CN102678804A - 滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，主要由具有负刚度的滑动弹性梁和连接在其下方的具有正刚度的弹簧组成，并设有用于滑动弹性梁连接的连接部件和用于滑动弹性梁支撑的支撑结构，滑动弹性梁在变形时具有负刚度，弹簧为正刚度，两种弹性元件的组合使用使整个隔振器具有接近零刚度的特征。本发明整体系统具有近似动态准零刚度特性，可以对实现超低频率的振动隔离并兼有抗冲效果。

Description

滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器
技术领域
本发明涉及一种隔振器，具体是一种滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，尤其是具有超低频隔振性能的隔振器。
背景技术
振动和冲击现象广泛的存在于日常生活、工业科技和国防事业中。车辆行驶、机床运转、卫星发射等过程中都存在着振动和冲击现象，这些振动大部分对各种设备的性能及人员的舒适性要求等产生消极作用，因此，需要对这些有害的振动和冲击进行隔离。此外，对于精密仪器的制造和测量，如半导体器件的加工制造平台，大型激光干涉引力波天文台引力波探测等，都需要建立超精密的隔振平台，实现超低频隔振，使得在较高频率有大的衰减。现有的隔振器包括金属弹簧，油压式，空气弹簧以及钢丝绳隔振器等，这些减振器在低频范围内的隔振效果不是十分理想，无法满足超低频隔振的要求。
经检索，中国实用新型专利：具有准零刚度的非线性磁力隔振器，申请号：201120223834.0，该实用新型提供“一种具有准零刚度的非线性磁力隔振器,包括一根垂直设置的线性弹簧(4),其特征是,所述线性弹簧(4)的轴线相对两侧各有一直线导轨(5)且该两直线导轨(5)在同一直线上,所述直线同该线性弹簧(4)轴线正交,直线同该线性弹簧(4)轴线的交点(B)到线性弹簧顶端的距离(h)小于该线性弹簧的长度；每一直线导轨(5)上固定有两个定磁铁(1)且该两个定磁铁(1)之间有间距,在两个定磁铁(1)之间设有一个可在该直线导轨(5)上滑行的滑动磁铁(2)，滑动磁铁(2)两磁极的极性与相邻定磁铁(1)的相邻磁极的极性相同；连杆(3)的两端分别同滑动磁铁(2)和线性弹簧(4)顶端相铰接。该隔振器具有较大的静刚度、却具有较小的动刚度,从而拥有良好的低频隔振效果；且结构紧凑、重量轻、加工方便；磁力又是非接触的,避免了机械结构之间的相互碰撞；而且是被动隔振设备,不需要外加能量。”但是该专利技术还是会存在上述的一些问题，无法满足实际使用的需要。
本发明基于高静刚度低动刚度非线性隔振器的原理，提供一种滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，以满足实际使用的需要。
发明内容
本发明基于高静刚度低动刚度非线性隔振器的原理，提供一种滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，极大地扩展了隔振器的有效隔振范围，可实现大的衰减。
为实现上述目的，本发明设计的隔振器主要由具有负刚度的滑动弹性梁和连接在其下方的具有正刚度的弹簧组成，并设有用于滑动弹性梁连接的连接部件和用于滑动弹性梁支撑的支撑结构，滑动弹性梁在变形时具有负刚度，弹簧为正刚度，两种弹性元件的组合使用使整个隔振器具有接近零刚度的特征。在系统平衡后，具有非常小的动态刚度，以期获取具有超低隔振频率的振动隔离效果。
本发明所述隔振器具体结构包括：弹簧，承载部件，滑动弹性梁，支撑结构，连接部件，基座。整体支撑结构固定在下方基座上，承载部件用来支撑负载和连接滑动弹性梁，滑动弹性梁可以沿着支撑结构中的开口槽而上、下运动，两个或多个滑动弹性梁由承载部件、连接部件通过螺栓进行固定，承载部件、连接部件与滑动弹性梁相配合，并且不影响弹性梁的弯曲。
所述滑动弹性梁的材料为高级弹簧钢，数量为两个，也可由多个滑动弹性梁以一定角度组合而成。
所述滑动弹性梁由支撑结构进行支撑，支撑结构为圆筒形或方形，支撑结构依据滑动梁的数目而开有数量不等的开口槽，供滑动弹性梁在槽内无阻尼或小阻尼地自由滑动。
所述弹簧为线性或非线性弹簧，连接在滑动弹性梁下端，为保证滑动弹性梁能够顺利地沿着上、下方向运动，在弹簧和承载部件上设有第一导向部件、第二导向部件。
所述弹簧的第一导向部件下面设有限位装置，限位装置可以采用现有技术中的橡胶块等常用技术。
所述滑动弹性梁在承载部件和连接部件的连接下保持稳定，连接部件的下部与导向部件连接。承载部件为承载杆，其一端连接在滑动弹性梁上，另一端用于支撑负载，整个隔振器的支撑力由滑动弹性梁和弹簧共同提供。未加负载时，滑动弹性梁和弹簧均处在松弛状态，也可对滑动弹性梁和弹簧进行预紧，以减小施加负载后的初始变形位移。
本发明采用上述技术方案，有益效果在于：整体系统具有近似动态准零刚度特性，可以对实现超低频率的振动隔离并兼有抗冲效果，极大地扩展了隔振器的有效隔振范围，可实现大的衰减。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为图1所示A-A剖面图。
图中：第一导向部件1，弹簧2，承载部件3，滑动梁4，第二导向部件5，支撑结构6，连接部件7，基座8。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-2所示，以隔振器的典型工作状态来说明本发明的具体实施方式。
