一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器及其實(shí)現(xiàn)方法，涉及隔振裝置領(lǐng)域，包括基座，所述基座中部設(shè)置有彈性升降機(jī)構(gòu)，所述彈性升降機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置有載物臺(tái)，所述載物臺(tái)的兩旁側(cè)分別與設(shè)置于基座兩旁部的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)相連接。實(shí)現(xiàn)方法：將一個(gè)具有一定重量的被隔振物體放置在載物臺(tái)上，使彈簧被壓縮，載物臺(tái)向下移動(dòng)并帶動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)軸桿在固定架的橫槽內(nèi)水平滑動(dòng)，剪叉機(jī)構(gòu)向下伸展，復(fù)位彈簧被壓縮；使連桿運(yùn)動(dòng)水平位置，以使隔振器處于平衡位置，當(dāng)外界的振動(dòng)激勵(lì)作用在基座時(shí)，振動(dòng)傳遞到隔振器上，隔振器開始工作，隔離微幅低頻振動(dòng)。該隔振器不僅保證一定的承載能力和極低的剛度，而且具有行程放大的作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)便。
【專利說明】
一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器及其實(shí)現(xiàn) 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器及其實(shí)現(xiàn)方法，涉及 隔振裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，隔振技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和工程項(xiàng)目中的地位越來越重 要，特別是對(duì)于低頻和超低頻的隔離。由于線性隔振系統(tǒng)存在的局限性，非線性隔振系統(tǒng)應(yīng) 用于低頻隔振已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。近年來，由具有負(fù)剛度特性的元件或機(jī)構(gòu)，與正剛 度彈簧并聯(lián)后組成的準(zhǔn)零剛度隔振器受到許多學(xué)者的青睞。準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)利用正負(fù)剛度相 消原理，在不失承載能力的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)保持很低的系統(tǒng)剛度，大大降低隔振 的起始頻率，在低頻或者超低頻隔振中具有很好的效果。但是目前的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)零剛 度隔振器只有在較大振動(dòng)幅值狀態(tài)下，才能表現(xiàn)出很好的隔振性能。當(dāng)外界振動(dòng)幅值很小 時(shí)，比如1_甚至〇.5_的振幅，則達(dá)不到理想的隔振效果。研究人員初步分析的原因是在微 幅振動(dòng)下，彈簧的變形量很小，負(fù)剛度機(jī)構(gòu)介入很少，基本上不工作，導(dǎo)致正負(fù)剛度相消的 效果表現(xiàn)不出來。所以，負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式需要改進(jìn)和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出能夠適應(yīng)于隔離微 幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器及其實(shí) 現(xiàn)方法，不僅保證一定的承載能力和極低的剛度，而且具有行程放大的作用，提高負(fù)剛度機(jī) 構(gòu)的介入程度，很好地實(shí)現(xiàn)微幅低頻振動(dòng)的隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)便。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，包括 基座，所述基座中部設(shè)置有彈性升降機(jī)構(gòu)，所述彈性升降機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置有載物臺(tái)，所述載 物臺(tái)的兩旁側(cè)分別與設(shè)置于基座兩旁部的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)相連接。
[0005] 進(jìn)一步地，所述彈性升降機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于基座中部的軸承座，所述軸承座上縱向 穿設(shè)有可活動(dòng)升降的導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿的上端設(shè)置有與載物臺(tái)固定連接的固定座，導(dǎo)桿上套 置有夾設(shè)于固定座與軸承座之間彈簧。
[0006] 進(jìn)一步地，所述負(fù)剛度機(jī)構(gòu)包括與基座旁部固定連接的固定架，所述固定架內(nèi)設(shè) 置有下端經(jīng)復(fù)位彈簧與基座相連接的剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)與固定架相鉸 接，剪叉機(jī)構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)設(shè)置有軸桿，所述軸桿穿出開設(shè)于固定架上的橫槽與另一端鉸接 于載物臺(tái)下部側(cè)的連桿相鉸接。
