CN106763466B - 一种新型正负刚度并联低频隔振机构 - Google Patents

Abstract

一种新型正负刚度并联低频隔振机构，包括正刚度弹簧调节装置、垂直弹簧主体、负刚度结构、负刚度弹簧调节装置、阻尼结构、承载结构、水平弹簧支撑柱及底座支撑固定结构；其中，正刚度弹簧调节装置包括圆形套筒、调节旋钮及压力传感器1；负刚度结构包括水平弹簧主体及套筒、水平弹簧滑动块1和2、水平弹簧连杆及圆筒侧壁铰接装置；负刚度弹簧调节装置包括双头螺柱及其调节旋钮、双头螺柱固定框架、压紧弹簧主体、压紧调节螺母、压力传感器2及其紧固螺母；阻尼结构包括调整垫板、阻尼器及其连接板；承载结构包括承载台及圆筒侧壁；底座支撑固定结构包括支撑板、圆盘底座、支撑垫脚、支撑柱及直线轴承；具有结构紧凑、调节准确等隔振优势。

Description

一种新型正负刚度并联低频隔振机构

技术领域

本专利涉及一种新型正负刚度并联低频隔振机构，本发明可广泛应用于车辆、悬架、精密仪器等领域的低频振动控制技术领域。

背景技术

振动是机械工程中一种常见的现象，且较多情况下振动是有害的，随着工程技术的不断发展，运转机械的功率和转速不断地提高，振动已成为一个非常普遍且亟需解决的问题。机械振动不仅损害机械设备的工效、寿命，并会产生噪声，影响机械设备运转的平稳性及对周围环境产生不利影响。长期以来人们形成了控制振动问题的三种方法：减小与消除振源激励(改善系统动平衡性能、涂敷阻尼涂料等)；防止共振与降低振动响应(改变振动系统的固有频率、干扰频率、增大阻尼等)；安装隔振器(包括主动隔振器和被动隔振器)。由于机械设备工况复杂，因此安装不同类型的隔振器是人们控制振动的主要手段。随着动力机械大型化、轻量化的发展，零部件的柔度不断加大，柔弹性体导致的低频振动问题日益严重。根据减振理论可知：只有当(ω，ω_n分别为激励频率和系统的固有频率)时隔振系统才有隔振效果；而大型机械高承载条件下的固有频率往往很难降低，这样就出现系统固有频率高引发的面临抗低频、隔离低频振动效果差的问题；严重时甚至出现为隔离低频振动降低系统刚度，并由于刚度过小导致出现系统静变形过大或失稳等问题。因此，传统钢弹簧隔振器在隔离低频振动时会出现静变形过大的问题，面临不能兼顾承载能力和低频隔振两方面的重大挑战。

为了减少低频振动在工程中的危害，人们研究了各种减振方法，并产生了相应的各种振动控制装置。经检索，相关度较大的文献及专利如下：

(1)在《振动与冲击》2011年第30卷第1期文章“新型超低频非线性被动隔振系统的设计”文章中，根据正负刚度并联隔振的刚度表达式及平衡位置处零刚度条件，设计了非线性刚度的超低频被动隔振系统，解决了抗超低频振动的难题。然而，该隔振系统只能隔绝垂直方向向下的振动，实际工程中有很大的限制；此外文章中的连杆大角度转动时，水平弹簧会产生倾斜偏移不再保持水平状态，影响实际中隔振系统的刚度特性；而且连杆设计的承载能力会受限制。

(2)公开号为CN 203641365 U，题为：“准零刚度隔振器”的实用新型专利，公开了一种准零刚度隔振器，利用四个水平弹簧以及一个竖直弹簧提供恢复力，利用滚轮—凸轮装置连接水平移动装置与垂直移动装置，组成一个非线性几个机构；通过合理设计竖直弹簧和水 平弹簧的刚度系数，及调节水平弹簧的压缩量，使系统在静平衡位置处的刚度为零，从而实现低频或超低频隔振。该隔振器具有高静刚度小动刚度特性，不仅可以实现低频隔振还可以承受较大的设备重量，且结构简单、加工制造方便，易于实现工程化。但该隔振器的负刚度范围较小且无法进行调节，此外无法实现对弹簧刚度的准确调节，无法保证各个弹簧压缩量的一致性。

(3)公开号为CN 202402559 U，题为：“一种无源低频隔振器”的实用新型专利，公开了无源低频隔振器。包括封闭的圆筒状的底座，其顶部开设用通孔，其内侧壁上均布连接着三个阻尼器的缸体；中心连接杆插设在底座的通孔内，下端活动连接着三个阻尼器的活塞杆；底座顶部均布有三只安装夹具；中心连杆上部设有六边形的中心夹紧件，中心夹紧件上均布连接着三块片弹簧的一端，三块片弹簧的另一端分别连接着三只安装夹具，中心连接杆的顶部设有承载台。该使用新型具有明显的高静刚度和低动刚度特性，既降低了起始振动频率，能够实现低频甚至超低频隔振，又具有较高的静承载能力，减小了隔振器的变形。同时通过阻尼结构的优化，使减振器能够根据工况自动调节阻尼，起到抑制共振和抗冲击的作用。然而该隔振器的提供刚度的弹簧片对于加工精度要求很高且实际可控性较差，减振器的整体减振器减振局限性很大，不利于工程中的推广。

