CN106168528B - 非线性弹性辅助振动装置及振动摇摆台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非线性弹性辅助振动装置及振动摇摆台，旨在克服振动摇摆台研制中由于消耗功率过大导致振动摇摆台的设计、制造和使用成本大幅上升，甚至无法设计出满足使用的振动摇摆台的问题。振动摇摆台包括支撑平台(1)、4个非线性弹性辅助振动装置(2)、4个支撑座(3)与3个激振器(4)；3个激振器(4)通过球铰安装在支撑平台(1)与底座(5)之间；4个非线性弹性辅助振动装置(2)对称地布置在支撑平台(1)的四周，4个非线性弹性辅助振动装置(2)分别通过其中的舌形板(13)与支撑平台(1)一侧固定连接，4个非线性弹性辅助振动装置(2)安装在4个支撑座(3)上，4个支撑座(3)的底端与底座(5)固定连接。

Description

非线性弹性辅助振动装置及振动摇摆台

技术领域

本发明涉及一种属于振动环境试验领域中的装置。更确切地说，本发明涉及一种非线性弹性辅助振动装置及包含该振动装置的振动摇摆台。

背景技术

振动摇摆台是一种能够再现被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。当被试件质量较大，振动位移、速度和加速度幅值要求较高时，满足特定的振动试验条件，振动摇摆台所需输入功率会大幅上升。受设计制造和使用成本制约，现有振动摇摆台的适用范围受到限制。

为节约能源、提高效率，扩大振动摇摆台的使用范围，中国专利授权公告号为CN201876344U，授权公告日为2011.06.22，专利名称为“可调支撑刚度共振式振动台”，该申请案公开了一种支撑刚度可以调节的共振式振动台，利用共振的方式来降低功率消耗，节约能源。其公开了三种较常见的刚度调节方式。其刚度调节方式分别为调整支撑振动台运动部分的板簧悬臂长度、螺旋弹簧有效作用圈数和气弹簧气室压强。其不足之处为当刚度调节结束之后，振动台的固有频率即确定了下来，在使用过程中，不经外部力调节，刚度无法改变，即在振动过程中，系统的固有频率难以改变。且专利文件中并没有指出“可调支撑刚度共振式振动台”的具体形式。

中国专利授权公布号为CN105806580A，授权公布日为2016.07.27，申请号为201610379095.1，专利名称为“可变刚度宽频谐振机构”，该申请案公开了一种可用于振动台的宽频谐振机构，该机构利用板簧和杠杆结构实现整个机构的刚度随位移增大而减小的特性，将其应用在振动台上，可以实现在宽频范围内的共振效果，降低输入功率。但是该谐振机构结构较为复杂，在工作过程中，杠杆端部轴承与板簧和输出杆等部件经常发生碰撞，结构的整体可靠性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术在重载大振幅振动摇摆台研制过程中，由于系统消耗功率过大导致振动摇摆台的设计、制造和使用成本大幅上升，甚至无法设计出满足使用要求的振动摇摆台的问题，提供了一种非线性弹性辅助振动装置及包含该振动装置的振动摇摆台。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的非线性弹性辅助振动装置包括框架、底面导轨、顶面导轨、下压紧块、舌形板、上压紧块、弹簧、连杆、连接块、滑块与立柱；

所述的底面导轨安装在框架的框架底板的中间处，顶面导轨安装在框架的框架顶板的中间处，滑块安装在底面导轨与顶面导轨上为滑动连接，立柱竖直地安装在框架底板与框架顶板之间并采用螺栓连接，下压紧块、舌形板与上压紧块由下至上安装在立柱上为滑动连接，下压紧块的下端与上压紧块的上端通过连杆与连接块铰接，连接块的侧面通过弹簧与框架连接，连接块的底面与滑块固定连接。

技术方案中所述的上压紧块与下压紧块的结构相同，下压紧块与上压紧块为长方体形空心结构件，下压紧块与上压紧块四角处设置有直角导向通槽，上压紧块的顶端的中心处设置有底面为圆柱面的凹槽，凹槽的前后槽壁上设置有用以安装销轴的上圆通孔即上前圆通孔与上后圆通孔，上前圆通孔与上后圆通孔的回转轴线共线；上压紧块的底面设置成圆弧面，圆弧面的曲率半径与舌形板的上、下圆弧曲面的曲率半径大小相同。

技术方案中所述的立柱竖直地安装在框架底板与框架顶板之间并采用螺栓连接是指：

所述的立柱包括右前立柱、左前立柱、左后立柱与右后立柱；所述的右前立柱、左前立柱、左后立柱与右后立柱的底端和框架底板内表面上的1号底板凸起、2号底板凸起、3号底板凸起与4号底板凸起依次对正接触，并采用螺栓固定；右前立柱、左前立柱、左后立柱与右后立柱的顶端和框架顶板上的四个矩形的顶面凸起依次对正接触，并采用螺栓固定，右前立柱、左前立柱、左后立柱与右后立柱相互平行，并垂直于框架底板与框架顶板。

