本發(fā)明涉及的是一種隔振裝置，具體地說是負(fù)剛度機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：近些年，準(zhǔn)零剛度隔振器因其優(yōu)異的高靜態(tài)剛度、低動態(tài)剛度特性得到了越來越多的關(guān)注，負(fù)剛度作為準(zhǔn)零剛度技術(shù)的核心，其實現(xiàn)方式至關(guān)重要，現(xiàn)有較為典型的方法有：機(jī)械彈簧式、永磁體式、橡膠彈簧式以及電磁鐵式([1]R.A.Ibrahim.“Recentadvancesinnonlinearpassivevibrationisolators.”J.SoundVib,2008)。然而，現(xiàn)有上述方案在實現(xiàn)負(fù)剛度的同時亦附加了一定程度的非線性剛度，且有時所附加的非線性剛度很強(qiáng)，這一點很多時候限制了準(zhǔn)零剛度隔振器的實際應(yīng)用。公開號為CN103256332B的發(fā)明專利公開了一種用于精密減振領(lǐng)域的正負(fù)剛度并聯(lián)減振器。該正負(fù)剛度并聯(lián)減振器利用呈正對布置的內(nèi)外磁鐵矩陣來實現(xiàn)負(fù)剛度，同時給出了磁鐵的極性布置要求。分析該發(fā)明可以發(fā)現(xiàn)：該發(fā)明在實現(xiàn)負(fù)剛度時并未嘗試解決所附加的非線性剛度問題；該發(fā)明的磁鐵在安裝時極性沿著徑向呈正對布置，該種布置方式會在一定程度上降低內(nèi)外磁鐵之間的磁力。公開號為CN104455181B的發(fā)明專利給出了一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負(fù)剛度的準(zhǔn)零剛度隔振器，其用以實現(xiàn)負(fù)剛度的環(huán)形永磁鐵由徑向充磁的磁瓦拼接而成，在實現(xiàn)負(fù)剛度的同時降低了加工成本。該發(fā)明內(nèi)永磁鐵的高度較外永磁鐵的高度較低，在一定程度上獲得了非線性的削弱。然而，該發(fā)明對于永磁鐵負(fù)剛度機(jī)構(gòu)非線性削弱方法的研究并不全面，僅給出了其中一種形式且并未指出該形式如何實現(xiàn)線性剛度；此外該發(fā)明永磁鐵的磁極依舊采用徑向布置，會在一定程度上降低內(nèi)外磁鐵之間的磁力。綜上所述，非線性(尤其是強(qiáng)非線性)的存在一定程度上限制了準(zhǔn)零剛度隔振器的實際應(yīng)用。作為準(zhǔn)零剛度技術(shù)的核心，設(shè)計一款具有線性特性的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)十分必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供能夠在實現(xiàn)負(fù)剛度的同時避免引入非線性這一問題的一種基于永磁體陣列的線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明一種基于永磁體陣列的線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，其特征是：包括外框架、內(nèi)框架，外框架的內(nèi)壁上沿其周向設(shè)置有外框架凹槽，內(nèi)框架的外壁上與每個外框架凹槽相對應(yīng)的位置上分別設(shè)置有內(nèi)框架凹槽，每個外框架凹槽里分別嵌入外永磁體，相鄰?fù)庥来朋w之間極性相斥，所有外永磁體構(gòu)成外永磁體陣列，每個內(nèi)框架凹槽里分別嵌入內(nèi)永磁體，相鄰內(nèi)永磁體之間極性相斥，所有內(nèi)永磁體構(gòu)成內(nèi)永磁鐵陣列，內(nèi)永磁體和外永磁體的磁極均沿著軸向布置。本發(fā)明還可以包括：1、內(nèi)永磁體和外永磁體的軸向為其實際工作方向。2、每對對應(yīng)的內(nèi)永磁體和外永磁體構(gòu)成一組負(fù)剛度單元，每組負(fù)剛度單元的內(nèi)永磁體和外永磁體的磁極沿著軸向相斥布置。3、內(nèi)永磁體和外永磁體均為長方體結(jié)構(gòu)，每對對應(yīng)的內(nèi)永磁體和外永磁體之間留有間距，每對對應(yīng)的內(nèi)永磁體和外永磁體之間高度不等。4、每對對應(yīng)的內(nèi)永磁體和外永磁體之間高度的比值為0.75或1.25。本發(fā)明的優(yōu)勢在于：1、本發(fā)明中內(nèi)永磁體與外永磁體高度不等，通過確定內(nèi)外永磁體高度可滿足的兩個特定比值，可實現(xiàn)線性負(fù)剛度，這是現(xiàn)有永磁體式負(fù)剛度機(jī)構(gòu)所未能實現(xiàn)的。2、不同于現(xiàn)有發(fā)明中永磁體磁極沿著徑向布置，本發(fā)明中內(nèi)外永磁體陣列的磁極采用軸向布置方案，在同等尺寸參數(shù)及相同磁性材料條件下，其所產(chǎn)生的磁力更大，效率更高。附圖說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的立體局部示意圖；圖3a為本發(fā)明內(nèi)永磁體和外永磁體布置示意圖a，圖3b為本發(fā)明內(nèi)永磁體和外永磁體布置示意圖b，圖3c為傳統(tǒng)內(nèi)永磁體和外永磁體布置示意圖；圖4相同仿真條件下內(nèi)外永磁體陣列不同磁極布置方式的力-位移曲線圖；圖5a為本發(fā)明負(fù)剛度機(jī)構(gòu)不同內(nèi)外永磁體高度比下的力-位移曲線圖a，圖5b為本發(fā)明負(fù)剛度機(jī)構(gòu)不同內(nèi)外永磁體高度比下的力-位移曲線圖b。