CN106286665A - 可调式非线性双层隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于振动噪声控制技术领域，特别涉及非线性隔振装置。其技术方案是：一种可调式非线性双层隔振装置，它包括：上层非线性级(1)，下层减振器(2)和侧板；下层减振器(2)为凸台型橡胶减振器；与上层非线性级(1)底部连接；本发明具有低动态刚度、高静态刚度的特点，能在保证隔振装置静稳性的同时，显著提升装置在低频段的隔振效果。可以通过控制线圈电流大小和方向，精准调整隔振装置产生的负刚度，从而能准确调整隔振装置的动态刚度，快速准确改变装置的隔振性能。此外，本发明采用了双层隔振构型，进一步提高了装置对高频段的隔振能力。

Description

可调式非线性双层隔振装置
技术领域
本发明属于振动噪声控制技术领域，特别涉及非线性隔振装置。
背景技术
传统单层线性隔振器的有效隔振带宽受到自身刚度的制约。对于线性隔振器而言，为提高其对低频振动的隔离能力，需要降低其动态刚度，导致其静态刚度也随之变弱，从而降低了其承载能力，不利于隔振器的静稳性。因此，国内外学者提出了“低动态刚度高静态刚度”的非线性隔振理论，即通过在传统线性隔振器中引入带负刚度的非线性结构，使其抵消原隔振器的线性刚度，从而实现“低动态刚度”，提高低频隔振效果；而非线性结构的非线性刚度则保证了隔振器的静载荷承载能力，实现了“高静态刚度”，有利于静稳性。然而多数非线性结构是通过屈曲梁、布置横向弹簧等机械方式实现，导致这些非线性结构的负刚度特性难以控制。
发明内容
本发明的目的是：提供一种可调式非线性双层隔振装置，不仅提高隔振装置的有效隔振带宽，使其具有良好的低频隔振能力，而且可以精准调整隔振装置产生的负刚度，从而能准确调整隔振装置的动态刚度，快速准确改变装置的隔振性能。
本发明的技术方案是：一种可调式非线性双层隔振装置，它包括：上层非线性级，下层减振器和侧板；
上层非线性级包括：连接板，磁铁支撑台，环形磁铁，线圈磁铁，导杆，螺旋弹簧，卡座，底板；
连接板上设置有用于连接被隔振设备的通孔；
磁铁支撑台为圆柱结构，其一端与连接板底部中心连接,另一端套装环形磁铁，通过磁力固定，环形磁铁充磁方向沿径向；
底板为中间具有凸台的长方形结构，凸台中部具有向上延伸的开口的矩形结构；
线圈磁铁为圆柱结构，其磁极方向沿圆柱轴线，外圆周的凹槽上缠绕线圈，四个线圈磁铁一端分别与底板上矩形结构的四个内侧面相连，轴线水平且N级指向中心；
螺旋弹簧上端卡在导杆上，下端卡在卡座上；四个导杆分别布置在连接板四个角的位置,具体为:导杆的一端与连接板相连,另一端穿过固定在底板上的卡座的中心光孔，且与该中心光孔间隙配合，保证连接板能相对底板沿导杆的轴向运动；
上层非线性级的四周分别通过四块侧板封闭；
四个下层减振器分别设置在上层非线性级底部四个角的位置。本发明的工作过程为：首先将被隔离设备的机脚与本发明的连接板连接，然后将线圈磁铁上的线圈接通可控电流源。环形磁铁的N级与线圈磁铁的N级距离为d，产生互斥力的竖直分量为f，当环形磁铁偏离线圈磁铁轴线的距离为x时，互斥力竖直分量为：
f ≈ - 3 η 0 M 1 M 2 2 πd 5 x + 15 η 0 M 1 M 2 4 πd 7 x 3 - - - ( 1 )
其中，η0为导磁系数，M1为环形磁铁的磁极强度，M2为4个线圈磁铁的总磁极强度。其中，线圈磁铁的磁极强度M2可通过改变线圈电流I的方向和大小进行调整。由于四个螺旋弹簧提供的正刚度为K，所以非线性级总的线性刚度为：K-3η0M1M2/2πd5，三次非线性刚度为15η0M1M2/4πd7。当调整线圈电流I改变线圈磁铁的磁极强度M2，可使线性刚度K-3η0M1M2/2πd5＝0，实现零动态刚度，从而提高了低频区域的隔振性能。设备振动通过上层非线性级之后，再经过下层减振器，高频成分的隔振效果得到进一步提升。而三次非线性刚度能提供高静态刚度，保证装置的静稳性。
有益效果：本发明具有低动态刚度、高静态刚度的特点，能在保证隔振装置静稳性的同时，显著提升装置在低频段的隔振效果，采用双层隔振构型，能显著提升装置在高频段的隔振效果。可以通过控制线圈电流大小和方向，精准调整隔振装置产生的负刚度，从而能准确调整隔振装置的动态刚度，快速准确改变装置的隔振性能。本发明还具有响应速度快，可靠性好的特点，可使用本发明进行有效的振动控制。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明上层非线性级和下层BE60减振器的连接示意图；
图3为本发明短侧板和长侧板的安装示意图；
图4、图5为本发明非线性级的结构爆炸图；
图6为拆除连接板后的本发明俯视图；
图7为本发明工作过程示意图。
具体实施方式
参见附图，一种可调式非线性双层隔振装置，它包括：上层非线性级1，下层减振器2，两块短侧板3，两块长侧板4和螺栓组件5；
上层非线性级1包括：连接板1-1，M16螺母1-2，磁铁支撑台1-3，环形磁铁1-4，线圈磁铁1-5，导杆1-6，螺旋弹簧1-7，卡座1-8，底板1-9；连接板1-1为由两个长方形板正交连接后形成的结构，4个通孔1A分布在其顶部长方形板的四个角上，用于连接被隔振设备，4个用于连接导杆1-6的螺纹孔1B分布在底部长方形板的四个角上，连接板1-1底部中心有螺纹盲孔1G；磁铁支撑台1-3为一个阶梯型圆柱结构，直径较大的部分外圆周攻有螺纹，拧入连接板1-1底部中心的螺纹盲孔1G，并进行防松紧固；环形磁铁1-4为圆环形结构，充磁方向沿径向，其内圈套在磁铁支撑台1-3的直径较小部分，通过磁力固定；线圈磁铁1-5为圆柱结构，其磁极方向沿圆柱轴线，外侧凹槽上缠绕线圈，其一端有小凸台，凸台外圆周攻有螺纹，4个线圈磁铁1-5螺纹端分别拧入底板1-9中部方形盒子的4个侧壁螺纹孔1F内，轴线水平且N级指向中心；螺旋弹簧1-7为普通圆柱螺旋弹簧，两端圈磨平，上端卡在导杆1-6上，下端卡在卡座1-8上；导杆1-6为阶梯轴结构，一端攻有螺纹，另一端为光轴，中部为六边形薄片结构，用于卡住螺旋弹簧1-7的端圈，导杆1-6的螺纹部分拧入连接板1-1上的螺纹孔1B，并通过M16螺母1-2将导杆1-6和连接板1-1紧固；卡座1-8为圆柱结构，中心有贯穿的光孔，外圆周攻有螺纹，上端为六边形薄片结构用于卡住螺旋弹簧1-7的端圈，卡座1-的8螺纹部分拧入底板1-9上的螺纹孔1C，并通过M16螺母1-2紧固；导杆1-6的细杆部分穿过卡座1-8的中心光孔，且与该中心光孔壁存在1mm的间隙，保证连接板1-1能相对底板1-9沿导杆1-6的轴向运动；
底板1-9为一个中间有凸台的长方形结构，四角各有1个通孔1D，用于连接减振器2，凸台边缘沿长边方向开有凹槽，短边方向各有3个螺纹孔1E，用于连接短侧板3，凸台四角上各有1个螺纹孔1C，用于连接卡座1-8，凸台中部有方形盒状结构，该方形盒状结构的四壁上各有1个螺纹孔1F；
下层减振器2为凸台型橡胶减振器，为市购产品；4个下层减振器2分别通过螺栓组件5与上层非线性级1连接；
短侧板3为长方形板结构，底部有3个通孔3A，两侧对称开有槽3B；2块短侧板3分别通过3个螺栓与上层非线性级1连接；
长侧板4为长方形板结构，中间开有长方形窗口4B，两侧有凸台，凸台侧面布置了3个螺纹孔4A；2块长侧板4的长边分别插入底板1-9两边的凹槽，短边则插入短侧板3侧边的槽3B后通过3个螺栓与短侧板3连接；
螺栓组件5由螺栓5-1、弹簧垫圈5-2和平垫圈5-3组成，均为市购标准件。线圈磁铁1-5由电流源或控制电路供电。
环形磁铁1-4和线圈磁铁1-5为钕铁硼高性能的稀土永磁体或高性能永磁体。

