CN105806580B - 可变刚度宽频谐振机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变刚度宽频谐振机构，为解决振动台在扫频实验中交越频率处功率过大、而应用定刚度谐振机构共振频率区间较窄的问题，其包括谐振机构前臂、谐振机构后臂和输出杆；谐振机构后臂位于谐振机构前臂的左侧，谐振机构前臂左端的4个滑块与谐振机构后臂右端的2个导轨滑动配合，谐振机构前臂的后端舌部位于谐振机构后臂中2个后变刚度机构之间，后端舌部的上下端面和2个后变刚度机构的后杠杆机构中的2号后轴承相接触，输出杆安装在谐振机构前臂中2个导向杆的矩形通孔内，输出杆左右圆弧面与谐振机构前臂的导向杆矩形通孔的左右内侧面接触连接，输出杆上下表面与谐振机构前臂中的2个前变刚度机构的前杠杆机构中的2号前轴承相接触。

Description

可变刚度宽频谐振机构

技术领域

本发明涉及一种振动台用谐振装置，更确切地说，本发明涉及一种可变刚度宽频谐振机构。

背景技术

振动台是一种能够再现试件所处振动环境的设备，用来研究被试件在不同振动环境下的可靠性和稳定性。

利用振动台对试件做扫频测试时，由于激振力曲线要实现平滑过度，即存在以平滑交越点，此点对应的频率为交越频率，通过计算各频率对应的输入功率可知，在交越频率对应的功率为最大值，即在某段频率过高导致系统总功率升高，直接提高了制造成本和使用成本。

由于最大功率点存在交越频率处，所以可以采用共振方法来提高振动机械效率，由于共振频带较窄，振动机械难以在共振点上工作，因此为获得共振条件，一般通过非线性弹性元件来拓宽共振频带，实现宽频共振。目前非线性弹性元件大多为随位移增加刚度增大，也存在一些负刚度机构，但是难以利用到振动机械中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的振动台在扫频实验中交越频率处功率过大、而应用定刚度谐振机构共振频率区间较窄的问题，提供了一种可变刚度宽频谐振机构。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的可变刚度宽频谐振机构包括谐振机构前臂、谐振机构后臂和输出杆。

所述的谐振机构后臂位于谐振机构前臂的左侧，谐振机构前臂左端的4个结构相同的滑块与谐振机构后臂右端的2个结构相同的导轨滑动配合，谐振机构前臂中的后端舌部位于谐振机构后臂中2个结构相同的后变刚度机构之间，后端舌部的上下端面和2个结构相同的后变刚度机构的后杠杆机构中的2号后轴承相接触，输出杆安装在谐振机构前臂中2个结构相同的导向杆的矩形通孔内，输出杆左右两侧的圆弧面与谐振机构前臂中的2个结构相同的导向杆的矩形通孔的左右内侧面接触连接，输出杆上下表面与谐振机构前臂中的2个结构相同的前变刚度机构的前杠杆机构中的2号前轴承相接触。

所述的前变刚度机构包括前板簧组件、1号支撑块、前杠杆机构与2号挡块。所述的前板簧组件包括压块、板簧组与2号支撑块。板簧组的左端位于压块与2号支撑块之间，并采用螺栓将三者连接，前板簧组件通过2号支撑块并采用螺栓固定在前框架内侧的左端，前杠杆机构安装在前框架内侧的右端，1号支撑块安装在前杠杆机构的左侧，2号挡块安装在前杠杆机构的右侧，板簧组右端的下表面与前杠杆机构中的1号前轴承的1号前轴承外圈接触连接。

技术方案中所述的谐振机构前臂还包括前框架；所述的4个结构相同的滑块安装在前框架中的1号后板左侧面的四角处，2个结构相同的导向杆安装在前框架中的1号上板与1号下板右端的前后端面上并采用螺栓固定，2个结构相同的变刚度机构依次采用螺栓对称地固定在1号上板与1号下板的内侧面上，2个结构相同的前变刚度机构中的前杠杆机构位于1号上板与1号下板内侧面的右端。

技术方案中所述的前框架还包括1号后板、2个结构相同的1号加强筋和后端舌部。所述的1号后板为矩形平板结构件，1号后板的四角处均匀地分布有与四个结构相同的滑块连接的通孔；所述的1号上板与1号下板为矩形平板结构件，1号上板与1号下板的左右端分别均匀地设置有与前变刚度机构连接固定的螺栓通孔组。

