CN104455181A - 一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器 - Google Patents

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Abstract

一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，包括底座，和底座连接的外筒，外筒的顶部缺口内放置外永磁铁，上盖与外筒连接，滑动轴承与上盖中心孔套合，中心轴套入滑动轴承内，并与其小间隙配合；在中心轴位于滑动轴承下部的位置依次连接有套筒和调节套，在套筒内装有内永磁铁；弹簧套在中心轴的底部，其底端与底座固定，顶端与调节套固定；中心轴上的标记线用于表征内永磁铁相对外用磁铁的位置，当标记线与滑动轴承的上端面重合时，内永磁铁正对于外永磁铁，隔振器处于正常的工作状态；本发明具有高静态刚度和低动态刚度的特点，能够隔离较大幅值的基础激励，并且被隔振物体的质量可调节。

Description

一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器
技术领域
本发明涉及隔振器技术领域，具体涉及一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器。
背景技术
振动现象的产生会产生各种危害：既影响机器设备的性能；也会影响我们的生活质量，如汽车的振动会降低乘车的舒适性。因此，研究人员提出了各种振动抑制方法，设计出了各式各样的隔振器。但是传统隔振器的固有频率较高，难以满足低频隔振的需要。
对于质量为m，刚度为k的单自由度系统，系统的固有频率为由线性隔振理论可知，当基础激励频率大于时，隔振器具有隔振效果。因此，隔振器的隔振频率范围与隔振器的固有频率wn有关，减小wn时，可以增大隔振频率范围。为了降低隔振器的固有频率wn，可以减小隔振器的刚度或增大被隔振物体的质量。由于实际的需求，被隔振物体的质量不能增大。故只能从降低系统刚度的角度考虑，而对于在竖直方向进行隔振的隔振器，刚度过小，支撑弹簧的静变形将会很大，这会受到实际空间的限制；而且支撑弹簧过大的变形会导致滞弹性效应。为解决这一技术问题，研究人员提出了具有高静态刚度和低动态刚度的非线性隔振器，它能同时满足高承载能力和低固有频率这两方面的技术要求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，具有高静态刚度和低动态刚度的特点，能够隔离较大幅值的基础激励，并且被隔振物体的质量可调节。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，包括底座1，和底座1通过第一螺栓3连接的外筒4，所述外筒4内壁底部开有一圈底部缺口，底座1和外筒4位置相对应处设置有底座凸台2，外筒4的底部缺口和底座1的底座凸台2形状相适配；外筒4内壁顶部开有一圈顶部缺口，顶部缺口内放置外永磁铁7，上盖9通过第二螺栓8与外筒4连接，上盖9下端面带有上盖凸台15，上盖凸台15卡在外筒4的顶部缺口内，同时上盖凸台15的底面顶住外永磁铁7；滑动轴承10与上盖9的中心孔套合，并与上盖9通过机械螺钉14连接，中心轴12套入滑动轴承10内，并与滑动轴承10小间隙配合；在中心轴12位于滑动轴承10下部的位置连接有套筒16，在套筒16内装有内永磁铁17，细牙螺母19将内永磁铁17和中心轴12固定，在内永磁铁17和细牙螺母19间设置保护垫片18；在中心轴12位于细牙螺母19下部的位置处通过细牙螺纹连接有调节套6，弹簧5套在中心轴12的底部，其底端与底座1固定，顶端与调节套6固定；中心轴12上的标记线13用于表征内永磁铁17相对外用磁铁7的位置，当标记线13与滑动轴承10的上端面重合时，内永磁铁17正对于外永磁铁7，隔振器处于正常的工作状态，使用时，被隔振的物体11固定在中心轴12的顶端。
所述内永磁铁17和外永磁铁7均为辐射充磁，且充磁方向相反，如内永磁铁17向外辐射充磁，则外永磁铁7向内辐射充磁。
所述内永磁铁17和外永磁铁7可以采用径向充磁的磁瓦拼接的方式形成，替代环形永磁铁。
所述内永磁铁17和外永磁铁7的材料为汝铁硼。
除内永磁铁17和外永磁铁7外，所述准零刚度隔振器的其它零部件均为非导磁性或弱导磁性的材料。
所述非导磁性或弱导磁性的材料为304不锈钢。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)可通过设计内永磁铁17和外永磁铁7的高度、厚度以及内、外永磁铁的间隙等几何参数，使得该准零刚度隔振器能在平衡位置附近较大区域内产生很大的负刚度，且负刚度的均匀性较好。因此，该准零刚度隔振器能隔离较大幅值的基础激励，且非线性效应较弱。