技术方案中所述的下压紧块的下端与上压紧块的上端通过连杆与连接块铰接是指：

所述的连杆包括右下连杆、左下连杆、左上连杆与右上连杆；所述的连接块包括右下连接块、左下连接块、左上连接块与右上连接块；所述的下压紧块的下端和右下连杆、左下连杆上端铰接，右下连杆的下端与右下连接块铰接，左下连杆的下端与左下连接块铰接；上压紧块的上端和左上连杆、右上连杆的下端铰接，左上连杆的上端与左上连接块铰接，右上连杆的上端与右上连接块铰接。

技术方案中所述的右下连接块、右上连接块、左下连接块与左上连接块为结构相同的正方体形结构件，右下连接块、右上连接块、左下连接块与左上连接块上设置有两侧开口的正方形凹槽，在凹槽的前后槽壁上设置有用以安装连接销轴的圆通孔，槽底上均匀地布置有四个连接孔，用于和右下滑块、右上滑块、左下滑块与左上滑块进行螺栓连接，凹槽的另一槽壁上设置有一个连接孔，用以和1号右下弹簧座、1号右上弹簧座、1号左下弹簧座与1号左上弹簧座进行螺栓连接。

技术方案中所述的连接块的侧面通过弹簧与框架连接，连接块的底面与滑块固定连接是指：

所述的连接块包括右下连接块、左下连接块、左上连接块与右上连接块；所述的弹簧包括左下弹簧、左上弹簧、右上弹簧与右下弹簧；所述的右下连接块的右端通过1号右下弹簧座与右下弹簧的左端连接，右下弹簧的右端通过2号右下弹簧座与框架的框架右立板的下端连接，右下连接块的底端面与滑块中的右下滑块顶端面固定连接；左下连接块的左端通过1号左下弹簧座与左下弹簧的右端连接，左下弹簧的左端通过2号左下弹簧座与框架的框架左立板的下端连接，左下连接块的底端面与左下滑块顶端面固定连接；右上连接块的右端通过1号右上弹簧座与右上弹簧的左端连接，右上弹簧的右端通过2号右上弹簧座与框架的框架右立板的上端连接，右上连接块的顶端面与右上滑块的底端面固定连接；左上连接块的左端通过1号左上弹簧座与左上弹簧的右端连接，左上弹簧的左端通过2号左上弹簧座与框架的框架左立板的上端连接，左上连接块的顶端面与左上滑块的底端面固定连接。

技术方案中所述的框架还包括框架左立板与框架右立板；其中：框架左立板与框架右立板结构相同，框架顶板与框架底板结构相同，皆为等矩形横截面的板类结构件；框架顶板、框架底板、框架左立板与框架右立板的前后宽度相等，框架顶板、框架底板、框架左立板与框架右立板的厚度相等，它们之间通过螺栓连接或者焊接成矩形框架。

技术方案中所述的框架底板内表面的中间位置均匀地设置有2排共四个矩形的底板凸起即1号底板凸起、2号底板凸起、3号底板凸起与4号底板凸起，四个底板凸起的形状、大小相同，四个底板凸起上分别设置有用于立柱安装固定的螺栓通孔，四个矩形的底板凸起的对称中心连线是一矩形,即1号底板凸起、2号底板凸起、3号底板凸起与4号底板凸起分布在框架底板内表面中间位置一个矩形的四角处，3号底板凸起与4号底板凸起的一长端面和框架底板的一长端面共面，1号底板凸起与2号底板凸起的一长端面和框架底板的另一长端面共面；四个矩形的底板凸起的高度设置为5～10mm；四个矩形的底板凸起上分别设置一组结构相同的螺栓通孔，每一组螺栓通孔与立柱端部所设置的一组螺纹孔对正，1号底板凸起、2号底板凸起和3号底板凸起、4号底板凸起之间的框架底板上均匀地布置有安装底面导轨的螺纹孔。

技术方案中所述的舌形板的左端部分设置为圆柱体结构件，圆柱体结构件装入支撑平台的一端面上的圆孔中，并采用焊接方式将圆柱体结构件与支撑平台相连接；舌形板的右端部分设置成由上表面、下表面、前表面、后表面与两端的平面所组成的扁圆柱体；上表面与下表面为1号圆弧面，上表面与下表面的曲率半径大小相同,上表面与下表面的曲率半径和上压紧块的底面与下压紧块的顶端面的曲率半径相等；前表面与后表面为2号圆弧面，前表面与后表面的曲率半径为前、后表面外切平面之间距离的二分之一，左端部分的圆柱体与右端部分的扁圆柱体连成一体，圆柱体的回转轴线与扁圆柱体的对称中心线共线。

所述的一种振动摇摆台包括支撑平台、4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置、4个结构相同的支撑座与3个或4个结构相同的激振器；