所述的1号上板与1号下板垂直于1号后板，1号上板与1号下板上下对称布置，1号上板与1号下板的左端面和1号后板右端面相接触并采用焊接方式固定连接，2个结构相同的“又”字形的1号加强筋对称地安装在1号上板与1号下板的前后两侧面上并采用焊接方式固定连接，后端舌部的右端面与1号后板左端面的中心位置固定连接，1号上板与1号下板上下对称面与前后对称面和1号后板的横纵向对称面共面，后端舌部的水平与竖直对称面和1号后板的横纵向对称面共面。

技术方案中所述的前杠杆机构包括2个结构相同的1号前轴承、2个结构相同的1号轴、2个结构相同的轴承座、2号轴、杠杆、4个结构相同的轴用弹簧挡圈与2个结构相同的2号前轴承。所述的杠杆由1号杆与2号杆相交组成，1号杆长度大于2号杆的长度，杠杆上设置有左端孔、中间孔与右端孔，左端孔与右端孔位于2号杆与1号杆的外端，中间孔位于1号杆与2号杆交点处，杠杆的左端孔、中间孔与右端孔三个孔心点的连线构成的夹角为110°，2号轴装入杠杆的中间孔中，2号轴的2号轴中间轴段与杠杆的中间孔之间为过盈配合，2号轴的2号轴两端采用轴承装入2个结构相同的轴承座内孔的孔中，2号轴的2号轴两端与2个结构相同的轴承座内孔之间为转动连接，2个结构相同的1号前轴承套装在1号轴的1号轴两端上，1号轴的1号轴两端与2个结构相同的1号前轴承之间为过盈配合，2个结构相同的1号前轴承外侧的1号轴上套装有轴用弹簧挡圈，1号轴装入杠杆的左端孔内，1号轴中间轴段与杠杆的左端孔之间为过盈配合，2个结构相同的2号前轴承套装在第二根1号轴的1号轴两端上，第二根1号轴的1号轴两端与2个结构相同的2号前轴承之间为过盈配合，2个结构相同的2号前轴承外侧的1号轴上套装有轴用弹簧挡圈，第二根1号轴的1号轴中间轴段与杠杆上的右端孔之间为过盈配合。

技术方案中所述的谐振机构后臂还包括后框架与2个结构相同的导轨。所述的2个结构相同的导轨对称地安装在后框架右端的2个结构相同的导轨座中的导轨安装面上，2个结构相同的导轨相互平行，并平行于后框架中2号上板与2号下板的前后侧面，2个结构相同的导轨与2个结构相同的导轨座之间采用螺栓固定连接，2个结构相同的后变刚度机构采用螺栓对称地固定在2号上板与2号下板的内侧面上，2个结构相同的后变刚度机构中的后杠杆机构位于2号上板与2号下板内侧面的右端。

技术方案中所述的后框架还包括2号后板与2个结构相同的2号加强筋。所述的2号上板与2号下板为结构相同的矩形平板结构件，2号上板与2号下板的两端设置有与后变刚度机构连接用的螺栓通孔组；所述的2号后板为矩形平板结构件，2号后板的前后宽度和2号上板与2号下板的前后宽度相等，2号后板上设置有与地基固定用的安装孔；2号上板与2号下板垂直于2号后板，2号上板与2号下板上下对称布置，2号上板与2号下板的左端面和2号后板的右端面相接触并采用焊接方式固定连接；2个结构相同的2号加强筋对称地布置在2号上板与2号下板的前后侧面上，2个结构相同的导轨座对称地固定安装在2个结构相同的2号加强筋右侧的2号上板与2号下板的前后两侧面上并采用焊接方式固定连接，整个后框架为上下与前后对称式结构框架。

技术方案中所述的谐振机构前臂中的2个结构相同的前变刚度机构与谐振机构后臂中2个结构相同的后变刚度机构结构相同；即2个结构相同的前杠杆机构与2个结构相同的后杠杆机构结构相同；2个结构相同的前板簧组件与2个结构相同的后板簧组件结构相同；2个结构相同的1号支撑块与2个结构相同的1号后支撑块结构相同，2个结构相同的2号挡块与2个结构相同的2号后挡块结构相同。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的可变刚度宽频谐振机构达到了良好的效果，计算表明其刚度随位移增大而减小，并且存在一个零刚度点，当越过此点后，表现出负刚度的特性。宽频谐振机构的主要组件为变刚度机构后，当振幅超过零刚度点后，理论上便可以达到任意位置，即用较小的激振力达到了更高振幅，这样便降低了输入功率。

