CN105240434B - 碟片弹簧准零刚度隔振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低频或超低频隔振器领域，具体涉及一种碟片弹簧准零刚度隔振器应用于航天器地面振动试验。为了解决现有的准零刚度隔振器承载量小、结构复杂、零刚度附近有效行程较短的缺点，本发明提供了一种准零刚度隔振器，包括碟片弹簧、压片、刚性外壳、线性弹簧、线性弹簧长度调节器组成。碟片弹簧外缘通过压片与刚性外壳连接，碟片弹簧中心与线性弹簧顶部固联，线性弹簧底部与线性弹簧长度调节器固联，线性弹簧长度调节器与刚性外壳螺纹连接。本发明专利与已有低频隔振器相比，具有附加质量小、承载能力大、承载能力可调节，体积小、结构简单、易维护、可靠性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及低频或超低频隔振器领域，具体涉及一种航天器碟片弹簧准零刚度隔振器。
背景技术
准零刚度系统可有效实现模拟在轨自由边界的功能，对于航天器地面微振动试验具有重要的应用价值。现有的零刚度隔振器包括金属弹簧，空气弹簧以及非线性悬吊隔弹簧等，这些减振器在低频范围内承载量较小，附加质量和阻尼较大，无法满足航天器地面试验模拟在轨自由边界的要求。
经检索，申请号为201310330360.3的中国发明专利申请公开了一种名称为“蝶形橡胶准零刚度隔振器”的发明专利申请，该申请的提供的技术方案是：主要由蝶形橡胶与承载接头和上盖固定在一起组成具有负刚度的弹性元件和其下方具有正刚度的轴向橡胶组成，蝶形橡胶内设有加强筋。该隔振器主要用于降低地面振动对汽车、舰船、精密机床等结构的影响，附加阻尼较大，不能模拟航天器在轨自由边界。
发明内容
为了解决现有的准零刚度隔振器承载量小、结构复杂、零刚度附近有效行程较短的缺点，本发明提供了一种准零刚度隔振器。
航天器碟片弹簧准零刚度隔振器，所述隔振器包括线性弹簧长度调节器、碟片弹簧、压片、连接件、线性弹簧、线性弹簧底座、线性弹簧保持杆和刚性外壳，连接件位于刚性外壳顶部与航天器连接，压片将碟片弹簧保持在刚性外壳顶部，线性弹簧位于碟片弹簧中心下部，并且其垂直于碟片弹簧所在平面，线性弹簧底座位于刚性外壳底部中心位置处，其用于容纳所述线性弹簧，线性弹簧保持杆位于线性弹簧中心，以使线性弹簧沿直线收缩，线性弹簧长度调节器位于刚性外壳底部，并与线性弹簧保持杆相连。
本发明的有益效果是:与已有准零刚度隔振器相比具有附加质量小、承载能力大、承载能力可调节，体积小、结构简单、易维护、可靠性强等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的碟片弹簧结构示意图；
图3为本发明多个碟片弹簧组合的结构示意图；
图4为本发明多个碟片弹簧串联的结构示意图；
图5为本发明负刚度碟片弹簧、正刚度线性弹簧及其合成准零刚度曲线图。
其中:
1-弹簧长度调节器；2-碟片弹簧；3-压片、4-连接件；5-线性弹簧；6-刚性外壳；7-线性弹簧底座；8-线性弹簧保持杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图1至图2所示，在实施例1中，碟形弹簧准零刚度隔振器，线性弹簧长度调节器1、碟片弹簧2、压片3、连接件4、线性弹簧5、线性弹簧底座7、线性弹簧保持杆8和刚性外壳6，其中碟片弹簧2具有负刚度，负刚度曲线参见图5中所示，由此与碟片弹簧2线性弹簧5组合形成准零刚度。
本发明所述隔振器的碟片弹簧2的厚度t，高度h，内外边缘半径分别r1和r2满足如下关系以使碟片弹簧刚度可以取到负值：
