本發(fā)明涉及減阻減振裝置，尤其涉及一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置。

背景技術(shù)：

隨著建筑技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)計(jì)水平的不斷提高，使得現(xiàn)代建筑向著長(zhǎng)大化、高聳化、輕質(zhì)化等方向發(fā)展，如超高層建筑、大跨橋梁、高聳結(jié)構(gòu)和大跨空間結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。這些建筑由于具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小、自振頻率低等特點(diǎn)而成為風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜多樣，并對(duì)風(fēng)流動(dòng)表現(xiàn)為鈍體結(jié)構(gòu)，風(fēng)繞過(guò)建筑物時(shí)不可避免地伴有流動(dòng)分離、剪切層和旋渦脫落，導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)與建筑物之間發(fā)生流固耦合效應(yīng)而引起振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)降低建筑物使用者的舒適度甚至危及結(jié)構(gòu)安全。減小風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和風(fēng)致振動(dòng)效應(yīng)是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的核心問(wèn)題，對(duì)提高風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能具有極為重要的意義。

除了超高建筑，橋梁也是風(fēng)致振動(dòng)的多發(fā)領(lǐng)域。大跨橋梁不過(guò)是“平躺著的超高建筑”，同樣面臨著固有頻率和阻尼比太低，對(duì)風(fēng)致振動(dòng)敏感的問(wèn)題。在大跨橋梁的所有構(gòu)件中，斜拉索是容易發(fā)生風(fēng)致振動(dòng)的部分，橋梁拉索的圓柱外形非常不利于其動(dòng)力響應(yīng)，并且長(zhǎng)細(xì)比大、柔度大，低頻的外激振力就能覆蓋其共振區(qū)。斜拉索的阻尼小，一旦發(fā)生振動(dòng)其響應(yīng)很難衰減，該特性決定了它對(duì)風(fēng)致振動(dòng)是非常敏感的。在風(fēng)或風(fēng)雨聯(lián)合作用下，橋梁拉索易發(fā)生風(fēng)雨振、尾流馳振和渦激振動(dòng)。風(fēng)雨振的幅值通常很大，渦激振動(dòng)的幅值通常不大，但是其發(fā)生頻繁，對(duì)斜拉索的疲勞壽命不利。

可見(jiàn)，圓柱形結(jié)構(gòu)是工程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，流致圓柱振動(dòng)是具有廣泛工程應(yīng)用背景的流固耦合問(wèn)題，往往造成結(jié)構(gòu)使用壽命降低，甚至產(chǎn)生破壞而危及結(jié)構(gòu)安全。通過(guò)研究圓柱繞流及其流致振動(dòng)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力響應(yīng)和振動(dòng)控制方法，為實(shí)際工程結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)的控制提供重要的指導(dǎo)價(jià)值和借鑒意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置。

本發(fā)明提供了一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置，包括驅(qū)動(dòng)部、第一端蓋、第二端蓋和骨架，所述骨架的一端與所述第一端蓋連接，所述骨架的另一端與所述第二端蓋連接，所述第二端蓋與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述骨架的迎風(fēng)面為光滑圓弧面，所述骨架的背風(fēng)面設(shè)有對(duì)稱的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第二凹槽內(nèi)設(shè)有第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相聯(lián)動(dòng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一行波圓筒、驅(qū)動(dòng)軸和第一從動(dòng)軸，所述第一行波圓筒張緊在所述驅(qū)動(dòng)軸、第一從動(dòng)軸上，所述驅(qū)動(dòng)軸與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二行波圓筒、第二從動(dòng)軸和第三從動(dòng)軸，所述第二行波圓筒張緊在所述第二從動(dòng)軸、第三從動(dòng)軸上，所述第二從動(dòng)軸與所述驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一行波圓筒、第二行波圓筒的外表面均為波狀表面，所述第一行波圓筒、第二行波圓筒、骨架組合成圓筒形狀。所述第一行波圓筒、第二行波圓筒均為可更換模塊，可根據(jù)所處環(huán)境的不同選擇不同的行波波長(zhǎng)、波幅以及行波個(gè)數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一行波圓筒為第一硅膠行波圓筒，第二行波圓筒為第二硅膠行波圓筒，所述第一行波圓筒內(nèi)設(shè)有第一滑塊，所述第二行波圓筒內(nèi)設(shè)有第二滑塊。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)軸、第一從動(dòng)軸、第二從動(dòng)軸、第三從動(dòng)軸的兩端分別與所述第一端蓋、第二端蓋周向轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向固定連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)部為伺服電機(jī)，所述第二端蓋連接有電機(jī)安裝端蓋，所述伺服電機(jī)固定在所述電機(jī)安裝端蓋上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與所述驅(qū)動(dòng)軸連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一端蓋連接有第一限流板，所述第二端蓋連接有第二限流板。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一限流板、第二限流板均為圓環(huán)板狀。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)控制第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度，在波谷處形成一系列穩(wěn)定的渦,消除傳統(tǒng)意義上的剪切層，能夠延緩或阻止尾流旋渦的形成，大幅度減小結(jié)構(gòu)表面的氣動(dòng)力，進(jìn)而有效抑制或降低結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置的示意圖。