2.利用变刚度机构组成的宽频谐振机构，其整体在静态方面表现出非线性刚度的特性，并联此机构的振动系统，在恒加速、恒速度振动过程中，能够在宽频范围内产生谐振。

3.本发明所述的可变刚度宽频谐振机构采用两节宽频谐振机构串联，使振幅范围进一步扩大，并且降低板簧工作状态应力应变，延长了机构的使用寿命。

4.本发明所述的可变刚度宽频谐振机构应用到振动台中可以充当拉杆的作用，防止振动台侧翻。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构结构组成的轴测投影视图；

图2为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的谐振机构前臂结构组成的轴测投影视图；

图3为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的谐振机构后臂结构组成的轴测投影视图；

图4为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的输出杆结构组成的轴测投影视图；

图5为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的前变刚度机构结构组成的轴测投影视图；

图6为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构板簧组结构组成的轴测投影视图；

图7为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的前杠杆机构结构组成的轴测投影视图；

图8为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的轴承座结构组成的轴测投影视图；

图9为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的前杠杆机构的杠杆结构组成的轴测投影视图；

图10为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的1号轴结构组成的轴测投影视图；

图11为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的2号轴结构组成的轴测投影视图；

图12为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的前框架结构组成的轴测投影视图；

图13为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的后框架结构组成的轴测投影视图；

图14为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的导向杆结构组成的轴测投影视图；

图15为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的板簧结构组成的轴测投影视图；

图16为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的一个应用实例的轴测投影视图；

图17为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的原理示意图；

图18为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的变刚度机构不同初始板簧刚度时输出力与位移关系曲线；

图19为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的变刚度机构不同初始板簧刚度时输出刚度随位移变化曲线；

图20为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的一个实例的动态特性曲线；

图21为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的一个实例应用到液压系统后的负载位移曲线；

图22为本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的一个实例应用到液压系统后对于激振力的影响曲线；

图中：1.谐振机构前臂，2.谐振机构后臂，3.输出杆，4.滑块，5.前框架，501.1号上板，502.1号下板、503.1号后板，504.1号加强筋，505.后端舌部，6.前变刚度机构，7.导向杆，8.后框架，801.2号上板、802.2号下板、803.2号后板，804.导轨座，805.2号加强筋，806.导轨安装面，807.固定肋板，9.导轨，10.前板簧组件，11.1号支撑块，12.前杠杆机构，13.2号挡块，14.压块，15.板簧组，1501.板簧组下表面，1502.板簧，16.2号支撑块，17.1号前轴承，1701.1号前轴承外圈，18.1号轴，1801.1号轴中间轴段，1802.1号轴两端，19.轴承座，1901.3号轴承，1902.轴承压盖,1903.轴承座下支撑块，20.2号轴，2001.2号轴中间轴段，2002.2号轴两端，21.杠杆，2101.左端孔，2102.中间孔，2103.右端孔，2104.2号杆，2105.1号杆，22.轴用弹簧挡圈，23.2号前轴承，2301.2号前轴承外圈，24.后变刚度机构,25.1号后轴承，26.后杠杆机构,27.2号后轴承，28.后板簧组件，29.1号后支撑块，30.2号后轴，31.后杠杆，32.2号后挡块，33.可变刚度宽频谐振机构，34.振动台台体，35.地基。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的可变刚度宽频谐振机构是由谐振机构前臂1、谐振机构后臂2和输出杆3构成。

谐振机构前臂1包括4个结构相同的滑块4、前框架5、2个结构相同的前变刚度机构6和2个结构相同的导向杆7。

参阅图2，所述的滑块4采用型号为HGH20CA的标准件，其整体为方形体结构件，从左端面中间部分向右(内)设置有一个从上到下的等横截面的通槽，通槽槽口的宽度为侧面宽度的1/2，滑块4上的通槽的横截面形状为燕尾形。

参阅图12，所述的前框架5包括1号上板501、1号下板502、1号后板503、2个结构相同的1号加强筋504和后端舌部505，它们之间采用焊接方式连接。

所述的1号上板501与1号下板502为矩形平板结构件，1号上板501与1号下板502的左、右端分别均匀地设置有与前变刚度机构6连接固定的结构相同的螺栓通孔组，即固定前板簧组件10的左端螺栓通孔组和固定连接1号支撑块11、前杠杆机构12、2号挡块13的右端螺栓通孔组，在1号上板501和1号下板502右端的前、后侧面上设置有固定导向杆7的螺栓通孔组，每组中皆包括三个结构相同的螺纹盲孔。

