Nel campo dell'ingegneria moderna, gli ammortizzatori sono un dispositivo vitale che svolge un ruolo importante nel ridurre le vibrazioni, ridurre il rumore e migliorare la stabilità del sistema. Che si tratti di edifici grattacieli, ponti, automobili o strumenti di precisione e attrezzature aerospaziali, sono inseparabili dall'applicazione di smorzatori. Questo articolo fornirà un'introduzione dettagliata ai concetti di base, ai principi di lavoro, ai tipi, ai campi di applicazione e alle tendenze di sviluppo degli ammortizzatori.
I. Concetti di base
Una serranda è un dispositivo meccanico o idraulico in grado di dissipare l'energia di vibrazione e ridurre l'ampiezza delle vibrazioni. Converte l'energia cinetica delle vibrazioni in energia termica o altre forme di energia attraverso la resistenza viscosa, la resistenza all'attrito o l'effetto elettromagnetico del mezzo di smorzamento (come liquido, gas, elettromagnetico, ecc.), Suppresso così la vibrazione del sistema. In poche parole, la serranda è come un "freno di vibrazione" che può fermare l'oggetto vibrante il più rapidamente possibile.
Ii. Principio di lavoro
Il principio di lavoro dell'ammortizzatore si basa principalmente sull'effetto di smorzamento. Quando il sistema vibra, il mezzo di smorzamento nella serranda genererà una forza di smorzamento proporzionale alla velocità della vibrazione e opposto alla direzione della vibrazione. Secondo la seconda legge di Newton, la forza di smorzamento produrrà un effetto di smorzamento sul sistema di vibrazione, riducendo così l'ampiezza e l'energia della vibrazione. Diversi tipi di smorzatori hanno meccanismi diversi per la generazione di forza di smorzamento. Quanto segue introdurrà diversi tipi comuni di smorzatori e i loro principi di lavoro.
Iii. Tipi
(I) Accumulo liquido
La serranda liquida è un dispositivo che utilizza la viscosità del liquido per generare forza di smorzamento. È composto principalmente da un cilindro, un pistone e un fluido smorzante. Quando il pistone si muove nel cilindro, il fluido di smorzamento scorrerà attraverso i piccoli fori o spazi vuoti sul pistone, generando così resistenza viscosa. Gli smorzatori liquidi hanno i vantaggi della grande forza di smorzamento, velocità di risposta rapida e struttura semplice. Sono ampiamente utilizzati in costruzione, ponti, macchinari e altri campi. Ad esempio, nelle strutture edilizie, gli smorzatori liquidi possono essere installati nella parte superiore o tra i piani di edifici grattacieli. Quando si incontrano terremoti o forti venti, la serranda consumerà energia di vibrazione attraverso il flusso di liquido, ridurrà l'ampiezza delle vibrazioni dell'edificio e migliorerà il terremoto e la resistenza del vento dell'edificio.
(Ii) serranda di gas
Un serranda di gas è un dispositivo che utilizza la compressibilità e la viscosità del gas per generare forza di smorzamento. È composto principalmente da un cilindro, un pistone e un gas. Quando il pistone si muove nel cilindro, il gas viene compresso o ampliato, generando così una forza di smorzamento. Gli smorzatori di gas hanno i vantaggi della forza di smorzamento regolabile, delle piccole dimensioni e del peso leggero e sono ampiamente utilizzati nei campi di automobili, elettronica, aerospaziale, ecc. Ad esempio, nel sistema di sospensioni automobilistiche, gli smorzatori di gas possono essere utilizzati insieme a molle per ridurre i dossi e le vibrazioni dell'auto durante la guida e migliorare il comfort di guida.
(Iii) Americia elettromagnetica
Una serranda elettromagnetica è un dispositivo che utilizza il principio dell'induzione elettromagnetica per generare forza di smorzamento. È composto principalmente da una bobina, un magnete e un conduttore. Quando un conduttore si muove in un campo magnetico, vengono generate una forza elettromotrice indotta e una corrente indotta, generando così una forza di smorzamento elettromagnetica. Gli smorzatori elettromagnetici hanno i vantaggi della forza di smorzamento controllabile, della velocità di risposta rapida e nessuna usura meccanica e sono ampiamente utilizzati in strumenti di precisione, robot, aerospaziale, ecc. Ad esempio, in un equilibrio di precisione, un serraggio elettromagnetico può ridurre la vibrazione dell'equilibrio e migliorare l'accuratezza della misurazione.