圖2是本發(fā)明一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置的剖面示意圖。

圖3是本發(fā)明一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置的部分示意圖。

圖4是本發(fā)明一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置的傳動(dòng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1至圖4中的附圖標(biāo)號(hào)為：第二端蓋1；第一端蓋2；第一限流板3；第二行波圓筒4；骨架5；電機(jī)安裝端蓋6；第二從動(dòng)軸7；第三從動(dòng)軸8；驅(qū)動(dòng)軸9；第一滑塊10；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11；階梯套筒12；套筒13；聯(lián)軸器14；伺服電機(jī)15；第二限流板16；第一從動(dòng)軸17；第一行波圓筒18。

如圖1至圖4所示，一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置，包括兩個(gè)部分:第一部分為圓柱—行波壁機(jī)械傳力系統(tǒng)；第二部分為高扭力伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高扭力伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)部，圓柱—行波壁機(jī)械傳力系統(tǒng)包括第一端蓋2、第二端蓋1和骨架5，其中，所述第一端蓋2優(yōu)選為左端蓋，所述第二端蓋1優(yōu)選為右端蓋，所述骨架5的一端與所述第一端蓋2連接，所述骨架5的另一端與所述第二端蓋1連接，所述第二端蓋1與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述骨架5優(yōu)選為異型骨架，所述骨架5內(nèi)部是空心且連通的，所述骨架5的迎風(fēng)面為光滑圓弧面，所述骨架5的背風(fēng)面設(shè)有對(duì)稱的第一凹槽51和第二凹槽52，所述第一凹槽51內(nèi)設(shè)有第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第二凹槽52內(nèi)設(shè)有第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相聯(lián)動(dòng)。

如圖1至圖4所示，所述第一行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一行波圓筒18、驅(qū)動(dòng)軸9和第一從動(dòng)軸17，所述第一行波圓筒18張緊在所述驅(qū)動(dòng)軸9、第一從動(dòng)軸17上，所述驅(qū)動(dòng)軸9與所述驅(qū)動(dòng)部連接，所述第二行波圓筒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二行波圓筒4、第二從動(dòng)軸7和第三從動(dòng)軸8，所述第二行波圓筒4張緊在所述第二從動(dòng)軸7、第三從動(dòng)軸8上，所述第二從動(dòng)軸7與所述驅(qū)動(dòng)軸9通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11連接，所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11優(yōu)選包括兩個(gè)相嚙合的直齒圓柱齒柱。

如圖1至圖4所示，所述第一行波圓筒4、第二行波圓筒18的外表面均為波狀表面，所述第一行波圓筒18、第二行波圓筒4、骨架5的外表面組合成圓筒形狀。

如圖1至圖4所示，所述第一行波圓筒18為第一硅膠行波圓筒，第二行波圓筒4為第二硅膠行波圓筒，所述第一行波圓筒18內(nèi)設(shè)有第一滑塊10，所述第二行波圓筒4內(nèi)設(shè)有第二滑塊19。

如圖1至圖4所示，驅(qū)動(dòng)軸9、第一從動(dòng)軸17、第二從動(dòng)軸7、第三從動(dòng)軸8之間均通過(guò)第一滑塊10和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11組成一個(gè)傳動(dòng)裝置。硅膠材質(zhì)并具有波狀表面的第一行波圓筒4、第二行波圓筒18分別嵌套在傳動(dòng)裝置的外部，借助之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)圓柱套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖1至圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)軸9、第一從動(dòng)軸17、第二從動(dòng)軸7、第三從動(dòng)軸8的兩端分別與所述第一端蓋2、第二端蓋1周向轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向固定連接。

如圖1至圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)部?jī)?yōu)選為伺服電機(jī)15，所述第二端蓋1連接有電機(jī)安裝端蓋6，所述伺服電機(jī)15固定在所述電機(jī)安裝端蓋6上。通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)15輸入不同速度，達(dá)到調(diào)節(jié)行波壁運(yùn)動(dòng)速度的目的，使得裝置在不同來(lái)流風(fēng)速中的流動(dòng)控制效果達(dá)到最大。