(4)公开号为CN 202520848 U，标题为“一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器”的实用新型专利，公开了一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，由导向柱、套盖、滑块、负刚度弹簧、下盖、导向座、滚珠和主弹簧构成，本实用新型可实现高静刚度、低动态刚度的特性，实现零赫兹超低频隔振，并且隔振性能可调；采用滚珠实现滚动摩擦，减小摩擦阻力；本实用新型可作为一个部件配备使用，适用于承受振动激励的环境，尤其是低频振动激励的环境，如车辆座椅、悬架，精密仪器隔振、减振抗震等。但是该隔振器的刚度调节只局限在正刚度弹簧上，负刚度元件的刚度无法调节，且该隔振器只能增强承载能力的实用性，但是对于隔振频率范围的是确定的，隔振频率范围较窄，且正刚度无法做到准确可量化调节。

本发明致力于解决上述问题，提出一种新型正负刚度并联低频隔振机构，通过调节正负刚度值实现静平衡位置的准零刚度特性。此外，本隔振机构还能够从整体上实现所有刚度值的调节与过激保护：正刚度元件(根据刚度的定义其中dF为载荷增量，dx为变形增量。若k>0则为正刚度，能够产生正刚度的元件即为正刚度元件)的刚度调节可以增强隔振器承载能力的适应性；负刚度元件(根据上述刚度定义，若k<0则为负刚度。能够产生负刚度的元件即为负刚度元件)的刚度调节可以实现隔振器隔振频率范围和隔振位移区域的调节；阻尼器的加入会抑制隔振器的共振并在隔振器受到过大激励时提供保护。

本发明基于正负刚度并联原理：负刚度元件由预压水平弹簧与铰接连杆共同组成，正刚度由垂直弹簧提供；此外该隔振机构加装阻尼器；调节水平弹簧的预压值可以满足不同承载质量与隔振目的的要求；阻尼装置可以抑制系统的共振发生以及为过激情况提供保护。

发明内容

本发明的目的在于改善传统正负刚度并联的低频隔振机构安装不便、结构复杂、工况适应性差、灵活机动性差、成本高且稳定度较低的问题，提出一种新型正负刚度并联低频隔振机构。

本发明所提的一种新型正负刚度并联低频隔振机构，包括正刚度弹簧调节装置、垂直弹簧主体、负刚度结构、负刚度弹簧调节装置、阻尼结构、承载结构、水平弹簧支撑柱及底座支撑固定结构组成：