2)一般而言，准零刚度隔振器只能在特定的某个位置或范围工作，如本发明，系统处于平衡状态时，若内永磁铁17和外永磁铁7的中截面重合，隔振效果最好；若沿轴线方向，内永磁铁17偏离外永磁铁7较多，就不能达到准零刚度隔振器应有的隔振效果。隔振器承受的重量不同时，机械弹簧的变形量就不同，这就会使得隔振器偏离理论工作位置。本发明克服了这一缺陷，中心轴12末端的调节套6具有调节距离的功能。对于不同质量的重物，可以通过旋转中心轴12，调节中心轴12与调节套6的相对距离，直到标记13与滑动轴承10的上端面重合。此时，内永磁铁17与外永磁铁7的中截面重合，隔振器处于理想工作状态。
3)由于辐射充磁的环型永磁铁加工困难，成本高，可采用径向充磁的磁瓦拼接的方式替代环形永磁铁，结构简单，成本低廉。
4)利用滑动轴承10与轴12配合，限制了轴12的径向运动；同时，轴12相对运动过程中的摩擦阻尼很小。
5)调节套6和底座1上的套筒限制了弹簧5承重时的弯曲程度，保证了弹簧5的垂直度。
6)底座凸台2和上盖凸台15的设置保证了底座1和外筒4，外筒4和上盖9的径向定位精度。
总之，本发明所提出的准零刚度隔振器，对较大幅值的基础激励和不同重量的物体都具有很好的隔振效果。而且，本发明提出的隔振器结构简单，装拆方便，可靠性高。
附图说明
图1为本发明准零刚度隔振器剖视图。
图2为外筒与外永磁铁装配示意图。
图3为外筒与磁瓦拼接的外永磁铁装配示意图。
图4为磁瓦拼接的内永磁铁示意图。
图5为隔振器系统的刚度-位移曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，包括底座1，和底座1通过第一螺栓3连接的外筒4，所述外筒4内壁底部开有一圈底部缺口，底座1和外筒4位置相对应处设置有底座凸台2，外筒4的底部缺口和底座1的底座凸台2形状相适配，底座1的底座凸台2卡在外筒4的底部缺口上，保证底座1和外筒4的对中性。如图2所示，外筒4内壁顶部开有一圈顶部缺口，顶部缺口内放置外永磁铁7。上盖9通过第二螺栓8与外筒4连接，上盖9下端面带有上盖凸台15，上盖凸台15卡在外筒4的顶部缺口内，同时上盖凸台15的底面顶住外永磁铁7，防止外永磁铁7沿轴向的相对运动。滑动轴承10与上盖9的中心孔套合，并与上盖9通过机械螺钉14连接，中心轴12套入滑动轴承10内，并与滑动轴承10小间隙配合，中心轴12和滑动轴承10可以沿轴向相对运动，也可以相对转动。在中心轴12位于滑动轴承10下部的位置连接有套筒16，在套筒16内装有内永磁铁17，细牙螺母19将内永磁铁17和中心轴12固定，在内永磁铁17和细牙螺母19间设置保护垫片18；在中心轴12位于细牙螺母19下部的位置处通过细牙螺纹连接有调节套6，弹簧5套在中心轴12的底部，其底端与底座1固定，顶端与调节套6固定，固定方式可采用焊接的方式。底座1上的套筒和调节套6可以限制弹簧5的横向弯曲，保证弹簧的垂直度。中心轴12上的标记线13用于表征内永磁铁17相对外用磁铁7的位置，当标记线13与滑动轴承10的上端面重合时，内永磁铁17正对于外永磁铁7，隔振器处于正常的工作状态，中心轴12转动时，就可以相对调节套6上下运动，从而调节内磁铁17和外磁铁7的相对距离，直到标记13和滑动轴承10的上端面重合，此时内磁体17的中截面和外磁铁7的中截面重合，系统处于正常的工作状态。使用时，被隔振的物体11固定在中心轴12的顶端。
所述内永磁铁17和外永磁铁7均为辐射充磁，且充磁方向相反，如内永磁铁17向外辐射充磁，则外永磁铁7向内辐射充磁。
由于辐射充磁的环形永磁铁加工困难，价格高，可采用径向充磁的磁瓦拼接形成，如附图3、附图4分别为外永磁铁和内永磁铁的拼接示意图。本发明内永磁铁17和外永磁铁7采用磁瓦拼接的方式形成，替代环形永磁铁。由于磁瓦间的斥力作用，用磁瓦拼接成完整的环形磁铁很困难，故磁瓦间允许存在间隙，不需要拼成完整的环形磁铁。
作为本发明的优选实施方式，所述内永磁铁17和外永磁铁7的材料为汝铁硼。
作为本发明的优选实施方式，除内永磁铁17和外永磁铁7外，所述准零刚度隔振器的其它零部件均为非导磁性或弱导磁性的材料。如304不锈钢。
本发明的工作原理如下：如附图5所示，在平衡位置附近,由两个永磁铁构成的磁力弹簧产生很大的负刚度；并联磁力弹簧后，系统在平衡位置处的刚度很小，接近于零。因此，系统动刚度很小，振动时的固有频率很低。当系统处于静止状态时，内永磁铁17的中截面和外永磁铁7的中截面重合，由对称性，外磁铁7对内磁铁17沿轴向的磁力为零，因此该磁力弹簧不会影响隔振器的静承载能力。综上，该准零刚度隔振器具有低固有频率和高静承载能力的特性。