所述的1号加强筋504为“又”字形的叉类结构件，“又”字形叉类结构件的开口端向左，与开口端相对的封闭端向右；其高度与1号上板501上表面和1号下板502下表面的间距相等，其左右长度与导向杆7的左右宽度之和等于1号上板501和1号下板502的左右长度，其厚度与1号上板501、1号下板502、1号后板503的厚度相等。

所述的1号后板503为矩形平板结构件，1号后板503的四角处均匀地分布有与四个结构相同的滑块4连接的通孔，1号后板503高度为滑块4的高度的2.5倍，1号后板503高度与1号上板501上表面和1号下板502下表面的间距相等，1号后板503高度的前后宽度大于1号上板501与1号下板502的前后宽度。

所述的后端舌部505为等横截面的长方体式结构件，其长度为1号后板503厚度的8倍，高度为1号后板503厚度的2.5倍，宽度为1号后板503宽度的1/3。

所述的1号上板501与1号下板502垂直于1号后板503，1号上板501与1号下板502上下对称布置，1号上板501与1号下板502的左端面和1号后板503右端面相接触并采用焊接方式固定连接，2个结构相同的“又”字形的1号加强筋504对称地布置在1号上板501与1号下板502的前后两侧面上并采用焊接方式固定连接，2个结构相同的“又”字形的1号加强筋504的左端面与1号后板503的右端面相接触并采用焊接方式固定连接，起到加强前框架5刚度作用；后端舌部505的右端面与1号后板503左端面的中心位置固定连接；1号上板501与1号下板502上下对称面及前后对称面和1号后板503的横纵向对称面共面，后端舌部505的水平与纵向对称面和1号后板503的横、纵向对称面共面。

参阅图5，前变刚度机构6包括前板簧组件10、1号支撑块11、前杠杆机构12、2号挡块13。其中前板簧组件10的板簧组15下表面1501与前杠杆机构12的1号前轴承17的1号前轴承外圈1701滑动接触连接。

参阅图6，前板簧组件10包括压块14、板簧组15与2号支撑块16，并采用螺栓固定连接。

所述压块14为方形板状结构件，在压块14的四个角的位置设置有4个压块通孔，4个压块通孔与2号支撑块16四角处的支撑块螺纹通孔相互对应。

所述板簧组15是由2～6块板簧1502组成，根据不同的初始刚度需求，可选择不同的数量，且板簧1502的厚度也随不同的初始刚度需求通过计算得出。板簧1502为长方形薄板结构件，其左端设置有4个与压块14上的压块通孔相互对应的板簧组通孔，板簧组通孔直径相同，板簧1502长度为1号上板501长的7/10，宽度与后端舌部505宽度相等。

所述2号支撑块16为方形体式结构件，其宽度与板簧1502宽度相等，其长度与宽度相等，其高度为宽度的4/5，顶端面的四角处设置有4个与压块14上的4个压块通孔相对应的支撑块螺纹通孔；4个支撑块螺纹通孔也和1号上板501与1号下板502的左端螺栓通孔组相对应。

参阅图8，所述的前杠杆机构12包括2个结构相同的1号前轴承17、2个结构相同的1号轴18、2个结构相同的轴承座19、2号轴20、杠杆21、4个结构相同的轴用弹簧挡圈22和2个结构相同的2号前轴承23。

所述杠杆21为半月形杆状件，杠杆21是由1号杆与2号杆相交组成，杠杆21上设置有左端孔2101、中间孔2102与右端孔2103，左端孔2101与右端孔2103位于1号杆与2号杆的外端，中间孔2102位于1号杆与2号杆相交点处，左端孔2101、中间孔2102、右端孔2103三孔心点的连线构成了110°的夹角，2号轴20装入杠杆21的中间孔2102中。

1号轴18为对称式阶梯轴，两端与1号前轴承17内圈配合，中间部分直径和杠杆21左端孔2101与右端孔2103孔直径相等，1号轴18的长度等于板簧1502的宽度。

参阅图9，所述轴承座19为一组合式结构件，轴承座19包括3号轴承1901、轴承压盖1902与轴承座下支撑块1903。上侧为梯形的轴承压盖1902，轴承压盖1902左右两斜面上设置有两个与方形的轴承座下支撑块1903对应的阶梯式的压盖通孔，下侧为一方形的轴承座下支撑块1903，轴承座下支撑块1903的两端竖直地设置有与轴承压盖1902对应的下支撑块螺纹通孔，并且该组下支撑块螺纹通孔间距与前框架5的1号上板501顶面和1号下板502右端的安装杠杆机构12的中间4孔在横向方向对应，长方体形的轴承座下支撑块1903中间为阶梯通孔用来放置3号轴承1901，孔径与3号轴承1901外径相等，轴承压盖1902和轴承座下支撑块1903通过螺栓连接，将3号轴承1901固定于中间位置。

