CN106969088A - 一种兼顾高低频振动的隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种兼顾高低频振动的隔振装置。该隔振装置由底座，凹型托台，固定底板，框架，竖直刚度‑阻尼机构，锁紧夹具，水平刚度‑阻尼机构，可移动铰链座，导杆和直线轴承构成。本发明基于非线性刚度和非线性阻尼的特殊隔振性能，提出了一种非线性刚度和非线性阻尼的实现装置。所述装置包含的刚度‑阻尼机构，拥有较低的动态刚度以扩大隔振频带，并且拥有较高的静态刚度以保证静态变形较小、不失稳性；所述装置还使用非线性阻尼共同抑制共振峰的高度，在降低共振峰高度的同时使共振峰左移以拓宽隔振频带并且抑制高频处的传递率。
Description
技术领域
本发明涉及隔振装置技术领域，尤其是一种兼顾高低频振动的隔振装置。
背景技术
隔振技术已广泛应用于工业界的各行各业，如车辆、船舶、精密加工领域等。为提高减振效果，工业界一直在追求低频或超低频的隔振元器件。在低频减振领域，目前广泛通过被动隔振、主动和半主动隔振技术来实现。主动和半主动减振存在需要外界输入能量、系统较为复杂的缺点。相比之下，弹簧阻尼组成的被动隔振结构简单，不需要外部能量,并颇具经济性优势，因此在很多情况下成了解决工程振动传递问题的首选方案。但与其它振动控制技术一样，被动隔振技术也有其难以克服的缺点。如为了提高低频的隔振效率，要求减振器必须具有足够低的刚度，但是为了保证一定的承载能力和稳定性，又需要较大的静态刚度。因此传统的被动隔振技术始终存在着动态刚度和静态变形间权衡的问题。另外，传统的被动隔振技术对于共振区域的隔振效果不好。虽然线性阻尼可以控制共振频率下的响应，但是也会降低隔振区的隔振效率，因此工程师和科学家们开始研究加入非线性阻尼对隔振性能的影响。随着工业化的不断发展，人们对振动隔离的要求越来越高，例如精密仪器低频隔振平台，直升机驾驶员的座椅等需要在低频时较好的隔振性能。同时加入以特定几何关系构成几何非线性刚度和非线性阻尼，兼顾低频和高频振动，以改进现有隔振器十分必要。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种兼顾高低频振动的隔振装置，以非线性刚度和非线性阻尼，兼顾低频和高频振动。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种兼顾高低频振动的隔振装置，包括一个底座和一根导杆，所述底座固定于地面上，导杆上端面搁置被隔振物体，所述底座上固定连接一个凹型托台，一块底板固定于凹形托台上，一个门形框架固定于底板上，门形框架的顶梁中央固定安装一个直线轴承；所述导杆通过直线轴承支承而活动插置于门形框架中，导杆中部滑套一个移动铰链座，在导杆下端与底板之间安装一个竖直刚度-阻尼机构，在移动铰链座两侧分别各由一个水平刚度-阻尼机构与门形框架的两侧梁相铰连，使导杆能够在竖直方向移动而无法水平移动和旋转。
所述的竖直刚度-阻尼机构与水平刚度-阻尼机构的结构相同，均为线性液压阻尼器，该阻尼器的两端分别连接凸缘或铰链环，用于对其两端与连接构件连接，而外部套装一个弹簧。
所述水平刚度-阻尼机构中的阻尼器包括液压缸和活塞杆，液压缸和活塞杆的顶端均为铰链环，而端部固定有弹簧支承槽板，弹簧安装在两弹簧支承槽板之间。
所述竖直刚度-阻尼机构中的阻尼器两顶端均为连接凸缘，其上连接凸缘通过一个锁紧夹具与导杆下端固定连接，而下连接凸缘通过螺栓螺母与底板固定连接，竖直弹簧安装在两连接凸缘之间。
本发明的工作原理如下：
本发明包括同一平面内依次安置的底座，凹型托台，固定底板，框架，竖直刚度-阻尼机构，锁紧夹具，水平刚度-阻尼机构，可移动铰链座，导杆和直线轴承，其中，所述底座固定于地面上，作为固定底座，所述凹型托台固定于底座上，所述底板固定于凹型托台上，所述框架固定于底板上，以上配件均为固定件。竖直刚度-阻尼机构和水平刚度-阻尼机构均为线性的刚度-阻尼机构。需隔离的振动源作用于导杆上端面，导杆通过直线轴承固定于框架中，可以在竖直方向上移动，无法在水平方向上移动和转动，并用锁紧夹具与竖直刚度-阻尼机构连接。水平刚度-阻尼机构通过铰链与框架和导杆连接，其中刚度-阻尼机构由一个弹簧和一个阻尼器组成，二者并联并且在运动过程中保持平行。静止状态下，两个水平刚度-阻尼机构呈完全水平。刚度力互相抵消。通过调整锁紧夹具使得此时系统在竖直方向上受力平衡。机构拥有较高的静态刚度以保持其稳定性。而当导杆在力的作用下偏离平衡位置，两个水平刚度-阻尼机构围绕两侧铰链进行旋转，使得两个水平刚度-阻尼机构对导杆的作用力的方向发生变化。由于水平刚度-阻尼机构在安装时加入了预压力使得水平弹簧的长度为原长的0.7倍，所以水平刚度-阻尼机构旋转之后的刚度力投影到竖直方向上和位移方向相同，显示出负刚度。抵消竖直支撑弹簧的正刚度，获得极低的动态刚度，从而实现隔振器的低固有频率。阻尼力投影到竖直方向表现为非线性阻尼，它与位移的2次方成正比，能使在共振频率处表现出较大的阻尼在高频处表现出较小的阻尼。因此一方面负刚度抵消竖直支撑弹簧的正刚度，产生较高的静态刚度较低的动态刚度；由于几何非线性关系，能抑制共振频率处响应并保持较优的隔振性能。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