Claims (6)

1.一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：包括底座(1)，和底座(1)通过第一螺栓(3)连接的外筒(4)，所述外筒(4)内壁底部开有一圈底部缺口，底座(1)和外筒(4)位置相对应处设置有底座凸台(2)，外筒(4)的底部缺口和底座(1)的底座凸台(2)形状相适配；外筒(4)内壁顶部开有一圈顶部缺口，顶部缺口内放置外永磁铁(7)，上盖(9)通过第二螺栓(8)与外筒(4)连接，上盖(9)下端面带有上盖凸台(15)，上盖凸台(15)卡在外筒(4)的顶部缺口内，同时上盖凸台(15)的底面顶住外永磁铁(7)；滑动轴承(10)与上盖(9)的中心孔套合，并与上盖(9)通过机械螺钉(14)连接，中心轴(12)套入滑动轴承(10)内，并与滑动轴承(10)小间隙配合；在中心轴(12)位于滑动轴承(10)下部的位置连接有套筒(16)，在套筒(16)内装有内永磁铁(17)，细牙螺母(19)将内永磁铁(17)和中心轴(12)固定，在内永磁铁(17)和细牙螺母(19)间设置保护垫片(18)；在中心轴(12)位于细牙螺母(19)下部的位置处通过细牙螺纹连接有调节套(6)，弹簧(5)套在中心轴(12)的底部，其底端与底座(1)固定，顶端与调节套(6)固定；中心轴(12)上的标记线(13)用于表征内永磁铁(17)相对外用磁铁(7)的位置，当标记线(13)与滑动轴承(10)的上端面重合时，内永磁铁(17)正对于外永磁铁(7)，隔振器处于正常的工作状态，使用时，被隔振的物体(11)固定在中心轴(12)的顶端。
2.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：所述内永磁铁(17)和外永磁铁(7)均为辐射充磁，且充磁方向相反，如内永磁铁(17)向外辐射充磁，则外永磁铁(7)向内辐射充磁。
3.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：所述内永磁铁(17)和外永磁铁(7)采用径向充磁的磁瓦拼接的方式形成，替代环形永磁铁。
4.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：所述内永磁铁(17)和外永磁铁(7)的材料为汝铁硼。
5.根据权利要求1所述的一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：除内永磁铁(17)和外永磁铁(7)外，所述准零刚度隔振器的其它零部件均为非导磁性或弱导磁性的材料。
6.根据权利要求5所述的一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于：所述非导磁性或弱导磁性的材料为304不锈钢。
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