2号轴20为对称式阶梯轴，两端与2个结构相同的轴承座19上的3号轴承1901的轴承内圈配装。中间与杠杆21中间孔2102配合，长度等于前框架5中的1号上板501宽度。

所述的前杠杆机构12的2号轴20的2号轴中间轴段2001与杠杆21的中间孔2102之间为过盈配合，2号轴20的2号轴两端2002与2个结构相同的轴承座19的3号轴承1901内圈之间为过盈配合，2个结构相同的1号前轴承17套装在1号轴18的1号轴两端1802上，1号轴18的1号轴两端1802与2个结构相同的1号前轴承17内圈之间为过盈配合，2个结构相同的1号前轴承17外侧的1号轴18上套装有用于定位的轴用弹簧挡圈22，1号轴18装入杠杆21的左端孔2101内，1号轴中间轴段1801与杠杆21的左端孔2101之间为过盈配合，

同理，2个结构相同的2号前轴承23套装在第二根1号轴18的1号轴两端1802上，第二根1号轴18的1号轴两端1802与2个结构相同的2号前轴承23内圈之间为过盈配合，2个结构相同的2号前轴承23外侧的1号轴18上套装有轴用弹簧挡圈22，第二根1号轴18的1号轴中间轴段1801与杠杆21上的右端孔2103之间为过盈配合。

参阅图14，所述导向杆7为平板结构件，其中有两缺角侧为左侧，其竖直方向的长度与2号上板801上表面和2号下板802下表面的间距相等，水平方向宽度为竖直方向长度的1/3，导向杆7中间位置设置有1个矩形通孔，矩形通孔在水平方向的宽度与输出杆3左右两侧圆弧面外轮廓在水平方向距离相等，矩形孔在竖直方向长度为水平方向宽度的2.5倍，导向杆7的上下两端处均匀地设置有与1号上板501和1号下板502右端的前后侧面上的螺纹盲孔组对应的螺栓通孔组，缺角位置目的是防止与前框架5右侧焊点干涉，其大小可依据前框架5右侧焊点大小配做。

2个结构相同的前变刚度机构6通过螺钉对称地固定于谐振机构前臂1中的前框架5的1号上板501、1号下板502的内侧面上，2个结构相同的导向杆7通过螺钉对称地固定在谐振机构前臂1的前框架5中的1号上板501、1号下板502右端的前、后两侧面上，4个结构相同的滑块4通过螺钉固定于前框架5的1号后板503的四角处，安装在1号后板503的四角处的4个结构相同的滑块4上下前后均为对称地布置，2个结构相同的前变刚度机构6中的前杠杆机构12位于1号上板501与1号下板502内侧面的右端，前板簧组件10中的压块14与2号支撑块16位于1号上板501与1号下板502内侧面的左端。

参阅图3，谐振机构后臂2包括两个与谐振机构前臂1中的前变刚度机构6结构相同的后变刚度机构24、后框架8和两个结构相同的导轨9。

参阅图14，后框架8包括2号上板801、2号下板802、2号后板803、2个结构相同的2号加强筋805和2个结构相同的导轨座804，它们之间采用焊接方式连接。

所述的2号上板801与2号下板802为结构相同的矩形平板结构件，2号上板801和2号下板802的左、右端分别均匀地设置有与后变刚度机构24连接固定的结构相同的螺栓通孔组，即固定后板簧组件28的左端螺栓通孔组与固定连接1号后支撑块29、后杠杆机构26、2号后挡块32的右端螺栓通孔组。

所述的2号后板803为矩形平板结构件，其上均匀地设置有8个通孔，且通孔相对于前后上下对称面均为对称地布置，2号后板803的宽度和后框架8中的2号上板801与2号下板802的宽度相等。

所述的2号加强筋805为“X”形的叉类结构件，其高度与2号上板801上表面和2号下板802下表面的间距相等，其长度与高度相等，其厚度与2号上板801厚度相等。

所述导轨座804为横截面成直角形的结构件，在两直角壁板之间焊接有三个起支撑作用的三角形的固定肋板807，三个固定肋板807均匀对称地布置于导轨座804上，导轨安装平面806向右，并且设置有一组与导轨9上的通孔相对应的用于固定导轨9的螺纹通孔。

2个结构相同的2号加强筋805对称布置在2号上板801、2号下板802的前、后两侧面上，起到加强后框架8的刚度作用，2个结构相同的导轨座804对称地固定安装在2号上板801、2号下板802右端的前、后两侧面上，整个后框架8为上下对称结构。