[0007] 進(jìn)一步地，所述固定架由位于前后側(cè)的倒LJ型架體組成，所述倒U型架體下端與 基座固定連接。
[0008] 進(jìn)一步地，所述固定架內(nèi)設(shè)置有位于前后側(cè)的兩剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的下端 分別鉸接有經(jīng)鉸鏈座與基座相連接的復(fù)位彈簧，兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)經(jīng)第二軸桿相連接 并與固定架相鉸接，兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)經(jīng)軸桿相連接，所述軸桿的兩側(cè)端分別穿出橫 槽，軸桿穿出橫槽的端部分別與另一端鉸接于載物臺(tái)前后側(cè)的兩連桿相鉸接。
[0009] 進(jìn)一步地，所述剪叉機(jī)構(gòu)包括下端與復(fù)位彈簧的上端相鉸接的剪叉短臂，所述剪 叉短臂的上端分別鉸接有剪叉長(zhǎng)臂，兩剪叉長(zhǎng)臂呈交叉狀且中部相鉸接。
[0010] -種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟： 1) 將一個(gè)具有一定重量的被隔振物體放置在載物臺(tái)上，使彈簧被壓縮，載物臺(tái)向下移 動(dòng)并帶動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)軸桿在固定架的橫槽內(nèi)水平滑動(dòng)，剪叉機(jī)構(gòu)向下伸展，復(fù)位彈簧被 壓縮； 2) 使連桿運(yùn)動(dòng)水平位置，以使隔振器處于平衡位置，當(dāng)外界的振動(dòng)激勵(lì)作用在基座時(shí)， 振動(dòng)傳遞到隔振器上，隔振器開始工作，隔離微幅低頻振動(dòng)。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的線性隔振器相比，能夠在保證 系統(tǒng)承載能力的同時(shí)，大大降低系統(tǒng)的剛度，使得隔振器的固有頻率接近于零，從而可以降 低隔振器的隔振起始頻率，擴(kuò)寬隔振頻率范圍，提高隔振器的性能，并且能實(shí)現(xiàn)低頻隔振。 與同類其他隔振器相比，負(fù)剛度機(jī)構(gòu)是由剪叉機(jī)構(gòu)和彈簧組成，其中剪叉機(jī)構(gòu)不僅具有較 強(qiáng)的非線性，且具有行程放大的作用，能夠增加彈簧的變形量，提高負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的介入程 度，使負(fù)剛度機(jī)構(gòu)在微小幅度振動(dòng)下也能發(fā)揮較好的作用，實(shí)現(xiàn)微幅低頻隔振。并且，可以 承載較大質(zhì)量的被隔振物體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造方便，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明放置被隔振物體后處于平衡位置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖； 圖4為本發(fā)明的力-位移特性曲線； 圖5為本發(fā)明的剛度-位移特性曲線； 圖中：10-基座 20-彈性升降機(jī)構(gòu)21-軸承座22-導(dǎo)桿23-固定座24-彈簧 30-載物臺(tái)40-負(fù)剛度機(jī)構(gòu)41-固定架42-復(fù)位彈簧43-剪叉短臂44-剪叉長(zhǎng)臂 45-軸桿46-橫槽47-連桿48-鉸鏈座49-第二軸桿50-被隔振物體。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳 細(xì)說明如下，但本發(fā)明并不限于此。
[0014] 參考圖1至圖5 一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，包括基座10,所述基座中部設(shè)置有 彈性升降機(jī)構(gòu)20,所述彈性升降機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置有載物臺(tái)30,所述載物臺(tái)的兩旁側(cè)分別與 設(shè)置于基座兩旁部的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)40相連接。
[0015] 本實(shí)施例中，所述彈性升降機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于基座中部的軸承座21，所述軸承座上 縱向穿設(shè)有可在軸承座內(nèi)上下移動(dòng)的導(dǎo)桿22,所述導(dǎo)桿的上端設(shè)置有與載物臺(tái)固定連接的 固定座23,導(dǎo)桿上套置有夾設(shè)于固定座與軸承座之間彈簧24。
[0016] 本實(shí)施例中，所述負(fù)剛度機(jī)構(gòu)包括與基座旁部固定連接的固定架41，所述固定架 內(nèi)設(shè)置有下端經(jīng)復(fù)位彈簧42與基座相連接的剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)與固定架 相鉸接，剪叉機(jī)構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)設(shè)置有軸桿45,所述軸桿穿出開設(shè)于固定架上部的橫槽46與 另一端鉸接于載物臺(tái)下部側(cè)的連桿47相鉸接。