所述的3个或4个结构相同的激振器均匀地竖直地布置在支撑平台的下方与底座的上方，3个或4个结构相同的激振器的上、下端通过球铰分别和支撑平台与底座转动连接；

所述的4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置均匀地对称地布置在支撑平台的四周，任何相邻的2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置之间的夹角为90度，任何相对的2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置之间相互平行，4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置分别通过其中的舌形板与支撑平台一侧端面固定连接，非线性弹性辅助振动装置的底端通过螺栓安装在支撑座上，支撑座的底端与底座的顶端螺栓连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的振动摇摆台中的非线性弹性辅助振动装置结构简单、可靠性高，其刚度可自动调节，随着非线性弹性辅助振动装置中舌形板振幅的增大，其刚度降低。

2.本发明所述的振动摇摆台的固有频率随着振幅的增大而减小。

3.本发明所述的振动摇摆台在定频振动过程中，通过调节振动幅值，可改变振动摇摆台固有频率，使其与激振频率一致，达到共振效果。

4.本发明所述的振动摇摆台在扫频振动过程中，恒速度幅值和恒加速度幅值振动时，振动位移幅值会随着激振频率的增大而下降，此时振动摇摆台的固有频率也会随着振幅的减小而增大，当非线性弹性辅助振动装置中各结构参数设计合理时，振动摇摆台固有频率会随着激振频率的变化而同步变化，从而实现宽频范围内的共振效果。

5.本发明所述的非线性弹性辅助振动装置作用到振动摇摆台中，不仅可以起到谐振作用，降低输入功率，而且可以限制振动摇摆台X、Y方向移动自由度和绕Z轴的转动自由度，抑制振动摇摆台在振动过程中的横向牵连运动，有利于振动控制算法实现和控制精度保持。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的含有非线性弹性辅助振动装置的三自由度的振动摇摆台结构组成的轴测投影视图；

图2为本发明所述的含有非线性弹性辅助振动装置的振动摇摆台的主视图；

图3为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置结构组成的主视图；

图4为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置拆除前面两个立柱后结构组成的轴测投影视图；

图5为图3中A-A处的剖视图；

图6为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中框架结构组成的轴测投影视图；

图7为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的右前立柱结构组成的轴测投影视图；

图8为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的上压紧块结构组成的轴测投影视图；

图9为图8所示上压紧块绕纸面内水平轴线旋转90度后得到的轴测投影视图；

图10为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的右下连接块结构组成的轴测投影视图；

图11为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的右上连杆结构组成的轴测投影视图；

图12为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的左上连杆结构组成的轴测投影视图；

图13为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的舌形板结构组成的轴测投影视图；

图14为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置的受力分析图；

图15为本发明所述的振动摇摆台经过仿真分析得到的施加于舌形板上的压紧块推力随舌形板位移的变化关系曲线；

图16为本发明所述的振动摇摆台经过仿真分析得到的作用到非线性弹性辅助振动装置的刚度随舌形板位移的变化关系曲线；

图17为本发明所述的振动摇摆台假设作用到非线性弹性辅助振动装置上的等效质量为80kg时，振动摇摆台固有频率随振幅的变化曲线；

图18为本发明所述的振动摇摆台在不同振动状态下的振动摇摆台固有频率及激振频率与振幅的关系曲线；

图19-1为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中所采用的等横截面为矩形的底面导轨结构组成的主视图；

图19-2为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中所采用的等横截面为燕尾型的底面导轨结构组成的主视图；

图19-3为本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中所采用的等横截面为圆形的底面导轨结构组成主正视图；

图中：1.支撑平台，2.非线性弹性辅助振动装置，3.支撑座，4.激振器，5.底座，6.右前立柱，7.框架，7-1.框架顶板，7-2.框架右立板，7-3.框架底板，7-4.框架左立板，7-5.1号底板凸起，7-6.2号底板凸起，7-7.3号底板凸起，7-8.4号底板凸起，8.右下连杆，9.右下连接块，10.右下滑块，11.底面导轨，11-1.1号底面导轨，11-2.2号底面导轨，11-3.3号底面导轨，12.下压紧块，13.舌形板，14.上压紧块，15.左下弹簧，16.左下连杆，17.左上连杆，18.右上连杆，19.左前立柱，20.左后立柱，21.右后立柱，22.左上弹簧，23.右上弹簧，24.右下弹簧，25.顶面导轨，26.左下滑块，27.左下连接块，28.左上滑块，29.左上连接块，30.右上滑块，31右上连接块，32.1号右下弹簧座，33.2号右下弹簧座，34.2号左下弹簧座，35.1号左下弹簧座，36.1号左上弹簧座，37.2号左上弹簧座，38.1号右上弹簧座，39.2号右上弹簧座。

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，本发明所述的振动摇摆台包括支撑平台1、4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2、4个结构相同的支撑座3与3个结构相同的激振器4。

所述的支撑平台1为八角形平板结构件,此结构有利于提高支撑平台自身的固有频率,支撑平台1的4个侧端面对称地布置有四个结构相同的圆形盲孔,任意相邻的两个盲孔之间的夹角为90度，四个结构相同的圆形盲孔用于将舌形板13插入其中,并采用焊接方式将两者连成为一个整体,支撑平台1的顶端面上均布有若干个用于固定被试件的螺纹孔；支撑平台1底端面上加工有3或4组均匀分布的螺纹孔，其用于安装激振器4。