所述导轨9，其截面形状为燕尾形，大小与滑块4燕尾槽相对应，其长度与后框架8的导轨座804相等，在导轨9的右侧面设置有一组与导轨座804相对应的阶梯通孔。

2个结构相同的后变刚度机构24通过螺栓对称固定于谐振机构后臂2的后框架8中的2号上板801和2号下板802的内侧面上，2个结构相同的导轨9通过螺钉固定于后框架8中的2个结构相同的导轨座804上，且前后对称布置，其位置与谐振机构前臂1的4个滑块4安装后组成的两条燕尾形滑道相对应。

所述的谐振机构前臂1左端的4个结构相同的滑块4与谐振机构后臂2右端的2个结构相同的导轨9滑动配合连接，2个结构相同的导轨9的对称安装保证谐振机构前臂1与谐振机构后臂2相对滑动时保持平行，且采用双平行导轨9、4个结构相同的滑块4可有效传递扭矩，防止谐振机构前臂1倾覆，谐振机构前臂1的前框架5的后端舌部505的上端面、下端面与谐振机构后臂2的2个结构相同的后变刚度机构24中的后杠杆机构26的2个结构相同的2号后轴承27的2号后轴承外圈滑动接触来传递力，输出杆3的左右两侧面为圆弧面，左右两侧的圆弧面与谐振机构前臂1的2个结构相同的导向杆7的矩形孔左右内侧面滑动接触，圆弧面保证在滑动过程中不会产生自锁，输出杆3的上下表面与谐振机构前臂1中的2个结构相同的前变刚度机构6的2个结构相同的前杠杆机构12中的2号前轴承23的2号前轴承外圈2301滑动接触，达到传递力的目的。

本发明所述的可变刚度宽频谐振机构的工作过程

参考图16，利用可变刚度宽频谐振机构时，先将输出杆3与振动台台体34固定，根据限位及所需达到效果要求可采用两个至多个可变刚度宽频谐振机构33，并将可变刚度宽频谐振机构固定于地基35上，首先将可变刚度宽频谐振机构初始状态位置设置为零点，当振动台台体34受到激振力F作用时，会带动输出杆3一起振动，在向上运动过程中，输出杆3向上压谐振机构前臂1中上端的前变刚度机构6的前杠杆机构12，杠杆21围绕其2号轴20转动，将力传递给板簧组15，由于前板簧组件10固定于前框架5的1号上板501上，所以前框架5同时向上运动，谐振机构前臂1的前框架5的后端舌部505向上压谐振机构后臂2中上端的后变刚度机构24的后杠杆机构26的右端，后杠杆机构26的后杠杆31围绕其2号后轴30转动，后杠杆31的左端向下压后板簧组件28，由于后板簧组件28固定与后框架8上，后框架8又固定在地基35上，所以后板簧组件28固定端不动，如此便完成了力的传递过程。由于可变刚度宽频谐振机构为对称性机构，所以在向下运动时与向上运动的过程是一致的。

由于机构为两截，有效的扩大了振幅范围，通过力的传递保证了机构可往复运动，平行放置的两条导轨9、滑块4机构保证了谐振机构前臂1与谐振机构后臂2在相互运动时保持平行，防止谐振机构前臂1侧向转动，每条导轨9上的两个结构相同的滑块4为运动过程中传递力时的产生的力矩提供的平衡力矩，保证谐振机构前臂1不会倾覆。

参阅图15，变刚度机构设计时依据的原理公式为

输出力F的方程为：

输出位移x为：

x＝l₁[sinθ₁-sin(θ₁-Δθ)]

联立上述两式，便得到受力随位移变化曲线，求导便得到刚度随位移变化曲线。

一个实例

本例中选取板簧1502长度为200mm，宽度为50mm，为便于调节刚度，设置三种厚度分别为2.6mm、3.5mm、4.06mm，对应初始刚度为10N/mm，20N/mm，30N/mm，1号杆2105与2号杆2104夹角为110°，初始安装角度θ1为60°，θ2为10°，1号杆2105长60mm，2号杆2104长45mm。