Claims (4)

1.一种可调式非线性双层隔振装置，其特征是：它包括：上层非线性级(1)，下层减振器(2)和侧板；
所述上层非线性级(1)包括：连接板(1-1)，磁铁支撑台(1-3)，环形磁铁(1-4)，线圈磁铁(1-5)，导杆(1-6)，螺旋弹簧(1-7)，卡座(1-8)，底板(1-9)；
所述连接板(1-1)上设置有用于连接被隔振设备的通孔(1A)；
所述磁铁支撑台(1-3)为圆柱结构，其一端与所述连接板(1-1)底部中心连接,另一端套装所述环形磁铁(1-4)，通过磁力固定，所述环形磁铁(1-4)充磁方向沿径向；
所述底板(1-9)为中间具有凸台的长方形结构，凸台中部具有向上延伸的开口的矩形结构；
所述线圈磁铁(1-5)为圆柱结构，其磁极方向沿圆柱轴线，外圆周的凹槽上缠绕线圈，四个所述线圈磁铁(1-5)一端分别与所述底板(1-9)上矩形结构的四个内侧面相连，轴线水平且N级指向中心；
所述螺旋弹簧(1-7)上端卡在所述导杆(1-6)上，下端卡在所述卡座(1-8)上；四个所述导杆(1-6)分别布置在所述连接板(1-1)四个角的位置,具体为:所述导杆(1-6)的一端与所述连接板(1-1)相连,另一端穿过固定在所述底板(1-9)上的所述卡座(1-8)的中心光孔，且与该中心光孔间隙配合，保证所述连接板(1-1)能相对所述底板(1-9)沿所述导杆(1-6)的轴向运动；
所述上层非线性级(1)的四周分别通过四块侧板封闭；
四个所述下层减振器(2)分别设置在所述上层非线性级(1)底部四个角的位置。
2.根据权利要求1所述的可调式非线性双层隔振装置，其特征是：所述下层减振器(2)为凸台型橡胶减振器。
3.根据权利要求1所述的可调式非线性双层隔振装置，其特征是：所述线圈磁铁(1-5)由电流源或控制电路供电。
4.根据权利要求1或2所述的可调式非线性双层隔振装置，其特征是：所述环形磁铁(1-4)和所述线圈磁铁(1-5)的材料为钕铁硼高性能的稀土永磁体。
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