其中，所述的正刚度弹簧调节装置由圆形套筒、调节旋钮及压力传感器1组成；优选的压力传感器1为轮辐式压力传感器；

所述的负刚度结构由水平弹簧主体、水平弹簧套筒、水平弹簧滑动块1、水平弹簧滑动块2、水平弹簧连杆及圆筒侧壁铰接装置组成；

所述的负刚度弹簧调节装置由双头螺柱、双头螺柱固定框架、压紧弹簧主体、压紧调节螺母、双头螺柱调节旋钮、压力传感器紧固螺母及压力传感器2组成；

其中，优选的压力传感器2为S型压力传感器；

所述的阻尼结构由阻尼器连接板、阻尼器、调整垫板组成；优选的阻尼器为活塞式阻尼器；

所述的承载结构由承载台及圆筒侧壁组成；

所述的底座支撑固定结构由支撑板、圆盘底座、支撑垫脚、支撑柱及直线轴承组成；

所述的三类弹簧：水平弹簧主体、垂直弹簧主体及压紧弹簧主体中的弹簧个数不唯一且可调整更换；所述的阻尼器个数不唯一且可调整更换；

本发明的各组成部分功能如下：圆盘底座下方安装的支撑垫脚用于方便调节底座的水平，增强本发明对工况的适应性；正刚度弹簧调节装置通过与圆形套筒中心孔连接的调节旋钮、垂直弹簧主体上端的压力传感器1实现垂直弹簧的正刚度调节；垂直弹簧主体的调节确保系统静平衡位置时水平弹簧连杆为水平状态；负刚度弹簧调节装置用于调整负刚度范围及隔振范围，具体通过压紧弹簧调节螺母旋进双头螺柱的移动量控制压紧弹簧主体的压缩量，并通过压力传感器2反馈调节螺母的压力值，可以实现水平弹簧预压缩量的一致性和准确性；负刚度弹簧调节装置的双头螺柱调节旋钮可以调节双头螺柱的固定位置，通过改变双头螺柱的固定位置，可以实现在水平弹簧套筒内安装的水平弹簧主体的不同长度规格；各类弹簧调节 装置经调节旋钮或螺母配合压力传感器1或压力传感器2进行压力调节，确保调整的准确与一致性；阻尼器结构中的阻尼器能够抑制系统共振并在过载激励时为系统提供保护；负刚度弹簧调节装置的双头螺柱和压紧弹簧调节螺母对压紧弹簧主体起导向作用；承载结构的圆筒侧壁下端直杆通过直线轴承与支撑板进行滑动配合，圆筒侧壁的上端面固定连接承载台；水平弹簧支撑柱为负刚度弹簧调节装置及负刚度结构提供支撑固定，其下端面固定于支撑板上表面；正刚度弹簧调节装置的压力传感器1实时监测调节旋钮施加的拉压力，实现垂直弹簧主体压力的方便调节及若干弹簧调节装置压力调节一致性；

本发明的各组成部分的连接与安装关系如下：

本发明的整体结构围绕以底座支撑固定结构的支撑柱为中心呈固定角度均匀分布；

所述的正刚度弹簧调节装置的连接关系如下：

正刚度弹簧调节装置固定于底座支撑固定结构的支撑板下方，压力传感器1与调节旋钮之间通过垂直弹簧主体相连，压力传感器1一端与通过直线轴承穿过承载结构的支撑板的圆筒侧壁的下端直杆连接，另一端连接有垂直弹簧主体；与圆形套筒中间孔配合连接的调节旋钮可以对垂直弹簧主体进行调节，其中圆形套筒固定在支撑板的下表面上；

垂直弹簧主体安装于正刚度弹簧调节装置的圆形套筒内，上端与压力传感器1连接，下端与调节旋钮连接；

所述的负刚度结构的连接关系如下：

负刚度结构安装于水平弹簧支撑柱上部开设的通孔处，其水平弹簧主体外部安装有水平弹簧套筒，水平弹簧套筒的固定端连接在水平弹簧支撑柱通孔处外壁，水平弹簧主体的活动端连接水平弹簧滑动块1，水平弹簧滑动块1另一端连接有负刚度弹簧调节装置的压力传感器2的一端(压力传感器2的另一端连接方式如下负刚度弹簧调节装置的连接关系中所述)；水平弹簧主体另一端安装有可在水平弹簧套筒内做直线运动的水平弹簧滑动块2，在水平弹簧滑动块2上开设有铰接孔，并连接水平弹簧连杆，在水平弹簧连杆的另一端同样通过铰接方式与圆筒侧壁铰接装置连接；

所述的负刚度弹簧调节装置的连接关系如下：

上述压力传感器2的另一端连接到一根通过双头螺柱固定框架固定在水平弹簧支撑柱内壁的双头螺柱上，压力传感器紧固螺母固定连接双头螺柱和压力传感器2，在双头螺柱上安装有压紧弹簧主体，并通过双头螺柱一端的压紧弹簧调节螺母进行压力调节；双头螺柱通过双头螺柱调节旋钮与双头螺柱固定框架连接；所述负刚度弹簧压力调节装置中的压紧弹簧调节螺母与双头螺柱连接；双头螺柱与压紧弹簧主体连接，并与反馈调节螺母压力值的压力传感器2连接；

所述的阻尼结构连接关系如下：

阻尼器通过阻尼结构的阻尼器连接板、调整垫板和圆筒侧壁内侧以及支撑板连接：阻尼结构的调整垫板和圆筒侧壁连接到底座支撑固定结构的支撑板上方，调整垫板上固定有阻尼器，阻尼器上部通过阻尼器连接板连接到圆筒侧壁的内壁；

所述承载结构连接关系如下：

承载结构的圆筒侧壁下部直杆通过底座支撑固定结构的直线轴承并穿过其支撑板与正刚度弹簧调节装置的压力传感器1相连，圆筒侧壁上端面与承载台连接；

水平弹簧支撑柱下端面与支撑板上表面固定连接，其上部通孔处与负刚度弹簧调节装置的双头螺柱固定框架及负刚度结构的水平弹簧套筒固定连接；

所述的底座支撑固定结构的各组成部分连接如下：

本发明的底座支撑固定结构的圆盘底座下方安装有支撑垫脚，其上方连接有支撑柱，支撑柱上方接有支撑板，支撑板下方固定有若干圆形套筒，圆形套筒内安装有垂直弹簧主体、调节旋钮及压力传感器1，且垂直弹簧主体安装于压力传感器1与调节旋钮之间。

有益效果

本发明一种新型正负刚度并联低频隔振机构，其有益效果主要体现在以下几方面：

1、本发明通过调整正负刚度值可实现隔振机构在静平衡位置上下范围内刚度降低，从而使得该隔振机构具有高静刚度和低动刚度的刚度特性，可应用于低频、超低频隔振领域，即可应用于车辆、悬架、精密仪器等低频隔振领域；