本实施例所述隔振器具体结构包括：弹簧2，承载部件3，滑动弹性梁4，支撑结构6，连接部件7，基座8。整体支撑结构6固定在下方基座8上，基座8可以固定在基础上，承载部件3用来支撑负载和连接滑动弹性梁4，滑动弹性梁4可以沿着支撑结构6中的开口槽而上、下运动，两个或多个滑动弹性梁由承载部件3、连接部件7通过螺栓进行固定，承载部件3、连接部件7与滑动弹性梁4相配合，并且不影响弹性梁的弯曲。
本实施例中，滑动弹性梁4的材料为高级弹簧钢，数量为两个，也可由多个滑动弹性梁以一定角度组合而成（如四个滑动弹性梁4每隔45°进行组合或六个滑动弹性梁4每隔30°进行组合），滑动弹性梁的承载部件3和连接部件7通过螺栓固定，承载部件3同时作为承载杆和连接部件，用来支撑并固定负载。
合适的支撑结构可以使滑动梁在上、下移动的过程中在支撑结构上实现小摩擦地滑动，滑动梁在负载的作用下弯曲并由正刚度到达负刚度状态，此时和设计好的弹簧相配合起来，形成近似的动态准零刚度。为保持滑动梁上下运动的有效性，采用导向结构来对其运动进行引导，使滑动梁在上、下运动过程中保持稳定。
本实施例中，滑动弹性梁4由支撑结构6进行支撑，支撑结构6为圆筒形或方形（图中所示为圆筒形），支撑结构6依据滑动梁的数目而开有数量不等的开口槽，供滑动弹性梁4在槽内无阻尼或小阻尼地自由滑动。
本实施例中，弹簧2为线性或非线性弹簧2，连接在滑动弹性梁4下端，为保证滑动弹性梁4能够顺利地沿着上、下方向运动，在弹簧2和承载部件3上设计第一导向部件1和第二导向部件5，导向部件可以采用导向筒设计。
本实施例中，滑动弹性梁4在承载部件3和连接部件7的连接下保持稳定，连接部件7的下部与导向部件1连接。承载部件3为承载杆，其一端连接在滑动弹性梁4上，另一端用于支撑负载，整个隔振器的支撑力由滑动弹性梁4和弹簧2共同提供。未加负载时，滑动弹性梁4和弹簧2均处在松弛状态，也可对滑动弹性梁4和弹簧2进行预紧，以减小施加负载后的初始变形位移。
本实施例工作之前未加负载时，滑动弹性梁4和弹簧2处于松弛状态或处于同时预紧状态，将需要进行振动隔离的设备安装在承载部件3上，在设备质量的作用下，滑动弹性梁4和弹簧2向下变形，到达平衡位置，此时对于有预紧的隔振器，已经打开预紧，滑动弹性梁4和弹簧2沿着上、下方向可自由移动。滑动弹性梁4可以由两根或多根滑动梁组成，可根据载荷大小进行设计；相应的，弹簧2需要设计出合适的刚度与滑动梁配合工作。设备加载后，此时隔振器具有较低的动态刚度，根据应用要求的不同可以设计成准零刚度或极低的刚度，因而具有更低的隔振频率，更宽的隔振范围。其中弹簧2的导向设计可以有效防止行程过大的冲击，可以在弹簧2的第一导向筒1下面安装橡胶块等限位装置，在冲击的大位移作用下能够有效抗冲击。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：主要由具有负刚度的滑动弹性梁和连接在其下方的具有正刚度的弹簧组成，并设有用于滑动弹性梁连接的连接部件和用于滑动弹性梁支撑的支撑结构，滑动弹性梁在变形时具有负刚度，弹簧为正刚度，两种弹性元件的组合使用使整个隔振器具有接近零刚度的特征。
2.根据权利要求1所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述隔振器包括：弹簧，承载部件，滑动弹性梁，支撑结构，连接部件以及基座；整体支撑结构固定在下方基座上，承载部件支撑负载和连接滑动弹性梁，滑动弹性梁能沿着支撑结构中的开口槽而上、下运动，两个或多个滑动弹性梁由承载部件、连接部件通过螺栓进行固定，承载部件、连接部件与滑动弹性梁相配合，并且不影响弹性梁的弯曲。
3.根据权利要求2所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述弹簧为线性或非线性弹簧，连接在滑动弹性梁下端，在弹簧和承载部件上设有保证滑动弹性梁能顺利地沿着上、下方向运动的导向部件。
4.根据权利要求1-3任一项所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述滑动弹性梁的材料为高级弹簧钢，数量为两个，或由多个滑动弹性梁以一定角度组合而成。
5.根据权利要求1-3任一项所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述支撑结构为圆筒形或方形，支撑结构依据滑动弹性梁的数目而开有数量不等的开口槽，供滑动弹性梁在槽内无阻尼或小阻尼地自由滑动。
6.根据权利要求1-3任一项所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述滑动弹性梁在承载部件和连接部件的连接下保持稳定，连接部件的下部与导向部件连接。
7.根据权利要求1-3任一项所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述承载部件为承载杆，其一端连接在滑动弹性梁上，另一端用于支撑负载。
8.根据权利要求1-3任一项所述的滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器，其特征是：所述弹簧的第一导向部件下面设有限位装置。
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