(Iv) Accumulo di attrito
Un serranda di attrito è un dispositivo che utilizza resistenza all'attrito per generare forza di smorzamento. È composto principalmente da piastre di attrito, molle e dispositivi di fissaggio. Quando si verifica un movimento relativo tra le piastre di attrito, viene generata la resistenza all'attrito, consumando così energia di vibrazione. Gli smorzatori di attrito hanno i vantaggi di una struttura semplice, a basso costo e forza di smorzamento stabile e sono ampiamente utilizzati in ponti, edifici, macchinari e altri campi. Ad esempio, in una struttura a ponte, è possibile installare uno smorzatore di attrito tra i moli di ponte. Quando il ponte incontra un terremoto o un carico del veicolo, la serranda consumerà energia di vibrazione attraverso l'attrito, ridurrà l'ampiezza delle vibrazioni del ponte e migliorerà la sicurezza del ponte.
IV. Campi di applicazione
(I) Campo di costruzione
Nel campo di costruzione, gli ammortizzatori vengono utilizzati principalmente per migliorare il terremoto e la resistenza al vento degli edifici. Ad esempio, l'edificio Taipei 101 utilizza una serranda di massa sintonizzata, che si trova sull'87 ° al 92 ° piano dell'edificio. È una sfera in acciaio che pesa 660 tonnellate. Accordando con la frequenza di vibrazione dell'edificio, può effettivamente ridurre l'ampiezza delle vibrazioni dell'edificio durante forti venti o terremoti. Inoltre, gli smorzatori possono anche essere utilizzati per ridurre le vibrazioni e il rumore all'interno degli edifici e migliorare il comfort della vita e gli ambienti di lavoro.
(Ii) Campo di ponte
Nel campo dei ponti, gli ammortizzatori vengono utilizzati principalmente per ridurre la vibrazione dei ponti e migliorare la stabilità dei ponti. Ad esempio, il ponte Akashi Kaikyo del Giappone utilizza smorzatori liquidi, che sono installati tra i moli e le travi del ponte, che possono effettivamente ridurre l'ampiezza delle vibrazioni del ponte durante forti venti o terremoti e migliorare la sicurezza del ponte. Inoltre, gli ammortizzatori possono anche essere utilizzati per ridurre la vibrazione e il rumore quando i veicoli guidano sul ponte e migliorano la durata del ponte.
(Iii) campo automobilistico
Nel campo delle automobili, gli ammortizzatori vengono utilizzati principalmente nei sistemi di sospensione e nei sistemi di sedile per ridurre i dossi e le vibrazioni quando l'auto guida e migliora il comfort di guida. Ad esempio, il sistema di sospensione di un'auto di solito utilizza smorzatori di gas o smorzatori liquidi, che vengono utilizzati in combinazione con le molle per assorbire efficacemente l'energia di impatto della superficie stradale e ridurre l'ampiezza di vibrazione del corpo dell'auto. Inoltre, gli ammortizzatori possono anche essere utilizzati nel motore del motore e della trasmissione dell'auto per ridurre le vibrazioni e il rumore e migliorare l'affidabilità e la durata dell'auto.
(Iv) Aerospace
Nel campo aerospaziale, gli ammortizzatori sono utilizzati principalmente per ridurre la vibrazione degli aerei e migliorare la stabilità degli aerei. Ad esempio, i sistemi di controllo dell'atteggiamento di satelliti e razzi di solito usano smorzatori elettromagnetici o smorzatori di gas, che possono effettivamente controllare l'atteggiamento e la vibrazione degli aeromobili e garantire il normale funzionamento degli aeromobili. Inoltre, gli ammortizzatori possono anche essere utilizzati nei motori degli aeromobili e nelle strutture degli aeromobili per ridurre le vibrazioni e il rumore, migliorare l'efficienza dei motori dell'aeromobile e la sicurezza degli aeromobili.
