CN109737168B - 一种准零刚度隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种准零刚度隔振器，通过设置负刚度结构，根据正负刚度相消的原理，系统在平衡位置的刚度接近于零，使系统的固有频率大大降低，以提高隔振能力，实现低频和超低频隔振。不仅能承受较大重量，还能有效地降低系统的动刚度，使得整个系统的固有频率也接近于零，因此，非常适用于低频、甚至超低频隔振。与其他隔振器相比，交叉臂结构、T型滑板以及导轨可以保证拉伸弹簧的伸缩在一条水平线上，从而保证负刚度机构的稳定性，也避免了主弹簧被压缩时的失稳现象。负刚度结构可以通过T型滑板在导轨上位置的细微移动进行调节，同时主弹簧的下端面高度也可在竖直方向进行调节以适应不同质量的物体。

Description

一种准零刚度隔振器

技术领域

本发明涉及隔振装置领域，尤其涉及一种准零刚度隔振器。

背景技术

随着工程技术的发展和人们生活水平的不断提高，越来越多的人展开对设备振动

问题的研究。小到汽车在道路上行驶的颠簸，大到航天器在空中的振动，这些振动都会给机器设备带来一定的消极影响。比如影响设备的运行精度，加剧其的磨损，缩短了结构物的使用寿命。振动还会导致一些结构的变形破坏，飞机可能因为机翼的振动而解体、桥梁可能因为共振而倒塌等等。那么我们如何抑制这些消极的振动，根据振动理论知，当外界激励的振动频率大于系统固有频率的根号二倍时，线性系统才具有隔振作用。因此，线性隔振系统需减低自身的固有频率才能隔离低频激励，但其无法克服刚度与承载质量间的权衡问题，故无法实现。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的提供一种准零刚度隔振器，通过设置负刚度结构，

根据正负刚度相消的原理，使系统在平衡位置的刚度接近于零，从而使系统的固有频率大大降低，以提高其隔振能力，实现低频和超低频隔振。

本发明提供一种准零刚度隔振器，包括底座，所述底座上设置有螺栓座，所述螺栓座上设置有主弹簧，所述主弹簧内设置有伸缩臂，所述伸缩臂顶部设置有载物台，所述主弹簧上部固定于载物台的下端中心处，下部设置有调节螺母，通过调节螺母调节主弹簧的下端面位置及高度，所述载物台两侧均设置有负刚度结构，所述负刚度结构包括交叉臂结构、拉伸弹簧、T型滑板、挡板、连接块与导轨，所述导轨设置在底座的左右两侧，T型滑板下端凸起位于导轨的对应凹槽内，所述交叉臂结构是由两根以上的交叉臂杆通过圆柱销连接而成，所述交叉臂结构一端通过圆柱销连接在底座和载物台上，交叉臂结构另一端通过圆柱销连接在连接块上，所述T型滑板、挡板和连接块通过连接螺栓和连接螺母配合组合固定在一起，所述拉伸弹簧的两端固定在位于左侧的挡板右端和位于右侧的挡板左端，所述底座两侧设置有刻度尺，通过刻度尺对载物台上下跳动的距离进行测量。

进一步改进在于：所述载物台下端设置有支脚，通过支脚对载物台进行支撑保护。

进一步改进在于：所述导轨的一端与底座固定连接在一起，且导轨中部设置有凹槽，以便T型滑板在导轨内平行滑动。

进一步改进在于：所述负刚度结构以底座中心线左右对称，且左右两侧的负刚度结构中的拉伸弹簧、T型滑板、挡板、连接块的参数相同。

进一步改进在于：所述导轨旁设置有接近传感器，通过接近传感器对T型滑板的位置进行检测。

进一步改进在于：所述刻度尺上设置有指示块，通过指示块在刻度尺上滑动，对载物台的位移量进行记录，便于使用时进行数据记录。

本发明有益效果：不仅能承受较大重量，还能有效地降低系统的动刚度，整个系统的固有频率也接近于零，因此，非常适用于低频、甚至超低频隔振。与其他隔振器相比，交臂结构、T型滑板以及导轨可以保证拉伸弹簧的伸缩在一条水平线上，从而保证负刚度机构的稳定性，也避免了主弹簧被压缩时的失稳现象。负刚度结构可以通过T型滑板在导轨上位置的细微移动进行调节，同时主弹簧的下端面高度也可在竖直方向进行调节以适应不同质量的物体，可广泛应用于汽车、精密机床、船舶、航天器等的隔振系统中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构正视图。

图3是本发明的结构俯视图。

其中：1-底座，2-螺栓座，3-主弹簧，4-伸缩臂，5-载物台，6-调节螺母，7-拉伸弹簧，8-T型滑板，9-挡板，10-连接块，11-导轨，12-交叉臂杆，13-圆柱销，14-连接螺栓，15-连接螺母，16-刻度尺，17-支脚，18-接近传感器，19-指示块。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-3所述，本实施例提供一种准零刚度隔振器，包括底座1，所述底座1上设置有螺栓座2，所述螺栓座2上设置有主弹簧3，所述主弹簧3内设置有伸缩臂4，所述伸缩臂4顶部设置有载物台5，所述主弹簧3上部固定于载物台5的下端中心处，下部设置有调节螺母6，通过调节螺母6调节主弹簧3的下端面位置及高度，所述载物台5两侧均设置有负刚度结构，所述负刚度结构包括交叉臂结构、拉伸弹簧7、T型滑板8、挡板9、连接块10与导轨11，所述导轨11设置在底座1的左右两侧，T型滑板8下端凸起位于导轨11的对应凹槽内，所述交叉臂结构是由两根以上的交叉臂杆12通过圆柱销13连接而成，所述交叉臂结构一端通过圆柱销13连接在底座1和载物台5上，交叉臂结构另一端通过圆柱销13连接在连接块10上，所述T型滑板8、挡板9和连接块10通过连接螺栓14和连接螺母15配合组合固定在一起，所述拉伸弹簧7的两端固定在位于左侧的挡板9右端和位于右侧的挡板9左端，所述底座1两侧设置有刻度尺16，通过刻度尺16对载物台5上下跳动的距离进行测量。