[0017] 本實(shí)施例中，所述固定架由位于前后側(cè)的倒LJ型架體組成，所述倒U型架體下端 與基座固定連接。
[0018] 本實(shí)施例中，所述固定架內(nèi)設(shè)置有位于前后側(cè)的兩剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的下 端分別鉸接有經(jīng)鉸鏈座48與基座相連接的復(fù)位彈簧42,兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)經(jīng)第二軸桿 49相連接，所述第二軸桿的兩端分別與固定架相鉸接，兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)經(jīng)軸桿45相 連接，所述軸桿的兩側(cè)端分別穿出橫槽46,軸桿可在橫槽內(nèi)左右滑動(dòng)。軸桿穿出橫槽的端部 分別與另一端對(duì)應(yīng)鉸接于載物臺(tái)前后側(cè)的兩連桿47相鉸接，從而保證兩個(gè)剪叉機(jī)構(gòu)同步運(yùn) 動(dòng)。
[0019] 本實(shí)施例中，所述剪叉機(jī)構(gòu)包括下端與復(fù)位彈簧的上端相鉸接的剪叉短臂43,所 述剪叉短臂的上端分別鉸接有剪叉長(zhǎng)臂44,兩剪叉長(zhǎng)臂呈交叉狀且中部相鉸接。將水平滑 動(dòng)轉(zhuǎn)變成垂直運(yùn)動(dòng)，具有行程放大的功能?？筛鶕?jù)實(shí)際需要，增加剪叉機(jī)構(gòu)的層數(shù)。
[0020] 本實(shí)施例中，固定架的橫槽內(nèi)可設(shè)置滑塊或類似裝置，減少與軸桿之間的摩擦。
[0021] 上述一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步 驟： 1) 將一個(gè)具有一定重量且重量適宜的被隔振物體放置在載物臺(tái)上，使彈簧被壓縮，載 物臺(tái)向下移動(dòng)并帶動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)軸桿在固定架的橫槽內(nèi)水平滑動(dòng)，剪叉機(jī)構(gòu)向下伸展， 復(fù)位彈簧被壓縮； 2) 使連桿運(yùn)動(dòng)水平位置，以使隔振器處于平衡位置，當(dāng)外界的振動(dòng)激勵(lì)作用在基座時(shí)， 振動(dòng)傳遞到隔振器上，隔振器開始工作，隔離微幅低頻振動(dòng)。
[0022] 在本實(shí)施例中，對(duì)隔振器進(jìn)行靜力學(xué)分析，隔振器結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)見圖3;所述彈 簧的剛度為&，復(fù)位彈簧的剛度為&，連桿長(zhǎng)度為<2:，剪叉機(jī)構(gòu)的固定端離中心線的距離為 β;連桿與水平線的夾角為多，剪叉長(zhǎng)臂與豎直線的夾角為:#，A點(diǎn)偏離平衡位置的距離為 &且向下為正，復(fù)位彈簧所產(chǎn)生的作用為^^。當(dāng)A點(diǎn)作用一個(gè)豎直向下的作用力F時(shí)，A點(diǎn)向 平衡位置運(yùn)動(dòng)，且參數(shù)#、，和Μ會(huì)隨著作用力F的變化而變化。
[0023]其受力如下：
將其代入上式可得如下力F與位移u之間的關(guān)系式： = f 5
選定一組系統(tǒng)參數(shù):a=117.73mm，b=33.84 mm，D=179.48 mm，％=30 mm，1>=4·7Ν/ mm， fca=15 N/ mm。代入可得系統(tǒng)的力-位移特性曲線，如圖4所示。將作用力F對(duì)u求導(dǎo)可得系統(tǒng) 的剛度K與u的關(guān)系式，即可得系統(tǒng)的剛度-位移特性曲線，如圖5所示。從圖中可以看出，隔 振系統(tǒng)在平衡位置處(u=0)的剛度為零，且在平衡位置附近有一段平緩區(qū)，剛度很小并接近 于零。說明隔振系統(tǒng)具有準(zhǔn)零剛度特性，系統(tǒng)在平衡位置不僅具有較好的承載能力，而且在 該位置附近的一定范圍內(nèi)固有頻率很低。所以隔振系統(tǒng)具有很低的隔振起始頻率，能夠?qū)?現(xiàn)低頻隔振。
[0024] 在本實(shí)施例中，根據(jù)以上分析得到的隔振器的工作原理如下：如圖2所示，根據(jù)被 隔振物體的重量確定隔振器的各個(gè)參數(shù)，確保被隔振物體放置載物臺(tái)后，系統(tǒng)處于平衡位 置，即連桿處于水平位置。彈簧為線性正剛度彈簧，起到支撐重物的作用。負(fù)剛度機(jī)構(gòu)在垂 直方向上具有負(fù)剛度特性。根據(jù)剛度正負(fù)相消原理，彈簧與負(fù)剛度機(jī)構(gòu)并聯(lián)后能夠使隔振 系統(tǒng)在平衡位置的總體剛度很低，保證系統(tǒng)很低的固有頻率。從而大大降低系統(tǒng)的起始隔 振頻率，實(shí)現(xiàn)低頻隔振。
[0025] 本實(shí)施例中，負(fù)剛度機(jī)構(gòu)采用了剪叉機(jī)構(gòu)，與普通的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)相比，具有行程放 大的作用。當(dāng)隔振器的激勵(lì)振動(dòng)為微小振幅時(shí)，剪叉機(jī)構(gòu)能將微小振幅放大并傳至復(fù)位彈 簧，復(fù)位彈簧的變形量增大，負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的介入程度提高，使得隔振器正負(fù)剛度相消的效果 更明顯，發(fā)揮出隔振器非線性的隔振效果，實(shí)現(xiàn)微幅低頻振動(dòng)的隔離。
