时则松开锁销411(图23A)。

参见图23A，阻尼重物罩409的侧板407有开孔412，阻尼重物 404的这侧有一个块元件或凸起419向着锁销411水平地凸出。从图 23A获悉凸起419的水平剖面通常是三角形。凸起419有倾斜表面 419a沿阻尼重物404的摆动方向延伸。在三角形凸起的顶部或尖峰 形成一个凹口418，用来接受锁销411。当锁销411进入凹口418时， 阻尼重物404被固定。锁销411陷入凹口418将参照图24A至24C描述。

当振动阻尼装置应当操作，阻尼重物404应能自由移动时，锁 销411拉出罩409，锁在缩回位置(图23B)。

例如当阻尼重物404应当停下维护时，锁销411松开，伸入罩 409。锁销411由弹簧415压入罩中。如果阻尼重物404由于其重力 已经静止，锁销411被凹口418接受，使得阻尼重物404不能移动。 如果阻尼重物404正在摆动并且移向罩409的中心如图24A所示，阻 尼重物404的侧面的凸起419的斜面419a最后接触锁销411的自由端 (图24B)。然后，当阻尼重物404进一步移动时，锁销411的尖在斜 面419a上滑动(或在斜面419a上爬向凹口418)。在此操作过程中， 锁销411沿其纵向抵抗偏力有弹性地推回，如图24B中向下箭头所 示。当锁销411到达凸起419的顶部时，锁销411由弹簧415的力压 入凹口418，如图24C或24A所示。在此位置，阻尼重物404被锁销 411停住。

如此，简单地使锁销411突出进入阻重物罩409中，使得正在摆 动的阻尼重物404自动锁住。因此不需要观看或探测阻尼重物位置 的装置。

应当注意，固定阻尼重物404的位置不限于底板402的中心。例 如阻尼重物404可以停在靠近罩409的一个端板406的位置，如图25 所示。特别地，摆动中的阻尼重物404可以在其行程终点被捕捉。 在这种情况下，开孔412设在罩409的前板407靠近端板406处，而 且在阻尼重物404的前表面安装只有一个斜面419a的突起419。由 于内斜面是不必要的，斜面419a设在端板406侧或凹口418的外侧。 图25中所示实施例操作和固定阻尼重物404与图20至24C所示实施 例一样。

如果应用到相对小的船此实施例可以特别优越。通常由于小 船的体积小不能将振动阻尼装置安装在其中心线上(即振动阻尼装 置固定在左舷或右舷侧)。如果振动阻尼装置定位在左舷侧，则阻 尼重物404可以固定在其右行程端或右舷侧。这使得振动阻尼装置 的重心尽可能靠近船的中心线，从而使航行中的船有较好的平衡。 凸起419可以是一个分离块，阻尼重物制成后安装在阻尼重物上， 也可以是阻尼重物上的一体件，与阻尼重物一起形成。罩409可以 不设顶板408。

图26表示本发明阻尼重物固定机构的一个改进。三角块419顶 部有凹口418，有两个斜面419a，安装在阻尼重物404的上表面(或 底面)，锁销411连同其锁定机构设在相应的位置上。此改进的操 作同前面的实施例。

图27表示阻尼重物固定机构的另一个改进。这个重物固定机 构应用在振动阻尼装置上，与图20或26相比有不同的设置。一对 向下的弓形平行导轨423定位在一个向下的弓形底板422上，一个 有轮子的阻尼重物404定位在导轨423上。阻尼重物404在导轨423 上沿导轨的纵向摆动。端件424设在导轨423的纵向端以防止阻尼 重物脱离导轨423。如果导轨423足够长，这些挡块424可以不设。 阻尼重物404在其前面有一个块419。块419有一个凹口418和两个 斜面419a。一个支座425设在肩板422的前边中心从底板422往上。 一个锁销411及其锁定机构安装在支座425上。锁销411，其锁定机 构以及怎样通过锁销停住阻尼重物404与图20所示实施例相同。如 果块419安装在阻尼重物404的上表面，则可以使用L形或U形的支 座。如果块419安装在阻尼重物404的底面，则不设支座，并且销 411设在底板422上。代替一对导轨423可以使用一个单轨。

图28A和28B分别表示锁销411的自由端的例子。一个球轴承 420可以加在锁销411的自由端如图28A所示或者一个滚子421可以 加在锁销411的自由端。一个滚动元件例如球轴承420和滚子421可 以防止锁销411的自由端子阻尼重物404上的凸起419的斜面419a接 触产生的磨损，保证锁销411的自由端光滑地滑动。

应当注意，阻尼重物404的捕捉位置可以任意确定，凸起419 的水平断面不限于三角形(即它可以是五边形或半圆)，凹口418可 以不在凸起的顶面，可以在斜面419a上，并且斜面419a可以有一 个弯曲表面。而且，锁销411的锁定机构可以由销411上形成的开 口和一个锁销构成，锁销插入到这个开口中。