CN102619916B - 一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，是由导向柱、套盖、滑块、负刚度弹簧、下盖、导向座、滚珠和主弹簧构成，本发明将主弹簧(正刚度弹簧)与负刚度机构并联使减震器具有高静刚度、低动态刚度的特性，实现零赫兹超低频隔振，并且，通过调整螺纹副连接，可以根据被隔振质量调整隔振器刚度曲线，实现隔振性能可调；采用滚珠实现滚动摩擦，减小摩擦阻力；本发明可作为一个部件配备使用，适用于承受振动激励的环境，尤其是低频振动激励的环境，如车辆座椅、悬架，精密仪器隔振、减振抗震等。

Description

一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器

技术领域

本发明涉及一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，本发明适用于低频激励环境下的机器设备隔振，如车辆悬架、座椅、驾驶室、各种精密测量仪器，以及建筑结构抗震等。

技术背景

线性隔振技术已经非常成熟，但是在低频激励环境下(如车辆座椅、精密测量仪器等)，线性隔振有着低频隔振效果好和静态位移大的矛盾，因此，在低频隔振的研究中，被动非线性隔振技术、主动、半主动隔振技术正在广泛的研究。

其中，主动、半主动隔振理论上可以获得很好的低频隔振效果，但是损耗外界能量较大且成本高。

相比之下被动非线性隔振也可以实现超低频隔振，且不需要外界能量输入，成本较低。目前应用较多的为空气弹簧，尤其在车辆悬架和座椅上。空气弹簧具有非线性刚度特性，可以实现静态位移较小，动态刚度较低。但是，有关文献研究表明，空气弹簧隔振最低激励频率为2-3赫兹。实际当中，仪器设备承受的超低频激励最低可达0.5赫兹以下，因此空气弹簧此种情况下，起不到隔振的作用。

基于正负刚度弹簧并联的非线性隔振的研究已经多年，应用该技术理论上可以实现零赫兹的超低频隔振，该项技术在相关设备上的应用已有一些，如一些高精度检测设备、非公路车辆座椅的悬架装置。但是，目前这种技术的应用还不广泛，仅仅局限于某几种设备的隔振，而且所依据该原理设计的非线性隔振设备不具有随质量可调的性能，而在一些设备上，这种可调性至关重要，如车辆座椅，因为驾驶人员的体重差异比较大，要求隔振设备必须具有可调性能。

因此，需要有一种依据非线性被动隔振理论设计的可调的超低频隔振器，可以将其配备到车辆悬架、座椅、精密仪器设备等。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，该隔振器通过机构将正负刚度弹簧并联，从而实现非线性刚度特性，使其具有高静态刚度，理论上零动态刚度，具有超低频隔振的性能。

本发明是由导向柱、套盖、滑块、负刚度弹簧、下盖、导向座、滚珠和主弹簧构成，导向柱穿设在导向座中，导向柱在导向座中可滑动，起导向作用，主弹簧为正刚度压缩弹簧，主弹簧套设在导向柱外，主弹簧的上下两端分别由套盖的顶盖内表面和导向座凹槽端面定位支撑，套、滑块、负刚度压缩弹簧及滚珠构成负刚度弹簧机构，套盖内圆周方向均布开偶数个圆柱形孔，分别与同数量的滑块配合，滑块可在圆柱孔中滑动，负刚度弹簧装在滑块内部，并由滑块和套盖上的圆柱形孔端面定位支撑，滚珠与滑块的球形面配合，且可以相互灵活转动，导向柱与套盖的顶盖之间螺纹联接，导向座外周具有球面结构，该球面与滚珠接触且在套盖和下盖有相对位移时滚珠在其上滚动。

所述的导向座的球面结构可以开设有弧形槽道，滚珠可以在该弧形槽道中上下滑动。

所述的套盖是由套和上盖组成，套的上段外周具有外螺纹与上盖的内螺纹构成螺纹副，圆螺母螺接在套的外周并位于上盖下端，导向柱与上盖之间螺纹联接。该种结构具有可调整性，根据设备的质量进行调整，保证超低频隔振性能。