所述的3个结构相同的激振器4也可以采用4个结构相同的激振器4,3个或者4个结构相同的激振器4的结构类型不限，可以采用伺服阀控制双出杆液压油缸结构形式的液压式激振器或者是伺服电机控制电动缸形式的电动式激振器，它们均匀地布置在支撑平台1的下方，3个或者4个结构相同的激振器4的上、下端通过球铰或者虎克铰分别与支撑平台1的底面和底座5转动连接。

所述的4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2均匀地对称地布置在支撑平台1的四周，任何相邻2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置之间的夹角为90度，任何相对的2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置之间相互平行，4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置分别通过舌形板13与振动台台体1侧端面相连接，舌形板13与支撑平台1的连接为嵌入到支撑平台1内部并采用焊接方式连接在一起，或通过螺栓固定在振动台台体1侧端面上。非线性弹性辅助振动装置的底端通过螺栓安装在支撑座3上，支撑座3又与底座5通过螺栓连接。

参阅图2，为避免振动摇摆台在工作过程中支撑平台1与非线性弹性辅助振动装置2间发生干涉，位于支撑平台1右侧的非线性弹性辅助振动装置2的左端面与支撑平台1右端面之间距离应不小于其中L₁为图2中所示支撑平台1右侧端面至绕舌形板旋转的中心之间的距离，L₂为支撑平台1上下端面之间距离的二分之一。其它三个结构相同的非线性弹性辅助振动装置与所面对的支撑平台1侧端面的间距与上面所述间距相同。

参阅图3至图5，本发明所述非线性弹性辅助振动装置包括框架7、底面导轨11、顶面导轨25、下压紧块12、舌形板13、上压紧块14、弹簧、连杆、滑块、连接块与立柱。其中：

弹簧包括左下弹簧15、左上弹簧22、右上弹簧23、右下弹簧24；

连杆包括右下连杆8、左下连杆16、左上连杆17与右上连杆18；

滑块包括右下滑块10、左下滑块26、左上滑块28与右上滑块30；

连接块包括右下连接块9、左下连接块27、左上连接块29与右上连接块31；

立柱包括右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21。

参阅图3、图19-1至图19-3，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中的底面导轨11和顶面导轨25结构相同，底面导轨11和顶面导轨25为等横截面的直杆类结构件，其横截面形状可为图19-1至图19-3中所示三种结构形式的底面导轨11(1号底面导轨11-1、2号底面导轨11-2与3号底面导轨11-3.)，图19-1至图19-3中所示结构形状的底面导轨11和顶面导轨25的底面通过螺栓分别与框架底板7-3和框架顶板7-1固定连接。

参阅图3，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中的右下滑块10、左下滑块26、左上滑块28和右上滑块30结构相同，均为长方体形结构件，在右下滑块10、左下滑块26、左上滑块28和右上滑块30一端沿轴向设置有与底面导轨11和顶面导轨25相配装的横截面形状可为图19-1至图19-3中所示的近似矩形、燕尾形或圆形的凹槽。

参阅图6，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置中的框架7由框架顶板7-1、框架底板7-3、框架左立板7-4与框架右立板7-2组成。其中：

所述的框架左立板7-4与框架右立板7-2结构相同，皆为等矩形横截面的板类结构件；框架顶板7-1与框架底板7-3结构相同，皆为等矩形横截面的板类结构件；框架顶板7-1、框架底板7-3、框架左立板7-4与框架右立板7-2的前后宽度相等，框架顶板7-1、框架底板7-3、框架左立板7-4与框架右立板7-2的厚度相等，它们之间通过螺栓或者焊接方式连接成矩形框架。

所述的框架底板7-3内表面的中间位置设置有2排共四个矩形的底板凸起即1号底板凸起7-5、2号底板凸起7-6、3号底板凸起7-7与4号底板凸起7-8，四个矩形的底板凸起的形状、大小相同，四个底面凸起上分别设置有用于立柱安装固定的螺栓通孔，四个矩形的底板凸起的对称中心连线是一矩形,即1号底板凸起7-5、2号底板凸起7-6、3号底板凸起7-7和4号底板凸起7-8分布在框架底板7-3内表面中间位置一个矩形的四角处，3号底板凸起7-7与4号底板凸起7-8的一长端面和框架底板7-3的一(后)长端面共面，1号底板凸起7-5与2号底板凸起7-6的一长端面和框架底板7-3的另一(前)长端面共面；四个矩形的底板凸起(即1号底板凸起7-5、2号底板凸起7-6、3号底板凸起7-7与4号底板凸起7-8)的高度设置为5～10mm；四个矩形的底板凸起(即1号底板凸起7-5、2号底板凸起7-6、3号底板凸起7-7与4号底板凸起7-8)上分别设置一组(4个)结构相同的螺栓通孔，每一组螺栓通孔与立柱端部所设置的一组螺纹孔对正，1号底板凸起7-5、2号底板凸起7-6和3号底板凸起7-7、4号底板凸起7-8之间的框架底板7-3上均匀地布置有安装底面导轨11的螺纹孔。