2、本发明的正刚度弹簧调节装置及垂直弹簧主体、负刚度结构及阻尼结构均可实现模块化安装，故具有整体结构紧凑合理、安装拆卸方便的优点；圆盘底座垫脚可提升整体安装隔振器的适应性，即具有安装运输方便的优点；

3、本发明的垂直弹簧及与其连接的圆筒侧壁垂直方向上的位置可以方便调节，采用压力传感器可实现垂直弹簧主体调节的准确性和一致性，可以实现静平衡位置的调节，使系统具有更好的刚度特性，即可实现准确调节；

4、本发明水平弹簧主体的预压设计有压力传感器，且通过压紧弹簧和压紧弹簧调节螺母提供水平弹簧的预压紧力：一方面可实现隔振机构的负刚度范围调节，另一方面又可实现水平弹簧支撑柱外壁布置的若干水平弹簧预压压力的一致性和准确性；

5、本发明的负刚度结构中的双头螺柱通过双头螺柱调节旋钮固定在双头螺柱固定框架上，并可通过调节双头螺柱调节旋钮调节双头螺柱的固定位置并移动水平弹簧滑动块1的位置，以安装不同长度规格的水平弹簧主体，从而可以使本隔振机构满足不同的隔振需求；

6、本发明的垂直弹簧主体可以根据不同承载情况及隔振要求，增加和减少垂直弹簧的安 装个数，使减振机构在保证隔振效果的同时，具有更好的经济性；

7、本发明的水平弹簧主体个数可以根据不同的隔振要求及正负刚度关系进行调整和安装；

8、本发明的阻尼器型号及数量可以改变，可抑制系统共振情况，并对过载激励情况进行保护，即具有自我保护性强的优点。

附图说明

图1是本发明及实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的系统组成框图；

图2是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的组成结构示意图；

图3是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的Z-Z向剖视图；

图4是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的支撑板结构示意图；

图5是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的圆筒侧壁结构示意图；

图6是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的水平弹簧及其组装调节元件结构示意图；

图7是本发明实施例1中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的垂直弹簧及其组装调节元件结构示意图；

图8是本发明实施例2中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图；

图9是本发明实施例3中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图；

图10是本发明实施例4中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图；

图11是本发明实施例5中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的支撑板结构示意图；

图12是本发明实施例5中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的圆筒侧壁结构示意图；

图13是本发明实施例6中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的圆筒侧壁结构示意图；

图14是本发明实施例7中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的支撑板结构示意图；

图15是本发明一种新型正负刚度并联低频隔振机构不同静平衡位置时位移刚度特性曲线；

图16是本发明一种新型正负刚度并联低频隔振机构不同正负刚度弹性元件安装个数情况下位移刚度特性曲线；

附图标记说明：

图1中的A为承载结构；B为水平弹簧支撑柱；C负刚度结构，D负刚度弹簧调节装置，E阻尼结构，F为垂直弹簧主体，G为底板支撑固定结构，H为正刚度弹簧调节装置；

图2至图16中标号统一，其中：1为承载台、2为圆筒侧壁、3为双头螺柱固定框架、4为阻尼器连接板、5为支撑板、6为圆形套筒、7为圆盘底座、8为支撑垫脚、9为支撑柱、10为水平弹簧支撑柱、11为水平弹簧套筒固定端、12为水平弹簧套筒活动端、13为水平弹簧远 端滑动块、14为水平弹簧主体、15为水平弹簧近端滑动块、16为水平弹簧近端滑动块固定螺杆、17为S型压力传感器、18为压力传感器紧固螺母、19为压紧弹簧远端固定垫片、20为压紧弹簧主体、21压紧弹簧近端固定垫片、22为压紧弹簧调节螺母、23为双头螺柱调节旋钮、24为双头螺柱、25为水平弹簧连杆、26为圆筒侧壁铰接装置、27为阻尼器、28为调整垫板、29直线轴承、30为轮辐式压力传感器、31为垂直弹簧主体连接垫片、32为垂直弹簧主体、33为调节旋钮、34为直线轴承配合通孔、35为直线轴承安装螺纹孔、36为调整垫板安装孔、37为支撑柱安装孔、38为圆筒侧壁下端连接直杆、39为圆筒侧壁内壁凸面连接平台。

具体实施方式

结合附图对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，是本发明及本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构的系统组成结构框图。其中，各组成模块的连接关系如下：