如圖1至圖4所示，第二從動(dòng)軸7、第三從動(dòng)軸8和驅(qū)動(dòng)軸9分別通過(guò)階梯套筒12和套筒13與第二端蓋1、第一端蓋2和電機(jī)安裝端蓋6相連接。所述驅(qū)動(dòng)軸9、第一從動(dòng)軸17、第二從動(dòng)軸7、第三從動(dòng)軸8穿過(guò)第二端蓋1、第一端蓋2和電機(jī)安裝端蓋6上的預(yù)留孔洞并用螺釘連接。

如圖1至圖4所示，所述伺服電機(jī)15通過(guò)聯(lián)軸器14與所述驅(qū)動(dòng)軸9連接。第二部分系統(tǒng)由聯(lián)軸器14、伺服電機(jī)15（型號(hào)為MHMD082G1U750）組成。伺服電機(jī)15通過(guò)聯(lián)軸器14與第一部分系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸9連接。

如圖1至圖4所示，所述第一端蓋2連接有第一限流板3，所述第二端蓋1連接有第二限流板16。

如圖1至圖4所示，所述第一限流板3、第二限流板16均為圓環(huán)板狀。

本發(fā)明提供的一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置，當(dāng)啟動(dòng)行波壁之后，向下游不斷運(yùn)動(dòng)的行波可以消除在固定圓柱繞流中出現(xiàn)的流動(dòng)分離現(xiàn)象。當(dāng)來(lái)流流經(jīng)行波壁面時(shí)，若壁面運(yùn)動(dòng)的振幅和相速度合適，則在波谷處捕捉到穩(wěn)定的渦。這一系列渦位于主流區(qū)和近壁剪切層之間，可以起到類似“滾動(dòng)軸承”的作用，傳統(tǒng)意義上的邊界層及其副作用就可以被消除掉，阻止尾流形成交替脫落的旋渦，從而極大地減小結(jié)構(gòu)表面的脈動(dòng)壓力，大幅度降低結(jié)構(gòu)表面的升力。由于尾流無(wú)法形成交替脫落的旋渦，也在一定程度上減小了尾流的寬度，消除了尾流中絕對(duì)不穩(wěn)定區(qū)的存在，使得結(jié)構(gòu)表面的阻力也得到了大幅度降低。

本發(fā)明提供的一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置的減振工作流程如下：

（1）來(lái)流流經(jīng)圓柱尾部的行波壁時(shí)，在行波壁波谷處出形成了穩(wěn)定的渦,起到了類似滾動(dòng)軸承的作用，阻止和流動(dòng)分離以及尾流旋渦形成；

（2）結(jié)構(gòu)尾部區(qū)域流場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，從而使得結(jié)構(gòu)氣動(dòng)力特征值改變，結(jié)構(gòu)所受升力和阻力大幅度降低。

本發(fā)明提供的一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置，由圓柱—行波壁機(jī)械傳力系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，通過(guò)控制行波運(yùn)動(dòng)的速度，在波谷處形成一系列穩(wěn)定的渦,消除傳統(tǒng)意義上的剪切層，阻止尾流旋渦形成，同時(shí)大幅度減小了結(jié)構(gòu)表面的氣動(dòng)力。裝置的傳力系統(tǒng)明確，減振原理清晰，能夠很好地減小結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)力和風(fēng)致振動(dòng)效應(yīng)。

本發(fā)明提供的一種圓筒式行波擾流器減阻減振裝置，對(duì)于正在使用中的細(xì)長(zhǎng)圓柱結(jié)構(gòu)，在圓柱的尾部安裝圓筒式行波擾流器減阻減振裝置。在受風(fēng)力影響較大的環(huán)境中，當(dāng)啟動(dòng)行波壁之后，向下游不斷運(yùn)動(dòng)的行波消除了在固定圓柱繞流中出現(xiàn)的流動(dòng)分離現(xiàn)象。當(dāng)來(lái)流流經(jīng)行波壁面時(shí)，若壁面運(yùn)動(dòng)的振幅和相速度合適，則在波谷處捕捉到穩(wěn)定的渦。這一系列渦位于主流區(qū)和近壁剪切層之間，可以起到類似“滾動(dòng)軸承”的作用，傳統(tǒng)意義上的邊界層及其副作用就可以被消除掉，阻止尾流形成交替脫落的旋渦，從而極大地減小結(jié)構(gòu)表面的脈動(dòng)壓力，大幅度降低結(jié)構(gòu)表面的升力。由于尾流無(wú)法形成交替脫落的旋渦也在一定程度上減小了尾流的寬度，消除了尾流中絕對(duì)不穩(wěn)定區(qū)的存在，使得結(jié)構(gòu)表面的阻力也得到了大幅度的降低。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。