框架顶板7-1内表面的与框架底板7-3相对应的位置设置有四个顶板凸起，四个顶板凸起的形状、大小与框架底板7-3上的四个底板凸起相同，四个顶板凸起的位置关系与框架底板7-3上的四个底板凸起对应相等，四个顶板凸起上也分别设置一组(4个)结构相同的螺栓通孔，每一组螺栓通孔与立柱端部所设置的一组螺纹孔对正。

参阅图7，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置2中的右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21结构相同，皆为正方形等截面的杆类结构件。右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21的两端分别设置一组(4个)结构相同的螺纹盲孔，每一组螺纹盲孔和框架顶板7-1与框架底板7-3的顶板凸起与底板凸起上的一组螺纹孔对正，右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20、右后立柱21相互平行地安装在框架7内，作为下压紧块12、上压紧块14与舌形板13的限位和导向装置，其要经过特殊的工艺处理，保证耐磨性。

参阅图8至图9，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置2中的上压紧块14与下压紧块12结构相同，下压紧块12与上压紧块14为长方体形空心结构件，下压紧块12与上压紧块14四角处设置有直角导向通槽，上压紧块14的顶端的中心处设置有底面为圆柱面的凹槽，凹槽的前后槽壁上设置有用以安装连接销轴的上圆通孔即上前圆通孔与上后圆通孔，上前圆通孔与上后圆通孔的回转轴线共线；上压紧块14的底面设置成圆弧面，圆弧面的曲率半径与舌形板13的上下圆弧曲面曲率半径大小相同。下压紧块12的底端的中心处设置有底面为圆柱面的凹槽，凹槽的前后槽壁上设置有用以安装连接销轴的下圆通孔即下前圆通孔与下后圆通孔，下前圆通孔与下后圆通孔的回转轴线共线；下压紧块12的顶端面设置成圆弧面，圆弧面的曲率半径与舌形板13的上下圆弧曲面曲率半径大小相同。

参阅图10，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置2中的右下连接块9、右上连接块31、左下连接块27与左上连接块29为结构相同的正方体形结构件，右下连接块9、右上连接块31、左下连接块27与左上连接块29上设置有两侧开口的正方形凹槽，在凹槽的前后槽壁上设置有用以安装连接销轴的圆通孔，槽底上设置有四个连接孔，用以和右下滑块10、右上滑块30、左下滑块26与左上滑块28进行螺栓连接，凹槽的另一槽壁上设置有一个连接孔，用以和1号右下弹簧座32、1号右上弹簧座38、1号左下弹簧座35与1号左上弹簧座36进行螺栓连接。

参阅图11和图12，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置2中的左上连杆17与右上连杆18为矩形横截面的杆类结构件。右上连杆18的两端分别设置有一圆通孔，两圆通孔的回转轴线相互平行，两圆通孔外侧的连杆端设置成圆柱面，便于与上压紧块14连接使用；左上连杆17的左端结构与右上连杆18结构相同，左上连杆17的右端设置成叉形结构，两个叉壁相互平行，两个叉壁之间的距离与右上连杆18厚度相等，两个相互平行的叉壁上分别设置一个叉壁通孔，两个叉壁通孔的回转轴线共线，左上连杆17的左端设置一左通孔，左通孔的回转轴线与两个叉壁通孔的回转轴线平行。右上连杆18的一端放入左上连杆17一端的两个叉壁之间配合使用，左上连杆17与右上连杆18的左右安装位置可以互换，共同通过销轴连接在上压紧块14的凹槽内；左下连杆16与右下连杆8和左上连杆17与右上连杆18的结构相同，左下连杆16与右下连杆8的左右安装位置可以互换。

参阅图13，本发明所述的非线性弹性辅助振动装置2中的舌形板13左端部分设置为圆柱体结构，其装入支撑平台1的四个端面圆孔中，与支撑平台1焊接固定在一起。右端部分设置成上表面与下表面为1号圆弧面，上表面与下表面的1号圆弧面曲率半径大小相同,上表面与下表面的1号圆弧面曲率半径和上压紧块14的底面与下压紧块12的顶端面的曲率半径相等；前后表面为2号圆弧面，2号圆弧面的曲率半径为前后表面外切平面之间距离的二分之一，舌形板13的右端部分是由四段圆弧面组成的扁圆柱体。