承载结构A下端与底座支撑固定结构配合连接；水平弹簧支撑柱B固定在底座支撑固定结构G的上端面；负刚度结构C一端通过水平弹簧支撑柱B上部的通孔与固定在水平弹簧支撑柱B内侧的负刚度弹簧调节装置D连接，另一端与承载结构A铰接；阻尼结构E固定在底座支撑固定结构G的上端面且与承载结构A的圆筒侧壁连接，正刚度弹簧调节装置H固定在底座支撑固定结构G下端面与底座支撑固定结构G相接的承载结构A下端面连接，垂直弹簧主体F包含于正刚度弹簧调节装置H中，底座支撑固定结构G固定在某平面基础上。再进一步的，具体到本实施例，其各组成部分的完整结构如图2、3所示；其中，图2是本实例中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的组成结构示意图；图3是本实例中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的Z-Z向剖视图。

本实施例中提出的一种新型正负刚度并联低频隔振机构包括圆盘底座7，圆盘底座7下方固定有支撑垫脚8，增强该隔振机构的工况适应性；圆盘底座7上方通过焊接或螺栓方式固定有支撑柱9。支撑柱9上方通过螺栓固定有支撑板5，在支撑板5下方固定有八个圆形套筒6，在圆形套筒6内安装有垂直弹簧主体32；与本发明说明书主体不同的是：本实施例1在垂直弹簧主体32两端增加了垂直弹簧主体连接垫片31，在垂直弹簧主体连接垫片31的下方固定有调节旋钮33，上方固定有轮辐式压力传感器30(对应说明书主体中的压力传感器1)；轮辐式压力传感器30的上方与圆筒侧壁2的下部直杆连接，圆筒侧壁2的下部直杆与支撑板5通过直线轴承29配合；在支撑板5的上方通过螺栓连接八个调整垫板28，支撑垫板28上方固定阻尼器27，阻尼器27上方活塞杆与阻尼器连接板4之间通过销钉固定，阻尼器连接 板4通过螺栓与圆筒侧壁2的内壁通过螺栓方式固定连接。水平弹簧支撑柱10通过焊接方式固定在支撑板5的上表面；水平弹簧支撑柱10上方开设有8个通孔，在通孔处内壁上通过螺栓固定有双头螺柱固定框架3，双头螺柱24通过双头螺柱调节旋钮23固定在双头螺柱固定框架3上，压紧弹簧调节螺母22固定在双头螺柱24上，压紧弹簧调节螺母22一侧为与压紧弹簧主体20固定连接的压紧弹簧近端固定垫片21，双头螺柱24为压紧弹簧主体20提供导向作用，压紧弹簧主体20另一端与压紧弹簧远端固定垫片19固定连接，压紧弹簧远端固定垫片19右侧与压力传感器紧固螺母18压紧连接，S型压力传感器17(对应说明书主体中的压力传感器2)通过压力传感器紧固螺母18与双头螺柱24的一端连接，S型压力传感器17另一端固定连接水平弹簧近端滑动块15(对应说明书主体中的水平弹簧滑动块1)，水平弹簧主体14两端与水平弹簧近端滑动块15和水平弹簧远端滑动块13(对应说明书主体中的水平弹簧滑动块2)固定连接，水平弹簧远端滑动块13上设置有铰接孔，水平弹簧连杆25通过铰接方式两端分别与水平弹簧远端滑动块13和圆筒侧壁铰接装置26连接；水平弹簧支撑柱10在通孔处通过螺栓方式固定连接水平弹簧套筒固定端11和双头螺柱固定框架3，水平弹簧套筒固定端11起到水平弹簧主体20移动的导向作用，水平弹簧套筒固定端11上开设有螺纹孔，水平弹簧近端滑动块固定螺杆16可以通过水平弹簧套筒固定端11上开设的螺纹孔与水平弹簧近端固定块15固定配合，水平弹簧套筒活动端12与水平弹簧固定端11之间通过螺栓固定连接。承载台1与圆筒侧壁2上端面通过螺栓固定连接。

本实施例中的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的工作过程及原理如下：

在外部激励作用下，承载台1会带动圆筒侧壁2一起运动，垂直弹簧主体和阻尼器会一起作用，水平弹簧主体14铰接在圆筒侧壁内壁的水平弹簧连杆25的作用下对系统刚度产生影响，从而使整体隔振机构产生隔振效果；

正负刚度弹性元件并联，通过合适选择各类别弹簧的刚度值及垂直弹簧主体和水平弹簧主体的安装个数，实现本实施例隔振机构在静平衡位置的准零刚度；

水平弹簧支撑柱10焊接方式与支撑板5连接，水平弹簧支撑柱10横截面为八面体形状，在每个端面上部开设的通孔处与负刚度元件调节装置及负刚度元件连接(如图3所示)。

当激励振幅过大时，阻尼器会对整体隔振机构形成保护，且阻尼器会抑制系统发生共振，以免对系统造成破坏。本实施例的支撑板和圆筒侧壁的结构示意图如图3和图4所示，图中标号与图1中相同，具体见附图注释。