其中E为杨氏模量，ν为泊松比，δ为位移变形量，K为碟片弹簧刚度，M为表达式简写。
如图1至图2所示，在实施例1中所述隔振器的线性弹簧长度调节器1与刚性外壳6和线性弹簧保持杆8螺纹连接，并通过线性弹簧长度调节器1和线性弹簧保持杆8的相对位移来调整线性弹簧的长度。
所述隔振器的所述碟片弹簧2的外边缘与所述压片3和所述刚体外壳6采用螺钉连接。
所述隔振器的所述碟片弹簧2的中心与所述线性弹簧5的顶部采用孔配合的方式固定连接。
所述隔振器的所述线性弹簧2的底部容纳于所述线性弹簧保持杆8底部凹槽内。
所述隔振器的所述线性弹簧保持杆8具有内螺纹，线性弹簧长度调节器1具有与该内螺纹相配合的外螺纹。
实施例2与实施例1的不同之处在于，为了在有限的空间内提供更大的负刚度，本发明中所述碟形弹簧的数量可以为多个，如图3所示的具有3个蝶形弹簧2的结构，所述多个碟片弹簧2朝向一致，重叠放置于线性弹簧上方。
实施例3与实施例1和2的不同之处在于，为了使增加准零刚度行程，本发明中所述碟形弹簧2可以串联使用，如图4所示的具有3个蝶形弹簧串联的结构。
实施例1－3中所述隔振器的所述碟片弹簧2和线性弹簧5可以为金属材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种航天器碟片弹簧准零刚度隔振器，所述隔振器包括线性弹簧长度调节器(1)、碟片弹簧(2)、压片(3)、连接件(4)、线性弹簧(5)、线性弹簧底座(7)、线性弹簧保持杆(8)和刚性外壳(6)，其特征在于，连接件(4)位于刚性外壳(6)顶部与航天器连接，压片(3)将碟片弹簧(2)保持在刚性外壳(6)顶部，线性弹簧(5)位于碟片弹簧(2)中心下部，并且其垂直于碟片弹簧(2)所在平面，线性弹簧底座(7)位于刚性外壳(6)底部中心位置处，其用于容纳所述线性弹簧(5)，线性弹簧保持杆(8)位于线性弹簧(5)中心，以使线性弹簧(5)沿直线收缩，线性弹簧长度调节器(1)位于刚性外壳(6)底部，并与线性弹簧保持杆(8)螺纹连接，并通过线性弹簧长度调节器(1)和线性弹簧保持杆(8)的相对位移来调整线性弹簧(5)的长度，从而调整线性弹簧(5)的正刚度，所述碟片弹簧(2)的厚度t，高度h，内外边缘半径分别r1和r2满足如下关系以使碟片弹簧刚度取到负值：
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其中E为杨氏模量，ν为泊松比，δ为位移变形量，K为碟片弹簧刚度，M为表达式简写。
2.根据权利要求1所述的隔振器，其特征在于，所述碟片弹簧(2)的外边缘与所述压片(3)和所述刚性外壳(6)采用螺钉连接。
3.根据权利要求1-2任一所述的隔振器，其特征在于，所述碟片弹簧(2)的中心与所述线性弹簧(5)的顶部采用孔配合的方式固定连接。
4.根据权利要求3所述的隔振器，其特征在于，所述线性弹簧(5)的底部容纳于所述线性弹簧保持杆(8)底部凹槽内。
5.根据权利要求4所述的隔振器，其特征在于，所述线性弹簧保持杆(8)具有内螺纹，线性弹簧长度调节器(1)具有与该内螺纹相配合的外螺纹。
6.根据权利要求5所述的隔振器，其特征在于，所述隔振器具有多个碟片弹簧(2)，所述多个碟片弹簧(2)朝向一致，重叠放置于线性弹簧(5)上方。
7.根据权利要求6所述的隔振器，其特征在于，所述隔振器具有多个碟片弹簧(2)，所述多个碟片弹簧(2)中任意相邻两个碟片弹簧(2)相向布置，以构成串联碟片弹簧结构。
8.根据权利要求7所述的隔振器，其特征在于，所述碟片弹簧(2)和线性弹簧(5)为金属材料。
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