所述的右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21通过螺栓前后对称地固定在框架7的框架顶板7-1与框架底板7-3之间的中间处；顶面导轨25与底面导轨11通过螺栓分别固定在框架7的框架顶板7-1与框架底板7-3的内表面中间位置，顶面导轨25与底面导轨11位于右前立柱6、左前立柱19与左后立柱20、右后立柱21顶端与底端之间的框架顶板7-1与框架底板7-3上，顶面导轨25上均匀地安装有两个结构相同的左上滑块28与右上滑块30，底面导轨11上均匀地安装有两个结构相同的滑块右下滑块10与左下滑块26；左上弹簧22水平地安装在框架7的左上角处，左上弹簧22一(左)端固定在2号左上弹簧座37上，2号左上弹簧座37通过螺栓固定在框架7的框架左立板7-4的右端面上，左上弹簧22的另一(右)端固定在1号左上弹簧座36上，1号左上弹簧座36通过螺栓与左上连接块29左端面固定连接；左上连接块29顶端面通过螺栓与左上滑块28的底面固定连接；上压紧块14上方的左上连杆17与右上连杆18结构彼此不同，右上连杆18的一(下)端放入左上连杆17下端的两个叉壁之间相配合，左上连杆17与右上连杆18的下端在上压紧块14的凹槽内采用一根销轴铰接在一起，在左上连杆17与右上连杆18的上端连接孔处分别通过小销轴和左上连接块29与右上连接块31铰接；舌形板13安装在上压紧块14与下压紧块12之间，下压紧块12下方的右下连杆8与左下连杆16结构及连接方式和上压紧块14上方的左上连杆17与右上连杆18相同；下压紧块12与上压紧块14结构相同，下压紧块12与上压紧块14的四角处设置有四个导向角，四个导向角分别和右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21配装而形成滑动副，下压紧块12的顶端面与上压紧块14的底面即圆弧面与舌形板13的上、下表面即1号圆弧面接触连接；舌形板13的前、后表面为2号圆弧面，舌形板13在工作过程中通过下压紧块12与上压紧块14紧靠在右前立柱6、左前立柱19、左后立柱20与右后立柱21的内侧立柱面上。

参阅图1，本发明所述的振动摇摆台中的4个结构相同的支撑座3主要由顶板、底板、中间立板和加强筋板焊接组成，其中支撑座3的顶板加工有均匀分布的通孔结构，通过螺栓与四个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2固定连接，支撑座3的底板加工有均匀分布的螺栓通孔，通过螺栓与底座5固定连接。

参阅图1，本发明所述的振动摇摆台中的底座5为钢板结构或钢板焊接结构，其顶面加工有螺纹孔，用以连接四个结构相同的支撑座3和3/4个激振器4，底面固定在地基上。

所述的一种包含非线性弹性辅助振动装置的振动摇摆台的工作原理：

参阅图1，支撑平台1底部的三个或者四个激振器4单独或者组合运动，激励支撑平台1产生相应运动，其中左右两个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2，限制支撑平台1沿Y轴方向的移动自由度和绕Z轴方向的转动自由度；前后两个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2，限制支撑平台1沿X轴方向的移动自由度和绕Z轴方向的转动自由度；四个结构相同的非线性弹性辅助振动装置2组合作用到支撑平台1上，可以限制支撑平台1沿X轴和Y轴方向的移动自由度和绕Z轴方向的转动自由度，抑制支撑平台1在振动过程中的横向牵连运动，使支撑平台1只产生绕X轴方向的转动、绕Y轴方向的转动和沿Z轴方向的平动。

参阅图3和图4，支撑平台1在激振过程中，带动舌形板13上下运动，当舌形板13由中间位置向上运动时，其推动上压紧块14竖直向上运动，经过左上连杆17与右上连杆18和左上连接块29与右上连接块31将力传递到左上弹簧22与右上弹簧23上，随着舌形板13位移量的增加，推动舌形板13运动所需的力呈现非线性变化。当舌形板13由中间位置向下运动时，其推动下压紧块12竖直向下运动，经过左下连杆16与右下连杆8和左下连接块27与右下连接块9将力传递到右下弹簧24与左下弹簧15上，随着舌形板13位移量的增加，推动舌形板13运动所需的力呈现非线性变化。通过设计弹簧预紧力F_t0的大小、弹簧刚度k的大小、连杆的长度L、连杆轴线与水平面初始夹角θ₀等参数，可以达到目标所需要的机构非线性要求。

理论分析：

非线性弹性辅助振动装置的整体刚度计算公式推导过程如下。

参阅图14，初始状态，弹簧预紧力为F_t0，

舌形板预压力为F₀＝tanθ₀×F_t0，

舌形板13向上移动x距离后，弹簧压缩量为y＝(cosθ_x-cosθ₀)×L，

连接块承受水平向弹簧推力F_tx＝F_t0+k×y，

sinθ_x＝sinθ₀-x/L，

舌形板13承受上压紧块14/下压紧块12推力F_x＝tanθ_x×F_tx

式中：k为螺旋弹簧刚度，θ₀为初始状态，连杆轴线与水平面夹角，θ_x为舌形板上升x距离后，连杆轴线与水平面夹角，L为连杆长度。

由以上各式可得，F_x与x的关系为

实施例：

参阅图15，假设k＝15N/mm，L＝300mm，θ₀＝45°，F_t0＝0N，则通过仿真分析得到，图中所示施加于舌形板13上的上压紧块14/下压紧块12推力随舌形板位移的变化关系曲线。

