CN106763461A - 一种拟零刚度隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拟零刚度隔振装置。本发明主要由上盖板、滑轮组、形状记忆合金丝、工作平台、柔性薄膜，流体介质装置等部件组成。本发明提出的拟零刚度隔振装置，采用具有滞回曲线宽度极窄特点的形状记忆合金丝作为弹性元件，通过对形状记忆合金丝的预处理，使其工作在超弹性工作区间。在此超弹性工作区间，形状记忆合金丝应变无论增大或减少引起的恢复力基本保持不变，因此形状记忆合金丝可以取得基本不变的静刚度和基本为零的动刚度。以形状记忆合金丝为弹性元件的装置，可以有效的隔离超低频振动。

Description

一种拟零刚度隔振装置

技术领域

本发明涉及拟零刚度隔振装置，更准确地说，是一种以形状记忆合金丝超弹性机理为依据的隔振装置。

背景技术

隔振装置可以有效地隔离机械设备上的振动，减少振动噪声产生的有害影响，因此是船舶、车辆以及工程机械等设备的重要组成部分。集成度越来越高的芯片生产工艺需要越来越精密的隔振平台，以对地球的脉动，潮汐引力等引起的低频微幅振动有效进行隔离。在舰船工业中，长期以来浮筏隔振技术已经能够十分有效的隔离舰艇的高频振动，但对低频振动没有很好的隔离办法，低频振动能否控制好，已经成为潜艇发展的瓶颈。除此之外，汽车座椅上的低频振动会增大驾驶员患腰背部疾病的概率，给他们带来身体和精神上的伤害，但一直以来，动激励的隔离和抑制，都是难以解决的问题。

发明内容

本发明针对现有低频隔振技术的不足，提出了一种基于形状记忆合金丝超弹性效应的新型拟零刚度隔振装置。本发明提出的拟零刚度隔振装置，采用形状记忆合金丝作为弹性元件，通过对形状记忆合金丝的预拉伸处理，使其工作在超弹性工作区间。在此超弹性工作区间，形状记忆合金丝较大的变形引起的恢复力基本保持不变，因此形状记忆合金隔振装置可以取得超低动刚度。以形状记忆合金丝为弹性元件的隔振装置，可以有效隔离低频的振动。

为了实现上述要求，本发明所采取的技术方案是：本发明提出的拟零刚度隔振装置主要由上盖板、滑轮组、形状记忆合金丝、工作平台、柔性薄膜（波纹管），流体介质装置等部件组成。

所述流体介质装置两端分别为一箱体，中间相通。左端箱体上侧与工作平台相连接，右端箱体上侧与上盖板相连接，连接处采用柔性薄膜连接，柔性薄膜具有良好伸缩性。工作平台与上盖板面积比为10:1（可根据需要调整）。装置内部为流体（气体，液体均可，根据需要选择）。

所述工作平台上放置需要隔振的动力装置等振源。

所述上盖板装置与流体介质装置右端箱体通过柔性薄膜相连。上盖板两侧分别固定滑轮组。

所述滑轮组左右两侧各三组，分别固定于上盖板、流体介质装置右端箱体上部、底部，每侧的三组滑轮组之间以形状记忆合金丝缠绕。最底部滑轮组处安装摇柄，对形状记忆合金丝进行预拉伸处理。滑轮组数及合金丝缠绕圈数可根据激振力大小进行选择控制。

所述形状记忆合金丝必须工作在超弹性工作区内。

此拟零刚度隔振装置主要具有很高的静态支撑刚度和基本为零的动态振动刚度。相比于传统隔振方式，可以有效的使隔振系统的固有频率基本为零，下面详细描述如何实现上述特点：

当振源静止没有振动时，流体介质装置中充满流体，通过摇柄对缠绕在滑轮组之间的形状记忆合金丝进行预拉伸，预拉伸后形状记忆合金丝受到应力作用，使上盖板受到向下的拉力，挤压流体，产生压强。因工作平台的面积是上盖板面积的数十倍，所以相同的压强下，工作平台所受支持力是合金丝所受应力的数十倍，合金丝缠绕的圈数可以根据振源的质量进行选择控制。这样，合金丝较小的应力可以支持较大重量的振源，利于合金丝充分作用于超弹性区域。调节合金丝预拉伸量，使得工作平台底面所受的作用力与振源重量相等，以支撑振源质量。这样就可以很好的保证其静态下的支撑刚度。无需精密调节装置，就可以保证其在静止状态下的支撑稳定性。

隔振装置处于工作状态时，工作平台上下振动，会使得流体介质装置内腔容积发生变化，从而引起内部压强产生变化，但是工作平台、上盖板与流体介质装置之间连接的柔性薄膜具有良好的伸缩性，压力增强会使柔性薄膜面积更加伸展，增大内腔容积，降低内腔压强；反之亦然。使得流体介质装置内压力保持相对恒定，整体维持一个相对恒定的较高的静刚度实现对振源的支撑。

当工作平台上振源振动时，工作平台位置发生上下偏移，会使上盖板的位置发生相反的偏移，因工作平台的面积是上盖板面积的数十倍，所以，上盖板上下移动的距离会是工作平面的数十倍，使合金丝有较为明显的应变，利于合金丝充分发挥作用。分别固定在上盖板和流体介质装置上的滑轮组之间也会发生相对运动，使缠绕在滑轮组上面的形状记忆合金丝的拉伸率不断发生变化，即，应变发生变化。而采用的形状记忆合金丝是一种具有滞回曲线宽度极窄特点的合金丝，经过预拉伸处理达到超弹性区域后，在一定范围内，其应变无论是继续增加抑或减少，所受恢复力大小基本维持不变，即静态刚度基本不变，动态刚度基本为零。因此，在振动时，形状记忆合金丝可以维持基本为零的动刚度，使得系统的谐振频率接近于零。因此，本隔振装置能有效隔离超低频振动。