实施例2

图8所示为本实施例的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图。与实例1基本相似，不同之处在于将调节旋钮33与轮辐式压力传感器30配合使用(如图7所示)调节 隔振机构的静平衡位置，并确保所有垂直弹簧的调节量的准确性和一致性。

若系统的承载质量变化时，系统的静平衡位置时水平弹簧连杆25不是水平状态，此时可以通过旋转调节旋钮33并配合轮辐式压力传感器30使用，使若干垂直弹簧调节量的准确和一致。移动系统的静平衡位置，使系统在静平衡位置时，水平弹簧连杆25处于水平状态，此时系统具有更好的负刚度特性。如图15所示，为本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构不同静平衡位置时位移刚度特性曲线。在静平衡位置时，水平弹簧连杆处于水平状态，在平衡位置附近刚度值为对称状态且刚度降低，该负刚度特性会方便的选择正负刚度弹性元件的数量和刚度比值，进行系统隔振；如果静平衡位置时水平弹簧连杆处于倾斜状态。从图14中的位移刚度曲线可以看出，系统的刚度在静平衡位置处附近是增大的，不利于负刚度隔振，在应用中应尽量避免静平衡位置时水平弹簧连杆25出现倾斜状态。

实施例3

图9所示为本实施例的一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图。与实例1基本相似，不同之处在于通过压紧弹簧调节螺母22和S型压力传感器17配合使用(如图6所示)，调节压紧弹簧主体的压力，从而持续调整水平弹簧主体14的预压缩量，并保证若干水平弹簧的预压缩量的准确性和一致性。完成水平弹簧主体预压缩量调节后，通过水平弹簧近端滑动块固定螺杆16对水平弹簧近端滑动块15进行固定。通过控制水平弹簧主体的预压缩量，可以实现对系统负刚度特性范围的调节。当系统静平衡位置时，水平弹簧主体位于水平状态处，由水平弹簧的动力学特性可得出水平弹簧垂直方向的弹性力为：

其中l为水平弹簧连杆的长度，x为圆筒侧壁铰接装置位移，k_h为水平弹簧刚度，n为水平弹簧主体的个数，f_h为垂直方向上水平弹簧的弹性力。

设水平弹簧主体预压量为△l，则水平弹簧主体弹性力的计算限制条件为即即对不同的水平弹簧主体注以预压量△l，对应不同的x取值范围，即隔振系统的负刚度范围，会直接影响隔振系统低频隔振范围，根据不同的隔振要求和工况要求，选择合适的水平弹簧主体预压量。

实施例4

图10所示为本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构的结构示意图。与实施例1基本类似，不同之处在于通过调节双头螺柱调节旋钮23，可以实现双头螺柱24的固定位置的调节。与双头螺柱固定连接的S型压力传感器17(即对应发明主体的中的压力传感器2)及二者之间的双头螺柱上的压紧弹簧主体20和与压紧弹簧主体20配合固定的压紧弹簧主体 远端固定垫片19、压紧弹簧近端固定垫片21都会发生位置改变(如图6所示)；

对于汽车隔振领域，对应汽车中的承受主体“人”来说，人体在承受全身振动时，垂直方向上最敏感的振动频率范围为4～8Hz，水平方向上最敏感的振动频率范围为1～2Hz，可以将本申请的隔振装置安装在悬架和座椅上进行二级隔振；而对于精密仪器隔振领域，对于不同的精密仪器有不同的隔振要求，由于采用正负刚度并联方式，系统具有高静刚度低动刚度的特性，在不影响系统承载能力的情况下，采用不同正负刚度元件的数量和刚度比值可以实现系统不同的刚度特性，从而满足不同领域的低频隔振需求。

实施例5

图11是本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构的支撑板结构示意图；图12是本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构的圆筒侧壁结构示意图。与实施例1基本相似，不同之处在于改变支撑板5下方固定的垂直弹簧主体的个数，可以实现垂直弹簧主体个数8、6、4之间的调整，根据垂直弹簧和水平弹簧的刚度关系及隔振技术需求，进行垂直弹簧主体安装个数的选择。当系统静平衡位置时水平弹簧位于水平状态处，可得出垂直弹簧主体的弹性力为：

其中l为水平弹簧连杆的长度，x为圆筒侧壁铰接装置位移，k_h为水平弹簧刚度，n为水平弹簧主体的个数，m为垂直弹簧主体的个数，k_v为垂直弹簧刚度，f为垂直方向上的弹性力。

图15是本发明一种新型正负刚度并联低频隔振机构不同静平衡位置时位移刚度特性曲线。可得出系统的刚度特性，在静平衡位置处，系统的承载能力只取决于垂直弹簧主体的刚度值。

在汽车隔振领域，如果布置二级隔振，即在悬架和汽车座椅上都分别布置该类型隔振器，显然悬架处隔振器的承载能力大于汽车座椅处的隔振器的承载能力，此时可根据不同的承载情况进行垂直弹簧主体安装数量的增减。