图16所示非线性弹性辅助振动装置刚度随舌形板位移的变化关系曲线。

图17为假设作用到非线性弹性辅助振动装置2上的设备整体质量为80kg时，含有非线性弹性辅助振动装置2的振动摇摆台固有频率随位移的变化曲线。由图可知，当支撑台体1在大位移幅值振动时，振动摇摆台固有频率较低，支撑台体1在小位移幅值振动时，振动摇摆台固有频率较高。

将振动摇摆台固有频率随位移变化曲线、振动摇摆台恒速度(v＝0.75m/s)幅值扫频振动和恒加速度幅值(a＝9.8m/s²)扫频振动时，频率变化与振动位移幅值的关系进行对比，得到如图18所示曲线。由该曲线知，在给定条件下，0-6Hz频率范围内振动时，振动摇摆台会发生不同程度的共振现象。

Claims (10)

1.一种非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的非线性弹性辅助振动装置包括框架(7)、底面导轨(11)、顶面导轨(25)、下压紧块(12)、舌形板(13)、上压紧块(14)、弹簧、连杆、连接块、滑块与立柱；

所述的底面导轨(11)安装在框架(7)的框架底板(7-3)的中间处，顶面导轨(25)安装在框架(7)的框架顶板(7-1)的中间处，滑块安装在底面导轨(11)与顶面导轨(25)上为滑动连接，立柱竖直地安装在框架底板(7-3)与框架顶板(7-1)之间并采用螺栓连接，下压紧块(12)、舌形板(13)与上压紧块(14)由下至上安装在立柱上为滑动连接，下压紧块(12)的下端与上压紧块(14)的上端通过连杆与连接块铰接，连接块的侧面通过弹簧与框架(7)连接，连接块的底面与滑块固定连接。

2.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的上压紧块(14)与下压紧块(12)的结构相同，下压紧块(12)与上压紧块(14)为长方体形空心结构件，下压紧块(12)与上压紧块(14)四角处设置有直角导向通槽，上压紧块(14)的顶端的中心处设置有底面为圆柱面的凹槽，凹槽的前后槽壁上设置有用以安装销轴的上圆通孔即上前圆通孔与上后圆通孔，上前圆通孔与上后圆通孔的回转轴线共线；上压紧块(14)的底面设置成圆弧面，圆弧面的曲率半径与舌形板(13)的上、下圆弧曲面曲率半径大小相同。

3.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的立柱竖直地安装在框架底板(7-3)与框架顶板(7-1)之间并采用螺栓连接是指：

所述的立柱包括右前立柱(6)、左前立柱(19)、左后立柱(20)与右后立柱(21)；

所述的右前立柱(6)、左前立柱(19)、左后立柱(20)与右后立柱(21)的底端和框架底板(7-3)内表面上的1号底板凸起(7-5)、2号底板凸起(7-6)、3号底板凸起(7-7)与4号底板凸起(7-8)依次对正接触，并采用螺栓固定；右前立柱(6)、左前立柱(19)、左后立柱(20)与右后立柱(21)的顶端和框架顶板(7-1)上的四个矩形的顶面凸起依次对正接触，并采用螺栓固定，右前立柱(6)、左前立柱(19)、左后立柱(20)与右后立柱(21)相互平行，并垂直于框架底板(7-3)与框架顶板(7-1)。

4.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的下压紧块(12)的下端与上压紧块(14)的上端通过连杆与连接块铰接是指：

所述的连杆包括右下连杆(8)、左下连杆(16)、左上连杆(17)与右上连杆(18)；

所述的连接块包括右下连接块(9)、左下连接块(27)、左上连接块(29)与右上连接块(31)；

所述的下压紧块(12)的下端和右下连杆(8)、左下连杆(16)上端铰接，右下连杆(8)的下端与右下连接块(9)铰接，左下连杆(16)的下端与左下连接块(27)铰接；上压紧块(14)的上端和左上连杆(17)、右上连杆(18)的下端铰接，左上连杆(17)的上端与左上连接块(29)铰接，右上连杆(18)的上端与右上连接块(31)铰接。

5.按照权利要求4所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的右下连接块(9)、右上连接块(31)、左下连接块(27)与左上连接块(29)为结构相同的正方体形结构件，右下连接块(9)、右上连接块(31)、左下连接块(27)与左上连接块(29)上设置有两侧开口的正方形凹槽，在凹槽的前后槽壁上设置有用以安装连接销轴的圆通孔，槽底上均匀地布置有四个连接孔，用于和右下滑块(10)、右上滑块(30)、左下滑块(26)与左上滑块(28)进行螺栓连接，凹槽的另一槽壁上设置有一个连接孔，用以和1号右下弹簧座(32)、1号右上弹簧座(38)、1号左下弹簧座(35)与1号左上弹簧座(36)进行螺栓连接。

6.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的连接块的侧面通过弹簧与框架(7)连接，连接块的底面与滑块固定连接是指：