具體實施方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：結(jié)合圖1-5，本發(fā)明一種基于永磁體陣列的線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，主要包括內(nèi)框架1、內(nèi)永磁體陣列2、外永磁體陣列3、外框架4，內(nèi)永磁體陣列2安裝于內(nèi)框架1的凹槽之內(nèi)，相鄰永磁體之間呈極性相斥布置；外永磁體陣列3安裝于外框架4的凹槽之內(nèi)，相鄰永磁體之間呈極性相斥布置；內(nèi)外永磁體皆為長方體結(jié)構(gòu)，其磁極沿著軸向相斥布置，兩者之間留有一定間距。內(nèi)外永磁體陣列中相對的兩個永磁體構(gòu)成一組負(fù)剛度單元，在本實施例中共設(shè)計有12組負(fù)剛度單元，均布于內(nèi)外框架的四邊之上，具體數(shù)量可根據(jù)實際需求予以調(diào)整。內(nèi)永磁體與外永磁體的材料為釹鐵硼，磁極沿著軸向相斥布置。內(nèi)框架1與外框架4的材料為不導(dǎo)磁的304不銹鋼。圖3為本發(fā)明中永磁體布置與傳統(tǒng)設(shè)計中永磁體布置的對比示意圖。其中，(a)、(b)代表本發(fā)明所提出的用以實現(xiàn)線性負(fù)剛度特性可供選擇的兩種布置方案，(c)代表傳統(tǒng)設(shè)計中永磁體的布置方案，每幅圖左側(cè)代表內(nèi)永磁體，右側(cè)代表外永磁體。從圖中可以看出：本發(fā)明中內(nèi)外永磁體陣列的磁極均沿著軸向布置，而非傳統(tǒng)設(shè)計中的徑向布置，且本發(fā)明中內(nèi)外永磁體陣列的高度并不相等，而是滿足某一特定比值，該比值數(shù)量有2個。需要說明的是，軸向表示負(fù)剛度機(jī)構(gòu)實際應(yīng)用時工作方向，在圖3中為豎直方向，徑向與之相垂直。圖4為相同仿真條件下內(nèi)外永磁體陣列不同磁極布置方式的力-位移曲線圖。為說明本發(fā)明相比于傳統(tǒng)設(shè)計在磁力上的優(yōu)勢，針對圖1、圖2中所給出的模型，采用MAXWELL16.0電磁仿真軟件進(jìn)行磁力的仿真計算。由圖可知，本發(fā)明線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)所采用的軸向布置在磁力方面優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計中的徑向布置。需要說明的是，當(dāng)僅考慮單個負(fù)剛度單元時，軸向布置所產(chǎn)生的磁力要略弱于徑向布置；然而，當(dāng)負(fù)剛度單元數(shù)目增多且各負(fù)剛度單元間距較小時，軸向布置所產(chǎn)生的磁力要大于徑向布置，且各負(fù)剛度單元間距越小時，差值越明顯。本發(fā)明線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，其內(nèi)外永磁體陣列的磁極均采用軸向同向布置方案，且內(nèi)外永磁體陣列的高度滿足某一特定比值，采用該種設(shè)計可消除磁負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的非線性特性，以實現(xiàn)線性的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)。詳細(xì)設(shè)計原理及特定比值確定方法陳述如下：基于永磁體陣列的線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)發(fā)生軸向錯位時的磁力為：Fm＝αx+βx3式中，x為軸向位移，α、β代表x不同次冪項的系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，β的符號(sgn(β))與內(nèi)永磁體陣列高度(Hin)和內(nèi)永磁體陣列高度(Hout)的比值(γ＝Hin/Hout)有關(guān)。在[0.5,1]比值范圍內(nèi)存在某一臨界值γc，使得sgn(β)滿足：sgn(β)=-1,γ<γc0,γ=γc1,γ>γc]]>在[1,1.5]比值范圍內(nèi)存在某一臨界值γc′，使得sgn(β)滿足：sgn(β)=1,γ<γc′0,γ=γc′-1,γ>γc′]]>可以看出，在γ＝γc或者γ＝γc′的情況下，磁力與軸向位移之間為線性變化關(guān)系，可滿足線性負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的設(shè)計需要。考慮到結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，γc、γc′的確定可借助于商業(yè)化有限元磁場計算軟件來實現(xiàn)，例如MAXWELL、COMSOL、ANSYS等等。圖5為本發(fā)明負(fù)剛度機(jī)構(gòu)不同內(nèi)外永磁體高度比下的力-位移曲線圖。其中，(a)、(b)分別代表[0.5,1]、[1,1.5]兩高度比區(qū)間內(nèi)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的力-位移曲線圖。由圖可以看出，在[0.5,1]、[1,1.5]內(nèi)均存在某一特定內(nèi)外永磁體高度比值，使得此時的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)僅具有線性特性。在充分的仿真計算基礎(chǔ)上，可確定γc＝0.75、γc′＝1.25，從而可知當(dāng)內(nèi)外永磁體陣列剛度滿足0.75或者1.25時，可實現(xiàn)線性負(fù)剛度特性。當(dāng)前第1頁1 2 3