[0026] 綜上所述，本實(shí)例中的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器能夠?qū)崿F(xiàn) 微幅低頻振動(dòng)的隔離。與傳統(tǒng)線性隔振器和同類隔振器相比，本實(shí)例中的隔振器在微幅低 頻隔振方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需外界提供能源，適應(yīng)性能強(qiáng)，在精密儀器、 敏感設(shè)備、精密加工、航空航天工程等領(lǐng)域具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā) 明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出不同形式的適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器并不需要?jiǎng)?chuàng)造性 的勞動(dòng)，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變 化、修改、替換和變型，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，包括基座，其特征在于，所述基座 中部設(shè)置有彈性升降機(jī)構(gòu)，所述彈性升降機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置有載物臺(tái)，所述載物臺(tái)的兩旁側(cè) 分別與設(shè)置于基座兩旁部的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，其特征在 于，所述彈性升降機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于基座中部的軸承座，所述軸承座上縱向穿設(shè)有可活動(dòng)升 降的導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿的上端設(shè)置有與載物臺(tái)固定連接的固定座，導(dǎo)桿上套置有夾設(shè)于固定 座與軸承座之間彈簧。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，其特征在 于，所述負(fù)剛度機(jī)構(gòu)包括與基座旁部固定連接的固定架，所述固定架內(nèi)設(shè)置有下端經(jīng)復(fù)位 彈簧與基座相連接的剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)與固定架相鉸接，剪叉機(jī)構(gòu)的上 端內(nèi)側(cè)設(shè)置有軸桿，所述軸桿穿出開設(shè)于固定架上的橫槽與另一端鉸接于載物臺(tái)下部側(cè)的 連桿相鉸接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，其特征在 于，所述固定架由位于前后側(cè)的倒U型架體組成，所述倒U型架體下端與基座固定連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，其特征 在于，所述固定架內(nèi)設(shè)置有位于前后側(cè)的兩剪叉機(jī)構(gòu)，所述剪叉機(jī)構(gòu)的下端分別鉸接有經(jīng) 鉸鏈座與基座相連接的復(fù)位彈簧，兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端外側(cè)經(jīng)第二軸桿相連接并與固定架相 鉸接，兩剪叉機(jī)構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)經(jīng)軸桿相連接，所述軸桿的兩側(cè)端分別穿出橫槽，軸桿穿出橫 槽的端部分別與另一端鉸接于載物臺(tái)前后側(cè)的兩連桿相鉸接。6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器，其特征 在于，所述剪叉機(jī)構(gòu)包括下端與復(fù)位彈簧的上端相鉸接的剪叉短臂，所述剪叉短臂的上端 分別鉸接有剪叉長(zhǎng)臂，兩剪叉長(zhǎng)臂呈交叉狀且中部相鉸接。7. -種如權(quán)利要求3所述的適用于隔離微幅低頻振動(dòng)的準(zhǔn)零剛度隔振器的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于，包括以下步驟： 1) 將一個(gè)具有一定重量的被隔振物體放置在載物臺(tái)上，使彈簧被壓縮，載物臺(tái)向下移 動(dòng)并帶動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)軸桿在固定架的橫槽內(nèi)水平滑動(dòng)，剪叉機(jī)構(gòu)向下伸展，復(fù)位彈簧被 壓縮； 2) 使連桿運(yùn)動(dòng)水平位置，以使隔振器處于平衡位置，當(dāng)外界的振動(dòng)激勵(lì)作用在基座時(shí)， 振動(dòng)傳遞到隔振器上，隔振器開始工作，隔離微幅低頻振動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F16F7/00GK105864339SQ201610381177
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】楊曉翔, 藍(lán)雙
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)