和传统隔振装置相比，本拟零刚度隔振装置具有以下优点：

1. 用形状记忆合金丝代替传统的弹性元件，通过对形状记忆合金丝的预处理使其工作在超弹性区域，在此区域工作的形状记忆合金丝在产生较大的变形时，恢复力基本保持不变，因此，形状记忆丝可以取得超低的动刚度，使得系统的谐振频率接近于零。因此，本隔振装置能有效隔离超低频振动。

2. 本隔振装置结构简单，成本较低，工作平台与上盖板面积比可根据需要调整；流体介质装置内部为流体，可根据需要选择；滑轮组数及合金丝缠绕圈数也可根据激振力大小进行选择控制，工作带宽具有自适应能力。

3. 因工作平台的面积是上盖板面积的数十倍，所以相同的压强下，工作平台所受支持力是合金丝所受应力的数十倍，这样，合金丝较小的应力可以支持较大重量的振源，利于合金丝充分作用于超弹性区域。同样因工作平台的面积是上盖板面积的数十倍，所以，上盖板上下移动的距离会是工作平面的数十倍，使合金丝有较为明显的应变，利于合金丝充分发挥作用。

所以，本发明提出一种采用形状记忆合金的隔振装置，将隔振系统的固有频率大幅降低至基本为零，从根本上解决现有的低频隔振所遭遇的技术难题，且结构简单，工作带宽具有自适应能力。

附图说明

图1 是采用形状记忆合金丝的滞回曲线示意图；

图2是隔振装置无振动时的示意图；

图3是隔振装置工作平台向下振动时的示意图；

图4是隔振装置滑轮组具体分布的示意图。

具体实施方式

下面通过附图来说明本发明的设计思想。

如图1所示，A点是形状记忆合金丝经预拉伸处理后在滞回曲线上的位置点，B点是合金丝在A点预处理基础上应变继续增大后达到的位置点，C点是在A点预拉伸长度基础上应变减小时的位置点。可以看出，A、B都在滞回曲线的上平台，纵坐标（应力）不变；而C处于滞回曲线下平台，由于滞回曲线宽度极窄，上下平台几乎重合，所以A、C的纵坐标（应力）几乎相同。综上，此种形状记忆合金丝在超弹性范围内，应变无论增大还是缩小，恢复力基本保持不变，即静态刚度基本不变，动态刚度基本为零。

如图2所示，本实施例中工作平台1上安置有振源，流体介质装置3内充满流体，工作平台1与流体介质装置3之间通过柔性薄膜2连接，上盖板6与流体介质装置3之间通过柔性薄膜5连接。上盖板6、流体介质装置右端箱体上部、底部分别安有滑轮组7、8、10，滑轮组7、10、8之间缠绕形状记忆合金丝9，滑轮组10上安有摇柄，形状记忆合金丝9须经摇柄预拉伸处理至超弹性阶段。

本实施例中振源工作时，工作台1不断上下振动，使工作台1、柔性薄膜2、流体介质装置3之间的容积发生变化，当工作台1下降时，压缩内腔，导致流体压强增大，柔性薄膜2、5受压，面积进一步拉伸，内腔容积增大。如图3所示，工作台1下降，柔性薄膜2、5受压，上盖板6上升，压强减小恢复到原流体压强；反之亦然。上述过程使得流体介质装置3内压力始终保持恒定，使得装置整体维持一个相对恒定的较高的静刚度实现对振源的支撑。

本实施例中振源工作时，振动传递到工作台1上，工作台1不断上下振动，如图3所示，当工作台1有向下的位移时，滑轮组7、8、10上的形状记忆合金丝9伸长，据前面介绍的形状记忆合金丝特性，缠绕在滑轮组7、8、10的形状记忆合金丝9上所受应力几乎不变，系统获得了几乎不变的静刚度和几乎为零的动刚度，反之亦然，从而使得整个振动系统获得了接近于零的固有频率，进而实现超低频隔振效果。

如图4所示，是隔振装置滑轮组具体分布的示意图，滑轮组两侧对称分布，滑轮组数及合金丝缠绕圈数可根据激振力大小进行选择控制。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种拟零刚度隔振装置，主要由上盖板、滑轮组、形状记忆合金丝、工作平台、柔性薄膜，流体介质装置组成，其特征在于：

所述流体介质装置两端分别为一箱体，中间相通；左端箱体上侧与工作平台相连接，右端箱体上侧与上盖板相连接，连接处采用柔性薄膜连接；装置内部为流体；

所述工作平台上放置需要隔振的振源；

所述上盖板装置与流体介质装置右端箱体通过柔性薄膜相连；上盖板两侧分别固定滑轮组；

所述滑轮组左右两侧各三组，分别固定于上盖板、流体介质装置右端箱体上部、底部，每侧的三组滑轮组之间以形状记忆合金丝缠绕；最底部滑轮组处安装摇柄，对形状记忆合金丝进行预拉伸处理；滑轮组数及合金丝缠绕圈数可根据激振力大小进行选择控制；

所述形状记忆合金丝工作在超弹性工作区内。

2.根据权利要求1所述的一种拟零刚度隔振装置，其特征在于：所述的柔性薄膜采用波纹管。

3.根据权利要求1或2所述的一种拟零刚度隔振装置，其特征在于：工作平台的面积大于上盖板面积。