所述载物台5下端设置有支脚17，通过支脚17对载物台5进行支撑保护。

所述导轨11的一端与底座1固定连接在一起，且导轨11中部设置有凹槽，以便T型滑板8在导轨11内平行滑动。

所述负刚度结构以底座中心线左右对称，且左右两侧的负刚度结构中的拉伸弹簧7、T型滑板8、挡板9、连接块10的参数相同。

所述导轨11旁设置有接近传感器18，通过接近传感器18对T型滑板8的位置进行检测。

所述刻度尺16上设置有指示块19，通过指示块19在刻度尺16上滑动，对载物台5的位移量进行记录，便于使用时进行数据记录。

本实例中，该隔振器主要由一个负刚度机构和一个承载重物的正刚度弹簧组成。两种机构并联后能使系统的动刚度接近于零，具有准零刚度特性。

本实施例工作原理如下：当被隔振物体置于所述载物台上时，所述载物台向下移动，所述伸缩臂收缩，所述主弹簧被压缩，通过所述圆柱销使得所述交叉臂结构伸长，从而推动所述T型滑板在所述滑移导轨上滑动，继而拉伸弹簧被拉长。

当系统静止即到达平衡位置时，被隔振物体的重量由所述主弹簧承担，所述拉伸弹簧被压缩，只产生水平推力，但在垂直方向上没有分力，此时系统在垂直方向上的静刚度即为主弹簧的刚度，但在平衡位置上下小幅度跳动时被压缩的拉伸弹簧会参与进来，产生垂向分力，在垂直方向上产生负刚度，与主弹簧的正刚度叠加，可使得整个系统在垂直方向上的动刚度接近于零，即系统具有准零刚度特性。

为适应不同质量的被隔振物体，所述主弹簧下方设有调节装置，调节主弹簧下端面位置及高度。通过调节所述主弹簧下方的所述调节螺母上下移动从而调节主弹簧的上下位置，同时也可拆卸所述圆柱销从而改变所述交叉臂杆的数量从而改变交叉臂结构的工作长度，使得系统在能在合适的位置达到新的平衡，保证了系统的准零刚度特性。

本实施例的工作原理是当被隔振物体置于载物台上并到达平衡位置后，主弹簧在垂直方向产生正刚度，负刚度机构在垂直方向产生负刚度，根据正负刚度相消原理，系统此时的刚度为零，即被隔振物体在平衡位置上下振动时，动刚度极低，可以认为等于零，整个系统的固有频率自然就很低，从而达到低频和超低频隔振的目的。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种准零刚度隔振器，其特征在于：包括底座（1），所述底座（1）上设置有螺栓座（2），所述螺栓座（2）上设置有主弹簧（3），所述主弹簧（3）内设置有伸缩臂（4），所述伸缩臂（4）顶部设置有载物台（5），所述主弹簧（3）上部固定于载物台（5）的下端中心处，下部设置有调节螺母（6），通过调节螺母（6）调节主弹簧（3）的下端面位置及高度，所述载物台（5）两侧均设置有负刚度结构，所述负刚度结构包括交叉臂结构、拉伸弹簧（7）、T型滑板（8）、挡板（9）、连接块（10）与导轨（11），所述导轨（11）设置在底座（1）的左右两侧，T型滑板（8）下端凸起位于导轨（11）的对应凹槽内，所述交叉臂结构是由两根以上的交叉臂杆（12）通过圆柱销（13）连接而成，所述交叉臂结构一端通过圆柱销（13）连接在底座（1）和载物台（5）上，交叉臂结构另一端通过圆柱销（13）连接在连接块（10）上，所述T型滑板（8）、挡板（9）和连接块（10）通过连接螺栓（14）和连接螺母（15）配合组合固定在一起，所述拉伸弹簧（7）的两端固定在位于左侧的挡板（9）右端和位于右侧的挡板（9）左端，所述底座（1）两侧设置有刻度尺（16），通过刻度尺（16）对载物台（5）的上下跳动的距离进行测量；所述载物台（5）下端设置有支脚（17），通过支脚（17）对载物台（5）进行支撑保护；所述导轨（11）的一端与底座（1）固定连接在一起，且导轨（11）中部设置有凹槽，以便T型滑板（8）在导轨（11）内平行滑动；所述负刚度结构以底座中心线左右对称，且左右两侧的负刚度结构中的拉伸弹簧（7）、T型滑板（8）、挡板（9）、连接块（10）的参数相同；所述导轨（11）旁设置有接近传感器（18），通过接近传感器（18）对T型滑板（8）的位置进行检测；所述刻度尺（16）上设置有指示块（19），通过指示块（19）在刻度尺（16）上滑动，对载物台（5）的位移量进行记录，便于使用后进行数据记录。