分别设置不同的板簧组15初始刚度，输出力随位移变化曲线如图18所示，输出刚度如图19所示，

图18展示了不同板簧叠加刚度时，输出端受力与位移的变化关系

图19展示了不同板簧叠加刚度时，变刚度机构所呈现出的刚度随位移的变化趋势，结果表明变刚度机构具有非线性刚度的特性。

设置输出杆3连接负载质量80Kg，通过扫频测试得到机构动态特性曲线，如图20所示，表明变刚度谐振机构所形成的共振区较宽。

将变刚度谐振机构放置于液压激振系统中，设置扫频范围为1～20Hz，通过控制使含有谐振机构的系统台面振动幅值与不含谐振机构的系统的台面振动幅值在个各频率点达到一致，如图21所示。得到效果曲线如图22所示，表明含有变刚度谐振机构的系统在达到相同振幅时，在共振区5～20Hz内所需激振力都小于不含谐振机构的系统。

Claims (7)

1.一种可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的可变刚度宽频谐振机构包括谐振机构前臂(1)、谐振机构后臂(2)和输出杆(3)；

所述的谐振机构后臂(2)位于谐振机构前臂(1)的左侧，谐振机构前臂(1)左端的4个结构相同的滑块(4)与谐振机构后臂(2)右端的2个结构相同的导轨(9)滑动配合，谐振机构前臂(1)中的后端舌部(505)位于谐振机构后臂(2)中2个结构相同的后变刚度机构(24)之间，后端舌部(505)的上下端面和2个结构相同的后变刚度机构(24)的后杠杆机构(26)中的2号后轴承(27)相接触，输出杆(3)安装在谐振机构前臂(1)中2个结构相同的导向杆(7)的矩形通孔内，输出杆(3)左右两侧的圆弧面与谐振机构前臂(1)中的2个结构相同的导向杆(7)的矩形通孔的左右内侧面接触连接，输出杆(3)上下表面与谐振机构前臂(1)中的2个结构相同的前变刚度机构(6)的前杠杆机构(12)中的2号前轴承(23)相接触；

所述的前变刚度机构(6)包括前板簧组件(10)、1号支撑块(11)、前杠杆机构(12)与2号挡块(13)；

所述的前板簧组件(10)包括压块(14)、板簧组(15)与2号支撑块(16)；板簧组(15)的左端位于压块(14)与2号支撑块(16)之间，并采用螺栓将三者连接，前板簧组件(10)通过2号支撑块(16)并采用螺栓固定在前框架(5)内侧的左端，前杠杆机构(12)安装在前框架(5)内侧的右端，1号支撑块(11)安装在前杠杆机构(12)的左侧，2号挡块(13)安装在前杠杆机构(12)的右侧，板簧组(15)右端的下表面(1501)与前杠杆机构(12)中的1号前轴承(17)的1号前轴承外圈(1701)接触连接。

2.按照权利要求1所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的谐振机构前臂(1)还包括前框架(5)；

所述的4个结构相同的滑块(4)安装在前框架(5)中的1号后板(503)左侧面的四角处，2个结构相同的导向杆(7)安装在前框架(5)中的1号上板(501)与1号下板(502)右端的前后端面上并采用螺栓固定，2个结构相同的变刚度机构(6)依次采用螺栓对称地固定在1号上板(501)与1号下板(502)的内侧面上，2个结构相同的前变刚度机构(6)中的前杠杆机构(12)位于1号上板(501)与1号下板(502)内侧面的右端。

3.按照权利要求2所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的前框架(5)还包括1号后板(503)、2个结构相同的1号加强筋(504)和后端舌部(505)；

所述的1号后板(503)为矩形平板结构件，1号后板(503)的四角处均匀地分布有与四个结构相同的滑块(4)连接的通孔；

所述的1号上板(501)与1号下板(502)为矩形平板结构件，1号上板(501)与1号下板(502)的左右端分别均匀地设置有与前变刚度机构(6)连接固定的螺栓通孔组；

所述的1号上板(501)与1号下板(502)垂直于1号后板(503)，1号上板(501)与1号下板(502)上下对称布置，1号上板(501)与1号下板(502)的左端面和1号后板(503)右端面相接触并采用焊接方式固定连接，2个结构相同的“又”字形的1号加强筋(504)对称地安装在1号上板(501)与1号下板(502)的前后两侧面上并采用焊接方式固定连接，后端舌部(505)的右端面与1号后板(503)左端面的中心位置固定连接，1号上板(501)与1号下板(502)上下对称面与前后对称面和1号后板(503)的横纵向对称面共面，后端舌部(505)的水平与竖直对称面和1号后板(503)的横纵向对称面共面。

4.按照权利要求1或2所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的前杠杆机构(12)包括2个结构相同的1号前轴承(17)、2个结构相同的1号轴(18)、2个结构相同的轴承座(19)、2号轴(20)、杠杆(21)、4个结构相同的轴用弹簧挡圈(22)与2个结构相同的2号前轴承(23)；

