CN108662055A - 一种正负刚度并联的准零刚度隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种正负刚度并联的准零刚度隔振器。该隔振器包括：上顶板、下底板、位于上顶板和下底板之间的正刚度元件和多个负刚度元件；正刚度元件安装在垫板上；垫板固定在下底板上，用于调节正刚度元件的高度；多个负刚度元件均匀分布在正刚度元件的左右两侧；每个负刚度元件中，内磁环组和外磁环组均位于磁环套筒内，磁环套筒固定在下底板上，磁环轴位于磁环套筒的轴心；内磁环组固定套设在磁环轴上；外磁环组套设在内磁环组外，且外磁环组固定在磁环套筒上；磁环轴的顶端连接金属拉压杆，金属拉压杆与磁环轴同轴设置，金属拉压杆的顶端固定有拉压杆压紧块；拉压杆压紧块固定在上顶板上；内磁环组和外磁环组均轴向充磁。本发明的隔振器能够实现超低频隔振。

Description

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器

技术领域

本发明涉及机械工程隔振减振技术领域，特别是涉及一种正负刚度并联的准零刚度隔振器。

背景技术

生产实际和工程应用中，振动常常会引起有害的影响，降低了机器的性能。在处理有害振动问题时，隔振技术常常是优先考虑的方法。传统线性被动隔振系统当外界干扰频率大于隔振系统固有频率的倍时起减振作用，但对低频(如2Hz)的隔振，在实现时会遇到静变形过大及失稳的问题，造成低频隔振难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，可以实现超低频隔振。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括：上顶板、下底板、位于所述上顶板和所述下底板之间的正刚度元件和负刚度元件；所述正刚度元件安装在垫板上；所述垫板固定在所述下底板上；所述垫板用于调节所述正刚度元件的高度；所述负刚度元件为多个，多个所述负刚度元件均匀分布在所述正刚度元件的左右两侧；

每个所述负刚度元件均包括内磁环组、外磁环组、磁环套筒、磁环轴、金属拉压杆和拉压杆压紧块；所述内磁环组和所述外磁环组均位于所述磁环套筒内，所述磁环套筒固定在所述下底板上，所述磁环轴位于所述磁环套筒的轴心；所述内磁环组固定套设在所述磁环轴上；所述外磁环组套设在所述内磁环组外，且所述外磁环组固定在所述磁环套筒上；所述磁环轴的顶端连接金属拉压杆，所述金属拉压杆与所述磁环轴同轴设置，所述金属拉压杆的顶端固定有拉压杆压紧块；所述拉压杆压紧块固定在所述上顶板上；所述内磁环组和所述外磁环组均轴向充磁。

可选的，位于所述正刚度元件任意一侧的负刚度元件均等间距均匀排列成一条直线。

可选的，在所述磁环轴的底部具有法兰盘，所述内磁环组压设在所述法兰盘上；在所述内磁环组的上方设置有内磁环螺母，所述内磁环螺母固定在所述磁环轴上，所述内磁环螺母用于通过穿设螺丝从而固定所述内磁环组。

可选的，所述磁环轴通过多片柔性铰链架设在所述磁环套筒内部，每片所述柔性铰链的两端均沿磁环套筒的径向固定在所述磁环套筒上，所述磁环轴穿设并固定在所述柔性铰链的中间。

可选的，在所述磁环套筒的底部具有径向向内的筒底凸起，所述外磁环组压设在所述筒底凸起上，在所述外磁环组的上方设置有外磁环压环，所述外磁环压环固定在所述磁环套筒上，所述外磁环压环用于固定所述外磁环组。

可选的，所述磁环轴的顶部设置有磁环轴头，所述磁环轴通过所述磁环轴头与所述金属拉压杆连接。

可选的，在所述磁环套筒的上方设置有外磁环套筒上盖，在所述磁环套筒的下方设置有外磁环套筒下盖，在所述磁环轴的下方设置有磁环轴盖。

可选的，所述外磁环组与所述内磁环组之间存在气隙。

可选的，所述外磁环组的每个外磁环均与相邻的外磁环的充磁方向相反，所述内磁环组的每个内磁环均与相邻的内磁环的充磁方向相反，对应位置的外磁环与内磁环的充磁方向相同。

可选的，所述正刚度元件为机械弹簧、橡胶或空气弹簧。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的正负刚度并联的准零刚度隔振器，利用磁致负刚度的原理，将负刚度元件与正刚度元件并联，达到近似零刚度，使得在并联结构的工作位置附近具有高静态刚度、低动态刚度的特性，能够有效地降低隔振器的固有频率，进而拓宽隔振频带，实现了低频隔振。同时内磁环组、外磁环组的设置在磁极之间能够产生较强的磁感应强度，进而增大负刚度元件的负刚度，适用于高负载的应用场合。同时，本发明采用金属拉压杆连接到上顶板，利用金属杆较低的弯曲刚度，可降低负载发生小幅度倾覆时带来的水平扰动，既达到了刚性连接的目的，又软化了水平刚度，提高了隔振器的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的整体结构图；