(V) altri campi
Oltre ai campi di cui sopra, gli ammortizzatori sono ampiamente utilizzati in macchinari, elettronica, strumentazione, ferrovie e altri campi. Ad esempio, nell'elaborazione meccanica, gli ammortizzatori possono essere utilizzati per ridurre la vibrazione delle macchine utensili e migliorare l'accuratezza dell'elaborazione; Nelle apparecchiature elettroniche, gli smorzatori possono essere utilizzati per ridurre la vibrazione dei circuiti stampati e migliorare l'affidabilità delle apparecchiature elettroniche; Nella strumentazione, gli smorzatori possono essere utilizzati per ridurre la vibrazione dei puntatori e migliorare l'accuratezza della misurazione; Nel campo ferroviario, gli ammortizzatori possono essere utilizzati per ridurre la vibrazione e il rumore dei treni e migliorare il comfort e la sicurezza in esecuzione dei treni.
V. Tendenze di sviluppo
Con il continuo avanzamento della scienza e della tecnologia e il continuo sviluppo del campo ingegneristico, la domanda di applicazioni per gli ammortizzatori è in aumento e sono anche proposti requisiti più elevati per le prestazioni e le funzioni degli smorzatori. In futuro, le tendenze di sviluppo degli ammortizzatori includono principalmente i seguenti aspetti:
(I) intelligenza
L'intelligenza è una tendenza importante nello sviluppo degli ammortizzatori. Con il continuo sviluppo di sensori, computer e tecnologia di controllo, gli ammortizzatori possono essere combinati con sistemi di controllo intelligenti per ottenere una regolazione automatica e l'ottimizzazione della forza di smorzamento. Ad esempio, gli smorzatori intelligenti possono regolare automaticamente la forza di smorzamento in base ai cambiamenti nell'ambiente esterno (come terremoti, venti forti, carichi di veicoli, ecc.) Per ottenere il miglior effetto di controllo delle vibrazioni. Inoltre, gli ammortizzatori intelligenti possono anche realizzare diagnosi di guasto e funzioni di auto-riparazioni per migliorare l'affidabilità e la vita di servizio degli ammortizzatori.
(Ii) Efficienza
L'efficienza è un'altra tendenza importante nello sviluppo degli smorzatori. Con il continuo miglioramento dei requisiti di controllo delle vibrazioni nel campo dell'ingegneria, gli smorzatori devono avere una maggiore efficienza di smorzamento e capacità di dissipazione dell'energia. In futuro, gli ammortizzatori adotteranno nuovi media di smorzamento e progetti strutturali per migliorare l'efficienza di smorzamento e la capacità di dissipazione dell'energia. Ad esempio, l'uso di nuovi mezzi di smorzamento come nanomateriali, fluidi magnetologici e fluidi elettroreologici può raggiungere una rapida regolazione della forza di smorzamento e un'efficace dissipazione di energia.
(Iii) leggero
Il leggero peso è una direzione importante per lo sviluppo di smorzatori. Con i crescenti requisiti per il leggero peso in campi aerospaziale, automobilistici e altri campi, gli ammortizzatori devono avere un volume più piccolo e un peso più leggero. In futuro, gli ammortizzatori adotteranno nuovi materiali e design strutturali per ottenere leggero. Ad esempio, l'uso di materiali leggeri come lega di alluminio e fibra di carbonio può ridurre il peso dell'ammortizzatore; L'uso della progettazione strutturale compatta può ridurre il volume dell'ammortizzatore.
(Iv) Protezione ambientale
La protezione ambientale è un requisito inevitabile per lo sviluppo degli ammortizzatori. Con la crescente attenzione globale alla protezione ambientale, gli ammortizzatori devono adottare i media di smorzamento e ecologici per ridurre l'inquinamento ambientale. In futuro, gli ammortizzatori utilizzeranno mezzi di smorzamento ecologici come fluidi di smorzamento a base d'acqua e fluidi di smorzamento biodegradabile per sostituire i tradizionali fluidi di smorzamento a base di olio; e adottare processi di produzione verdi per ridurre le emissioni di inquinanti durante il processo di produzione.
In breve, come importante dispositivo di controllo delle vibrazioni, la serranda ha una vasta gamma di prospettive di applicazione nel campo dell'ingegneria moderna. Con il continuo avanzamento della scienza e della tecnologia e il continuo sviluppo del campo ingegneristico, la serranda si svilupperà nella direzione di intelligenza, efficienza, leggerezza e protezione ambientale, portando più comodità e sicurezza nella costruzione e nella vita ingegneristica umana.