所述的杠杆(21)由1号杆(2105)与2号杆(2104)相交组成，1号杆(2105)长度大于2号杆(2104)的长度，杠杆(21)上设置有左端孔(2101)、中间孔(2102)与右端孔(2103)，左端孔(2101)与右端孔(2103)位于2号杆(2104)与1号杆(2105)的外端，中间孔(2102)位于1号杆(2105)与2号杆(2104)交点处，杠杆(21)的左端孔(2101)、中间孔(2102)与右端孔(2103)三个孔心点的连线构成的夹角为110°，2号轴(20)装入杠杆(21)的中间孔(2102)中，2号轴(20)的2号轴中间轴段(2001)与杠杆(21)的中间孔(2102)之间为过盈配合，2号轴(20)的2号轴两端(2002)采用轴承装入2个结构相同的轴承座内孔(1901)的孔中，2号轴(20)的2号轴两端(2002)与2个结构相同的轴承座内孔(1901)之间为转动连接，2个结构相同的1号前轴承(17)套装在1号轴(18)的1号轴两端(1802)上，1号轴(18)的1号轴两端(1802)与2个结构相同的1号前轴承(17)之间为过盈配合，2个结构相同的1号前轴承(17)外侧的1号轴(18)上套装有轴用弹簧挡圈(22)，1号轴(18)装入杠杆(21)的左端孔(2101)内，1号轴中间轴段(1801)与杠杆(21)的左端孔(2101)之间为过盈配合，2个结构相同的2号前轴承(23)套装在第二根1号轴(18)的1号轴两端(1802)上，第二根1号轴(18)的1号轴两端(1802)与2个结构相同的2号前轴承(23)之间为过盈配合，2个结构相同的2号前轴承(23)外侧的1号轴(18)上套装有轴用弹簧挡圈(22)，第二根1号轴(18)的1号轴中间轴段(1801)与杠杆(21)上的右端孔(2103)之间为过盈配合。

5.按照权利要求1所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的谐振机构后臂(2)还包括后框架(8)与2个结构相同的导轨(9)；

所述的2个结构相同的导轨(9)对称地安装在后框架(8)右端的2个结构相同的导轨座(804)中的导轨安装面(806)上，2个结构相同的导轨(9)相互平行，并平行于后框架(8)中2号上板(801)与2号下板(802)的前后侧面，2个结构相同的导轨(9)与2个结构相同的导轨座(804)之间采用螺栓固定连接，2个结构相同的后变刚度机构(24)采用螺栓对称地固定在2号上板(801)与2号下板(802)的内侧面上，2个结构相同的后变刚度机构(24)中的后杠杆机构(26)位于2号上板(801)与2号下板(802)内侧面的右端。

6.按照权利要求5所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的后框架(8)还包括2号后板(803)与2个结构相同的2号加强筋(805)；

所述的2号上板(801)与2号下板(802)为结构相同的矩形平板结构件，2号上板(801)与2号下板(802)的两端设置有与后变刚度机构(24)连接用的螺栓通孔组；

所述的2号后板(803)为矩形平板结构件，2号后板(803)的前后宽度和2号上板(801)与2号下板(802)的前后宽度相等，2号后板(803)上设置有与地基固定用的安装孔；2号上板(801)与2号下板(802)垂直于2号后板(803)，2号上板(801)与2号下板(802)上下对称布置，2号上板(801)与2号下板(802)的左端面和2号后板(803)的右端面相接触并采用焊接方式固定连接；2个结构相同的2号加强筋(805)对称地布置在2号上板(801)与2号下板(802)的前后侧面上，2个结构相同的导轨座(804)对称地固定安装在2个结构相同的2号加强筋(805)右侧的2号上板(801)与2号下板(802)的前后两侧面上并采用焊接方式固定连接，整个后框架(8)为上下与前后对称式结构框架。

7.按照权利要求1所述的可变刚度宽频谐振机构，其特征在于，所述的谐振机构前臂(1)中的2个结构相同的前变刚度机构(6)与谐振机构后臂(2)中2个结构相同的后变刚度机构(24)结构相同；即2个结构相同的前杠杆机构(12)与2个结构相同的后杠杆机构(26)结构相同；2个结构相同的前板簧组件(10)与2个结构相同的后板簧组件(28)结构相同；2个结构相同的1号支撑块(11)与2个结构相同的1号后支撑块(29)结构相同，2个结构相同的2号挡块(13)与2个结构相同的2号后挡块(32)结构相同。