同理，在精密仪器隔振领域，根据不同的承载体质量可以进行垂直弹簧主体安装数量的增减调节。由于水平弹簧主体的力学特性，水平弹簧主体必须绕中心线对称均布排列，垂直弹簧主体即正刚度元件的数量选择要保证支撑板的平衡，并且在振动过程中为了保证系统的平稳，垂直弹簧主体，即正刚度元件的数量要尽量与水平弹簧主体的个数一致，此外考虑到整体模型的尺寸，选择正刚度元件为8、6、4三种。

实施例6

如图13所示，为本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构的圆筒侧壁支撑结构示意图。与实施例1基本相似，不同之处在于改变水平弹簧支撑柱10固定连接的水平弹簧调节装置的个数，可以实现水平弹簧主体安装个数的调整，本实施例中采用8、6、4三种水平弹簧主体个数。根据垂直弹簧主体和水平弹簧主体的刚度关系及隔振需求，进行弹簧个数的选择。

根据实例5中的动力学平衡方程：

可以得出：不同n/m(其中n为4、6、8，m为4、6、8)；其他参数如k_v、k_h等参数与实施例5中含义相同，情况下的位移刚度特性曲线如图16所示，即本实施例中一种新型正负刚度并联低频隔振机构不同正负刚度弹性元件安装个数情况下位移刚度特性曲线。由此图，可根据不同的隔振要求及经济性要求选择合适的位移刚度特性，即确定不同的水平弹簧主体个数。

实施例7

如图14所示，为本实施例一种新型正负刚度并联低频隔振机构的支撑板结构示意图。与实施例1基本类似，不同之处在于改变支撑板5上方固定的调整垫板28及调整垫板28上连接的阻尼器27和阻尼器连接板4的安装个数及位置，根据不同的激励情况，选择合适阻尼系数与阻尼器型号以及合适的阻尼器安装个数。

在汽车和精密仪器隔振领域，尤其是重型汽车、越野车或重型精密仪器隔振领域，由于承载较大或路边激励幅值变化剧烈，会造成重型汽车、越野车或重型精密仪器上安装的隔振器容易出现过激情况，此时隔振器的阻尼器会有效的提供保护的作用。根据不同的车辆承载情况、车辆的适应路面状况及精密仪器的重量并考虑经济性因素，选择该隔振器的阻尼器型号及安装阻尼器个数，在共振激励或过载激励情况下阻尼器的粘性阻尼系数和阻尼器个数的增加会增强对系统的保护性；此外当外界激励跟系统的固有频率接近时，阻尼器会有效的抑制系统的共振情况的出现。

在本实例中，根据不同的隔振器适用领域，可以通过更换不同厚度及安装孔的调整垫板28选择不同的阻尼器4与之配合安装，此外阻尼器连接板4的安装位置可以调整以适应不同的阻尼器型号的安装高度要求。

以上所述的实施例1至实施例7为本发明一种新型正负刚度并联低频隔振机构的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的 精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种正负刚度并联低频隔振机构，其特征在于：包括正刚度弹簧调节装置、垂直弹簧主体、负刚度结构、负刚度弹簧调节装置、阻尼结构、承载结构、圆筒侧壁及底座支撑固定结构组成：

其中，所述的正刚度弹簧调节装置由圆形套筒、调节旋钮及压力传感器I组成；

所述的负刚度结构由水平弹簧主体、水平弹簧套筒、水平弹簧滑动块I、水平弹簧滑动块II、水平弹簧连杆及圆筒侧壁铰接装置组成；所述的负刚度弹簧调节装置由双头螺柱、双头螺柱固定框架、压紧弹簧主体、压紧调节螺母、双头螺柱调节旋钮、压力传感器紧固螺母及压力传感器II 组成；

所述的阻尼结构由阻尼器连接板、阻尼器、调整垫板组成；阻尼器为活塞式阻尼器；

所述的承载结构由承载台及圆筒侧壁组成；

所述的底座支撑固定结构由支撑板、圆盘底座、支撑垫脚、支撑柱及直线轴承组成；

各组成部分的连接与安装关系如下：

整体结构围绕以底座支撑固定结构的支撑柱为中心呈固定角度均匀分布；

所述的正刚度弹簧调节装置的连接关系如下：

正刚度弹簧调节装置固定于底座支撑固定结构的支撑板下方，压力传感器I与调节旋钮相连，压力传感器I一端与通过直线轴承穿过承载结构的支撑板的圆筒侧壁的下端直杆连接，另一端连接有垂直弹簧主体；与圆形套筒中间孔配合连接的调节旋钮可以对垂直弹簧主体进行调节，其中圆形套筒固定在支撑板的下表面上；