本发明的隔振器，非线性刚度的引入有效的减少了振动的幅度，并且还能降低共振频率，拓宽隔振频带，而非线性阻尼的引入在降低共振频率处振动幅度和力传递率的同时保持了高频率处较低的传递率。本发明结合了非线性刚度和非线性阻尼的优点，有效的减少了振动的幅度和力传递率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为水平刚度-阻尼结构图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图评述如下：
参见图1，一种兼顾高低频振动的隔振装置，包括一个底座5和一根导杆1，所述底座5固定于地面上，导杆1上端面搁置被隔振物体，所述底座5上固定连接一个凹型托台4，一块底板6固定于凹形托台4上，一个门形框架3固定于底板6上，门形框架3的顶梁中央固定安装一个直线轴承2；所述导杆1通过直线轴承2支承而活动插置于门形框架3中，导杆1中部滑套一个移动铰链座9，在导杆1下端与底板6之间安装一个竖直刚度-阻尼机构7，在移动铰链座9两侧分别各由一个水平刚度-阻尼机构10与门形框架3的两侧梁相铰连，使导杆1能够在竖直方向移动而无法水平移动和旋转。
参见图2，所述的竖直刚度-阻尼机构7与水平刚度-阻尼机构10的结构相同，均为线性液压阻尼器，该阻尼器的两端分别连接凸缘或铰链环，用于对其两端与连接构件连接，而外部套装一个弹簧。图2所示为水平刚度-阻尼机构10中的阻尼器包括液压缸2-3和活塞杆2-2，液压缸2-3和活塞杆2-2的顶端均为铰链环，而端部固定有弹簧支承槽板2-5，2-1，弹簧2-2安装在两弹簧支承槽板2-5，2-1之间。竖直刚度-阻尼机构7中的阻尼器两顶端均为连接凸缘，其上连接凸缘通过一个锁紧夹具8与导杆1下端固定连接，而下连接凸缘通过螺栓螺母与底板6固定连接，竖直弹簧安装在两连接凸缘之间。
本发明的工作过程如下：
本装置如图1放置，图中已经施加预紧力使得水平刚度-阻尼机构10长度为原长的0.7倍。通过调整竖直刚度-阻尼机构7和锁紧夹具8的连接使得在静载荷作用于导杆1上时，竖直弹簧受到压力位移到一定的平衡位置，平衡位置下水平刚度-阻尼机构10保持水平。导杆1通过直线轴承2限制在门形框架3内，仅能在竖直方向发生位移，而无法在水平方向上移动或者转动。当导杆1在竖直方向上受到外加动载荷作用偏离平衡位置时，水平刚度-阻尼机构10发生旋转，从而改变刚度力和阻尼力和竖直振动方向的夹角，继而使系统表现出非线性刚度和非线性阻尼特性。
Claims (4)
1.一种兼顾高低频振动的隔振装置，包括一个底座（5）和一根导杆（1），所述底座（5）固定于地面上，导杆（1）上端面搁置被隔振物体，其特征在于，所述底座（5）上固定连接一个凹型托台（4），一块底板（6）固定于凹形托台（4）上，一个门形框架（3）固定于底板（6）上，门形框架（3）的顶梁中央固定安装一个直线轴承（2）；所述导杆（1）通过直线轴承（2）支承而活动插置于门形框架（3）中，导杆（1）中部滑套一个移动铰链座（9），在导杆（1）下端与底板（6）之间安装一个竖直刚度-阻尼机构（7），在移动铰链座（9）两侧分别各由一个水平刚度-阻尼机构（10）与门形框架（3）的两侧梁相铰连，使导杆（1）能够在竖直方向移动而无法水平移动和旋转。
2.根据权利要求1所述的兼顾高低频振动的隔振装置，其特征在于：所述的竖直刚度-阻尼机构（7）与水平刚度-阻尼机构（10）的结构相同，均为线性液压阻尼器，该阻尼器的两端分别连接凸缘或铰链环，用于对其两端与连接构件连接，而外部套装一个弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的兼顾高低频振动的隔振装置，其特征在于：所述水平刚度-阻尼机构（10）中的阻尼器包括液压缸（2-3）和活塞杆（2-2），液压缸（2-3）和活塞杆（2-2）的顶端均为铰链环，而端部固定有弹簧支承槽板（2-5，2-1），弹簧（2-2）安装在两弹簧支承槽板（2-5，2-1）之间。
4.根据权利要求1或2所述的兼顾高低频振动的隔振装置，其特征在于：所述竖直刚度-阻尼机构（7）中的阻尼器两顶端均为连接凸缘，其上连接凸缘通过一个锁紧夹具（8）与导杆（1）下端固定连接，而下连接凸缘通过螺栓螺母与底板（6）固定连接，竖直弹簧安装在两连接凸缘之间。
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