图2为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的忽略上顶板之后的整体俯视图；

图3为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的内部结构图；

图4为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的正视剖视图；

图5为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的充磁方向示意图；

图6为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的柔性铰链结构图；

图7为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的刚度-位移曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，可以实现超低频隔振。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的整体结构图。

图2为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的忽略上顶板之后的整体俯视图。

参见图1和图2，该正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括：上顶板1、下底板4、位于所述上顶板1和所述下底板4之间的正刚度元件2和负刚度元件5；所述正刚度元件2安装在垫板3上；所述垫板3固定在所述下底板4上；所述垫板3用于调节所述正刚度元件2的高度；所述负刚度元件5为多个，多个所述负刚度元件5均匀分布在所述正刚度元件2的左右两侧。

所述正刚度元件2为机械弹簧、橡胶或空气弹簧。

在所述上顶板1和下底板4之间还匹配设置有固定板6，所述固定板6位于上顶板1和下底边的边缘；所述固定板6用于在隔振器安装时保证隔振器的安装高度。所述固定板6可拆卸，在所述隔振器安装完成后拆除固定板6。

所述负刚度元件5的数量根据负载的大小进行选择。

图3为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的内部结构图。

图4为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的正视剖视图。

每个所述负刚度元件5均包括内磁环组510、外磁环组516、磁环套筒515、磁环轴509、金属拉压杆506和拉压杆压紧块505；所述内磁环组510和所述外磁环组516均位于所述磁环套筒515内，所述磁环套筒515固定在所述下底板4上，所述磁环轴509位于所述磁环套筒515的轴心；所述内磁环组510固定套设在所述磁环轴509上；所述外磁环组516套设在所述内磁环组510外，且所述外磁环组516固定在所述磁环套筒515上；所述磁环轴509的顶端连接金属拉压杆506，所述金属拉压杆506与所述磁环轴509同轴设置，所述金属拉压杆506的顶端固定有拉压杆压紧块505；所述拉压杆压紧块505固定在所述上顶板1上；所述内磁环组510和所述外磁环组516均轴向充磁。

所述拉压杆压紧块505的数量为两个，分别位于所述金属拉压杆506顶部的两侧。

位于所述正刚度元件2任意一侧的负刚度元件5均等间距均匀排列成一条直线。

在所述磁环轴509的底部具有法兰盘，所述内磁环组510压设在所述轴底凸起上；在所述内磁环组510的上方设置有内磁环螺母，所述内磁环螺母固定在所述磁环轴509上，所述内磁环螺母用于固定所述内磁环组510。内磁环螺母包括内磁环大螺母503和内磁环小螺母504。所述内磁环大螺母503位于所述内磁环小螺母504上方。

在所述法兰盘的边缘开设有凹台，所述凹台上设置有橡胶垫圈511，防止振幅过大与外磁环组516发生碰撞。

在所述磁环套筒515的底部具有径向向内的筒底凸起，所述外磁环组516压设在所述筒底凸起上，在所述外磁环组516的上方设置有外磁环压环502，所述外磁环压环502固定在所述磁环套筒515上，所述外磁环压环502用于固定所述外磁环组516。

所述磁环轴509的顶部设置有磁环轴头507，所述磁环轴509通过所述磁环轴头507与所述金属拉压杆506连接。

在所述磁环套筒515的上方设置有外磁环套筒上盖501，在所述磁环套筒515的下方设置有外磁环套筒下盖514，在所述磁环轴509的下方设置有磁环轴盖512。

所述外磁环组516与所述内磁环组510之间存在气隙，气隙的距离为0.5mm。

图5为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的充磁方向示意图。

参见图5，所述外磁环组516的每个外磁环均与相邻的外磁环的充磁方向相反，所述内磁环组510的每个内磁环均与相邻的内磁环的充磁方向相反，对应位置的外磁环与内磁环的充磁方向相同。每个永磁环均为永磁铁，永磁铁的材料为钕铁硼N45。

图6为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的柔性铰链结构图。

参见图6，该磁环轴509通过多片柔性铰链508架设在所述磁环套筒515内部，每片所述柔性铰链508的两端均沿磁环套筒515的径向固定在所述磁环套筒515上，所述磁环轴509穿设并固定在所述柔性铰链508的中间。

在该实施例中，磁环轴509上方和下方均设置有两片柔性铰链508。两片柔性铰链508互相垂直。每片所述柔性铰链508的两端均沿磁环套筒515的径向固定在所述磁环套筒515上，所述磁环轴509穿设并固定在每片所述柔性铰链508的中间。