所述的连接块包括右下连接块(9)、左下连接块(27)、左上连接块(29)与右上连接块(31)；

所述的弹簧包括左下弹簧(15)、左上弹簧(22)、右上弹簧(23)与右下弹簧(24)；

所述的右下连接块(9)的右端通过1号右下弹簧座(32)与右下弹簧(24)的左端连接，右下弹簧(24)的右端通过2号右下弹簧座(33)与框架(7)的框架右立板(7-2)的下端连接，右下连接块(9)的底端面与滑块中的右下滑块(10)顶端面固定连接；左下连接块(27)的左端通过1号左下弹簧座(35)与左下弹簧(15)的右端连接，左下弹簧(15)的左端通过2号左下弹簧座(34)与框架(7)的框架左立板(7-4)的下端连接，左下连接块(27)的底端面与左下滑块(26)顶端面固定连接；右上连接块(31)的右端通过1号右上弹簧座(38)与右上弹簧(23)的左端连接，右上弹簧(23)的右端通过2号右上弹簧座(39)与框架(7)的框架右立板(7-2)的上端连接，右上连接块(31)的顶端面与右上滑块(30)的底端面固定连接；左上连接块(29)的左端通过1号左上弹簧座(36)与左上弹簧(22)的右端连接，左上弹簧(22)的左端通过2号左上弹簧座(37)与框架(7)的框架左立板(7-4)的上端连接，左上连接块(29)的顶端面与左上滑块(28)的底端面固定连接。

7.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的框架(7)还包括框架左立板(7-4)与框架右立板(7-2)；其中：框架左立板(7-4)与框架右立板(7-2)结构相同，框架顶板(7-1)与框架底板(7-3)结构相同，皆为等矩形横截面的板类结构件；框架顶板(7-1)、框架底板(7-3)、框架左立板(7-4)与框架右立板(7-2)的前后宽度相等，框架顶板(7-1)、框架底板(7-3)、框架左立板(7-4)与框架右立板(7-2)的厚度相等，它们之间通过螺栓连接或者焊接成矩形框架。

8.按照权利要求1或7所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的框架底板(7-3)内表面的中间位置均匀地设置有2排共四个矩形的底板凸起即1号底板凸起(7-5)、2号底板凸起(7-6)、3号底板凸起(7-7)与4号底板凸起(7-8)，四个底板凸起的形状、大小相同，四个底板凸起上分别设置有用于立柱安装固定的螺栓通孔，四个矩形的底板凸起的对称中心连线是一矩形,即1号底板凸起(7-5)、2号底板凸起(7-6)、3号底板凸起(7-7)与4号底板凸起(7-8)分布在框架底板(7-3)内表面中间位置一个矩形的四角处，3号底板凸起(7-7)与4号底板凸起(7-8)的一长端面和框架底板(7-3)的一长端面共面，1号底板凸起(7-5)与2号底板凸起(7-6)的一长端面和框架底板(7-3)的另一长端面共面；四个矩形的底板凸起的高度设置为5～10mm；四个矩形的底板凸起上分别设置一组结构相同的螺栓通孔，每一组螺栓通孔与立柱端部所设置的一组螺纹孔对正，1号底板凸起(7-5)、2号底板凸起(7-6)和3号底板凸起(7-7)、4号底板凸起(7-8)之间的框架底板(7-3)上均匀地布置有安装底面导轨(11)的螺纹孔。

9.按照权利要求1所述的非线性弹性辅助振动装置，其特征在于，所述的舌形板(13)的左端部分设置为圆柱体结构件，圆柱体结构件装入支撑平台(1)的一端面上的圆孔中，并采用焊接方式将圆柱体结构件与支撑平台(1)相连接；舌形板(13)的右端部分设置成由上表面、下表面、前表面、后表面与两端的平面所组成的扁圆柱体；上表面与下表面为1号圆弧面，上表面与下表面的曲率半径大小相同,上表面与下表面的曲率半径和上压紧块(14)的底面与下压紧块(12)的顶端面的曲率半径相等；前表面与后表面为2号圆弧面，前表面与后表面的曲率半径为前、后表面外切平面之间距离的二分之一，左端部分的圆柱体与右端部分的扁圆柱体连成一体，圆柱体的回转轴线与扁圆柱体的对称中心线共线。

10.一种振动摇摆台，其特征在于，所述的一种振动摇摆台包括支撑平台(1)、如权利要求1所述的4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置(2)、4个结构相同的支撑座(3)与3个或4个结构相同的激振器(4)；

所述的3个或4个结构相同的激振器(4)均匀地竖直地布置在支撑平台(1)的下方与底座(5)的上方，3个或4个结构相同的激振器(4)的上、下端通过球铰分别和支撑平台(1)与底座(5)转动连接；

所述的4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置(2)均匀地对称地布置在支撑平台(1)的四周，任何相邻的2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置(2)之间的夹角为90度，任何相对的2个结构相同的非线性弹性辅助振动装置(2)之间相互平行，4个结构相同的非线性弹性辅助振动装置(2)分别通过其中的舌形板(13)与支撑平台(1)一侧端面固定连接，非线性弹性辅助振动装置(2)的底端通过螺栓安装在支撑座(3)上，支撑座(3)的底端与底座(5)的顶端螺栓连接。