垂直弹簧主体安装于正刚度弹簧调节装置的圆形套筒内，上端与压力传感器I 连接，下端与调节旋钮连接；

所述的负刚度结构的连接关系如下：

负刚度结构安装于水平弹簧支撑柱上部开设的通孔处，其水平弹簧主体外部安装有水平弹簧套筒，水平弹簧套筒的固定端连接在水平弹簧支撑柱通孔处外壁，水平弹簧主体的活动端连接水平弹簧滑动块I，水平弹簧滑动块I另一端连接有负刚度弹簧调节装置的压力传感器II的一端，压力传感器II的另一端连接方式如下负刚度弹簧调节装置的连接关系中所述；水平弹簧主体另一端安装有可在水平弹簧套筒内做直线运动的水平弹簧滑动块II，在水平弹簧滑动块II有铰接孔，并连接水平弹簧连杆，在水平弹簧连杆的另一端同样通过铰接方式与圆筒侧壁铰接装置连接；

所述的负刚度弹簧调节装置的连接关系如下：

上述压力传感器II的另一端连接到一根通过双头螺柱固定框架固定在水平弹簧支撑柱内壁的双头螺柱上，压力传感器紧固螺母固定连接双头螺柱和压力传感器II，在双头螺柱上安装有压紧弹簧主体，并通过双头螺柱一端的压紧弹簧调节螺母进行压力调节；

双头螺柱通过双头螺柱调节旋钮与双头螺柱固定框架连接；所述负刚度弹簧压力调节装置中的压紧弹簧调节螺母与双头螺柱连接；双头螺柱与压紧弹簧主体连接，并与反馈调节螺母压力值的压力传感器II连接；

所述的阻尼结构连接关系如下：

阻尼器通过阻尼结构的阻尼器连接板、调整垫板和圆筒侧壁内侧以及支撑板连接：

阻尼结构的调整垫板和圆筒侧壁连接到底座支撑固定结构的支撑板上方，调整垫板上固定有阻尼器，阻尼器上部通过阻尼器连接板连接到圆筒侧壁的内壁；

所述承载结构连接关系如下：

承载结构的圆筒侧壁下部直杆通过底座支撑固定结构的直线轴承并穿过其支撑板与正刚度弹簧调节装置的压力传感器I相连，圆筒侧壁上端面与承载台连接；

水平弹簧支撑柱下端面与支撑板上表面固定连接，其上部通孔处与负刚度弹簧调节装置的双头螺柱固定框架及负刚度结构的水平弹簧套筒固定连接；

所述的底座支撑固定结构的各组成部分连接如下：

底座支撑固定结构的圆盘底座下方安装有支撑垫脚，其上方连接有支撑柱，支撑柱上方接有支撑板，支撑板下方固定有若干圆形套筒，圆形套筒内安装有垂直弹簧主体、调节旋钮及压力传感器I，且垂直弹簧主体安装于压力传感器I与调节旋钮之间；

其中，压力传感器I为轮辐式压力传感器；压力传感器II为S 型压力传感器；

水平弹簧主体、垂直弹簧主体及压紧弹簧主体中的弹簧个数不唯一且可调整更换，所述的阻尼器个数不唯一且可调整更换；

所述正负刚度并联低频隔振机构，各组成部分功能如下：圆盘底座下方安装的支撑垫脚用于方便调节底座的水平，增强对工况的适应性；正刚度弹簧调节装置通过与圆形套筒中心孔连接的调节旋钮、垂直弹簧主体上端的压力传感器I 实现垂直弹簧的正刚度调节；垂直弹簧主体的调节确保系统静平衡位置水平；负刚度弹簧调节装置用于调整负刚度范围及隔振范围，具体通过压紧弹簧调节螺母旋进双头螺柱的移动量控制压紧弹簧主体的压缩量，并通过压力传感器II反馈调节螺母的压力值，可以实现水平弹簧预压缩量的一致性和准确性；负刚度弹簧调节装置的双头螺柱调节旋钮可以调节双头螺柱的固定位置，通过改变双头螺柱的固定位置，可实现在水平弹簧套筒内安装的水平弹簧主体的不同长度规格；各类弹簧调节装置经调节旋钮或螺母配合压力传感器II和压力传感器II进行压力调节，确保调整的准确与一致性；阻尼器结构中的阻尼器能够抑制系统共振并在过载激励时为系统提供保护；负刚度弹簧调节装置的双头螺柱和压紧弹簧调节螺母对压紧弹簧主体起导向作用；承载结构的圆筒侧壁下端直杆通过直线轴承与支撑板进行滑动配合，圆筒侧壁的上端面固定连接承载台；水平弹簧支撑柱为负刚度弹簧调节装置及负刚度结构提供支撑固定，固定于支撑板上表面；正刚度弹簧调节装置的压力传感器I实时监测调节旋钮施加的拉压力，实现垂直弹簧主体压力的方便调节及若干弹簧调节装置压力一致性的协调。