图7为本发明正负刚度并联的准零刚度隔振器实施例的负刚度元件的刚度-位移曲线图。

参见图7，图中位移指随负载运动的内磁环组510相对与外磁环组516的偏移。位移为零时为平衡位置，偏离平衡位置±1mm左右，该负刚度元件5具有负刚度，与正刚度元件2并联后达到准零刚度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明提供的正负刚度并联的准零刚度隔振器，属于被动隔振系统，结构简单，制造成本低，使用时间长，维护成本低，不需要外界提供能源，稳定性好。

(2)本发明的装置采用三组环形永磁体构成本发明所需要的磁性负刚度元件5，与正刚度并联后，在其工作位置具有准零刚度特性，从而降低隔振器在其工作位置附近的刚度，拓宽隔振频带，实现低频隔振。

(3)本发明的装置采用模块化的设计思路，可根据负载的大小，选择不同承载能力的正刚度单元(空气弹簧、橡胶或机械弹簧)和相匹配的负刚度元件5的数量，同时整个隔振器既可以独立工作，又可以采用多个隔振器共同工作，以适应不同负载大小下的隔振，使用灵活，具有广泛的适用性。

(4)由于永磁结构的引入，使本发明装置具有快速响应、非接触、占用空间小等特点。

(5)由于振动体的振动可能存在的水平分量，可能造成隔振器的偏载，本发明通过金属拉压杆506来连接上顶板1与下底板4，利用金属杆较低的弯曲刚度实现水平方向的隔振，既达到了刚性连接的目的，又软化了水平刚度，提升了整个装置的适应性，可以较好的实现水平向的隔振。

(6)本发明所有零部件均采用不导磁材料，避免对永磁体产生的磁场的造成干扰。

(7)本发明装置中所有部件均可采用不导磁的金属材料；当系统工作时，将会在金属部件中产生涡电流，产生磁阻尼效应，同样具有隔振效果。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，包括：上顶板、下底板、位于所述上顶板和所述下底板之间的正刚度元件和负刚度元件；所述正刚度元件安装在垫板上；所述垫板固定在所述下底板上；所述垫板用于调节所述正刚度元件的高度；所述负刚度元件为多个，多个所述负刚度元件均匀分布在所述正刚度元件的左右两侧；

每个所述负刚度元件均包括内磁环组、外磁环组、磁环套筒、磁环轴、金属拉压杆和拉压杆压紧块；所述内磁环组和所述外磁环组均位于所述磁环套筒内，所述磁环套筒固定在所述下底板上，所述磁环轴位于所述磁环套筒的轴心；所述内磁环组固定套设在所述磁环轴上；所述外磁环组套设在所述内磁环组外，且所述外磁环组固定在所述磁环套筒上；所述磁环轴的顶端连接金属拉压杆，所述金属拉压杆与所述磁环轴同轴设置，所述金属拉压杆的顶端固定有拉压杆压紧块；所述拉压杆压紧块固定在所述上顶板上；所述内磁环组和所述外磁环组均轴向充磁。

2.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，位于所述正刚度元件任意一侧的负刚度元件均等间距均匀排列成一条直线。

3.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，在所述磁环轴的底部具有法兰盘，所述内磁环组压设在所述法兰盘上；在所述内磁环组的上方设置有内磁环螺母，所述内磁环螺母固定在所述磁环轴上，所述内磁环螺母用于固定所述内磁环组。

4.根据权利要求3所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，所述磁环轴通过多片柔性铰链架设在所述磁环套筒内部，每片所述柔性铰链的两端均沿磁环套筒的径向固定在所述磁环套筒上，所述磁环轴穿设并固定在所述柔性铰链的中间。

5.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，在所述磁环套筒的底部具有径向向内的筒底凸起，所述外磁环组压设在所述筒底凸起上，在所述外磁环组的上方设置有外磁环压环，所述外磁环压环固定在所述磁环套筒上，所述外磁环压环用于固定所述外磁环组。

6.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，所述磁环轴的顶部设置有磁环轴头，所述磁环轴通过所述磁环轴头与所述金属拉压杆连接。

7.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，在所述磁环套筒的上方设置有外磁环套筒上盖，在所述磁环套筒的下方设置有外磁环套筒下盖，在所述磁环轴的下方设置有磁环轴盖。

8.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，所述外磁环组与所述内磁环组之间存在气隙。

9.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，所述外磁环组的每个外磁环均与相邻的外磁环的充磁方向相反，所述内磁环组的每个内磁环均与相邻的内磁环的充磁方向相反，对应位置的外磁环与内磁环的充磁方向相同。

10.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于，所述正刚度元件为机械弹簧、橡胶或空气弹簧。