本发明的有益结果：

1、本发明通过正负刚度弹簧并联方式获得的具有高静刚度低动刚度减震器，具有真正的超低频零赫兹隔振性能。

2、具有可调整性，根据设备的质量进行调整，保证超低频隔振性能。

3、被动隔振，不耗损外界能量，纯机械结构且结构简单，隔振稳定可靠。

4、结构紧凑，可设计成各种规格，适用于各种环境下隔振，如车辆座椅、悬架、精密仪器及建筑抗震等。

附图说明

图1是本发明第一实施例的剖视图。

图2是图1中的A-A向剖视图。

图3是本发明第二实施例的剖视图。

图4是图3中的B-B向剖视图。

图5是本发明第三实施例的剖视图。

图6是图5中的C-C向剖视图。

图7是本发明第四实施例的剖视图。

图8是图7中的D-D向剖视图。

图9是本发明第五实施例的剖视图。

图10是图9中的E-E向剖视图。

图11是本发明的力——位移特性曲线；

图12是本发明的刚度——位移特性曲线

图13是本发明的力——位移曲线随调整变化

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，为本发明的第一实施例，是由导向柱1、套盖3、滑块5、负刚度弹簧6、下盖7、导向座8、滚珠9和主弹簧10构成，导向柱1穿设在导向座8中，导向柱1在导向座8中可滑动，起导向作用，主弹簧10为正刚度压缩弹簧，主弹簧10套设在导向柱1外，主弹簧10的上下两端分别由套盖3的顶盖内表面和导向座8凹槽端面定位支撑，由套盖3、滑块5、负刚度压缩弹簧6及滚珠9构成负刚度弹簧机构，套盖3的内圆周方向均布开八个圆柱形孔，分别与八个滑块5配合，如图2所示，滑块5可在圆柱孔中滑动，负刚度弹簧6装在滑块5内部，并由滑块5和套盖3上的圆柱形孔端面定位支撑，滚珠9与滑块5的球形面配合，且可以相互灵活转动，导向柱1与套盖3的顶盖之间螺纹联接，导向座8外周具有球面11结构，该球面11与滚珠9接触且在套盖3和下盖7有相对位移时滚珠9在其上滚动，负刚度弹簧6在图1中位置具有最大压缩量，当套盖3和下盖7之间相对运动时，主弹簧1压缩量变化，同时负刚度弹簧6压缩量也变化，盖2和下盖7之间力——位移曲线如图11所示，具有高静态刚度低动态刚度的非线性特性，如图12所示，且动态刚度理论上可以实现零刚度，从而实现超低频隔振。

请参阅图3和图4所示，为本发明的第二实施例，是由导向柱1、上盖2、套12、滑块5、负刚度弹簧6、下盖7、导向座8、滚珠9和主弹簧10构成，其中的上盖2和套12构成第一实施例中的套盖3，导向柱1穿设在导向座8中，导向柱1在导向座8中可滑动，起导向作用，主弹簧10为正刚度压缩弹簧，主弹簧10套设在导向柱1外，主弹簧10的上下两端分别由上盖2内表面和导向座8凹槽端面定位支撑，由套12、滑块5、负刚度压缩弹簧6及滚珠9构成负刚度弹簧机构，套12内圆周方向均布开八个圆柱形孔，分别与八个滑块5配合，如图2所示，滑块5可在圆柱孔中滑动，负刚度弹簧6装在滑块5内部，并由滑块5和套12上的圆柱形孔端面定位支撑，滚珠9与滑块5的球形面配合，且可以相互灵活转动，套12上段外周具有外螺纹与上盖2的内螺纹构成螺纹副，圆螺母4螺接在套12的外周并位于上盖2下端，导向柱1与上盖2之间螺纹联接，导向座8与下盖7之间螺纹联接，导向座8外周具有球面11结构，该球面11与滚珠9接触且在上盖2和下盖7有相对位移时滚珠9在其上滚动，负刚度弹簧6在图3中位置具有最大压缩量，当盖2和下盖7之间相对运动时，主弹簧1压缩量变化，同时负刚度弹簧6压缩量也变化，盖2和下盖7之间力——位移曲线如图11所示，具有高静态刚度低动态刚度的非线性特性，如图12所示，且动态刚度理论上可以实现零刚度，从而实现超低频隔振。

应用该隔振器时，平衡位置处于零刚度处时超低频隔振效果最好，当平衡位置偏离零刚度处时，减振效果降低，可通过调整套3与上盖2的螺纹副将平衡位置重新调整至零刚度处，相当于改变隔振器的曲线，使力——位移曲线零刚度处可以上下移动如图13所示，调整之后，旋紧圆螺母4，起到防松作用。

请参阅图5和图6所示，为本发明的第三实施例，该实施例的基本结构与第二实施例相同，不同之处是，所述导向座的球面11开设有弧形槽道111，滚珠9可以在该弧形槽道111中上下滑动。

请参阅图7和图8所示，为本发明的第四实施例，该实施例的基本结构与第二实施例相同，不同之处是，所述导向座的球面11开设有弧形槽道111，滚珠9可以在该弧形槽道111中上下滑动；套12内圆周方向均布开四个圆柱形孔。

请参阅图9和图10所示，为本发明的第五实施例，该实施例的套12内圆周方向均布开二个圆柱形孔。

Claims (2)

1.一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，其特征在于：是由导向柱、套盖、滑块、负刚度弹簧、下盖、导向座、滚珠和主弹簧构成，导向柱穿设在导向座中，导向柱在导向座中可滑动，起导向作用，主弹簧为正刚度压缩弹簧，主弹簧套设在导向柱外，主弹簧的上下两端分别由套盖的顶盖内表面和导向座凹槽端面定位支撑，套盖、滑块、负刚度压缩弹簧及滚珠构成负刚度弹簧机构，套盖内圆周方向均布开偶数个圆柱形孔，分别与同数量的滑块配合，滑块可在圆柱孔中滑动，负刚度弹簧装在滑块内部，并由滑块和套盖上的圆柱形孔端面定位支撑，滚珠与滑块的球形面配合，且可以相互灵活转动，导向柱与套盖的顶盖之间螺纹联接，导向座外周具有球面结构，该球面与滚珠接触且在套盖和下盖有相对位移时滚珠在其上滚动；所述的套盖是由套和上盖组成，套的上段外周具有外螺纹与上盖的内螺纹构成螺纹副，圆螺母螺接在套的外周并位于上盖下端，导向柱与上盖之间螺纹联接。

2.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，其特征在于：所述导向座的球面结构开设有弧形槽道，滚珠能在该弧形槽道中上下滑动。

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