CN108757639A - 一种线性负刚度装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线性负刚度装置，包括固定支架，及对称安装于固定支架之间的两差动油缸，及与差动油缸通过管路连接的蓄能器；两所述差动油缸内分别安装有活塞和活塞杆，且活塞与活塞杆固定连接；两所述差动油缸其活塞杆端部分别固定有第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板；所述第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板之间安装有连接杆；所述连接杆固定连接有待隔振的试件；所述第一活塞杆耳板、第二活塞杆耳板和连接杆通过销轴和弹簧挡圈对称铰接；两所述差动油缸其非活塞杆端均设有耳板；所述差动油缸其非活塞杆端的耳板通过销轴和弹簧挡圈与固定支架铰接；本发明的线性负刚度装置，可与传统的正刚度弹性元件并联使用，可减小系统刚度。

Description

一种线性负刚度装置
技术领域
本发明涉及一种线性负刚度装置，属于振动控制设备技术领域。
背景技术
机械、结构系统的减振、隔振离不开弹性元件，常见的弹性元件有弹簧、橡胶等，常规的弹性元件为正刚度元件，单从振动控制效果考虑，有时要求弹性元件的刚度尽量小，但由于要承受一定的静载荷，为了满足强度要求，钢弹簧的簧丝直径、橡胶的截面尺寸不可能很小，小刚度的减振系统往往难以实现，因此采用正刚度特性的减振、隔振系统，其隔振、减振效果往往难以达到满意效果，这种情况在低频隔振系统中尤其明显。因此，为了解决以上问题，亟待设计一种新的线性负刚度装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种线性负刚度装置，可与传统的正刚度弹性元件并联使用，起到减小系统刚度的作用。
本发明的线性负刚度装置，包括固定支架，及对称安装于固定支架之间的两差动油缸，及与差动油缸通过管路连接的蓄能器；两所述差动油缸内分别安装有活塞和活塞杆，且活塞与活塞杆固定连接；两所述差动油缸其活塞杆端部分别固定有第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板；所述第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板之间安装有连接杆；所述第一活塞杆耳板、第二活塞杆耳板和连接杆通过销轴和弹簧挡圈对称铰接；两所述差动油缸其非活塞杆端均设有耳板；所述差动油缸其非活塞杆端的耳板通过销轴和弹簧挡圈与固定支架铰接。
进一步地，所述第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板呈侧U形结构，且第一活塞杆耳板设置于第二活塞杆耳板内侧。
进一步地，所述蓄能器其蓄能腔与两所述差动油缸其活塞杆腔和非活塞杆腔通过管路联通并形成密封腔体；所述密封腔体内充满液压油，整个密封腔体的压力相通。
作为优选的实施方案，所述蓄能器为重力式蓄能器、弹簧式蓄能器或充气式蓄能器的一种。
进一步地，所述重力式蓄能器包括重力蓄能缸，及活动安装于重力蓄能缸中的重力蓄能活塞，及与重力蓄能活塞固定连接的重块组；所述重块组由多个层叠放置的重块构成；多个所述重块依次叠放于重力蓄能活塞上方，通过增加重块的数量实现重力式蓄能器的液压腔压力的调整。
进一步地，所述弹簧式蓄能器包括弹簧蓄能缸，及活动安装于弹簧蓄能缸内的弹簧蓄能活塞，及安装于弹簧蓄能缸顶部的反力盖；所述反力盖与弹簧蓄能活塞之间安装有弹簧；所述弹簧其下端与弹簧蓄能活塞连接；所述弹簧其上端安装有弹簧座；所述反力盖中央螺纹安装有预紧螺栓，且预紧螺栓穿过反力盖并与弹簧座固定连接，通过调整预紧螺栓改变弹簧的预紧力从而实现弹簧蓄能缸内液压腔的压力调整。
再进一步地，所述弹簧座中央开设有用于定位预紧螺栓的凹槽。
进一步地，所述充气式蓄能器包括充气蓄能缸，及活动安装于充气蓄能缸内的充气蓄能活塞，及盖设于充气蓄能缸顶部的密封盖；所述密封盖中央开设有用于连接充气管路的充气口，通过调整充气压力，实现充气式蓄能器内液压腔的液压腔的压力调整。
进一步地，所述连接杆固定连接有待隔振的试件。
本发明与现有技术相比较，本发明的线性负刚度装置，对称布置的差动油缸其非活塞杆端与固定支架铰接，差动油缸其活塞杆端与连接杆铰接；当差动油缸摆动时，连接杆产生垂直于差动油缸轴线的位移，同时差动油缸对连接杆产生与位移方向一致的作用力，且大小与连接杆位移成比例关系，形成线性负刚度效应；通过调节蓄能器的压力，可以很方便地改变负刚度数值。
附图说明
图1是本发明的实施例1的整体结构示意图。
图2是本发明的实施例1的俯视结构示意图。
图3是本发明的实施例2的弹簧式蓄能器结构示意图。
图4是本发明的实施例3的充气式蓄能器结构示意图。
图5是本发明的振动状态受力分析图。
附图中各部件标注为：1-固定支座，2-销轴，3-弹簧挡圈，4-差动油缸，5-活塞，6-活塞杆，7-第一活塞杆耳板，8-连接杆，9-第二活塞杆耳板，10-管路，11-重块，12-重力蓄能活塞，13-重力蓄能缸，14-弹簧蓄能缸，15-反力盖，16-弹簧蓄能活塞，17-预紧螺栓，18-弹簧，19-弹簧座，20-充气蓄能活塞，21-充气蓄能缸，22-密封盖，23-耳板，24-液压油，25-充气口，l-初始安装位置差动油缸两端铰接中心的距离，α-差动油缸的摆角，F1-水平分力相平衡，F2-水平分力相平衡。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示的线性负刚度装置，包括固定支架1，及对称安装于固定支架1之间的两差动油缸4，及与差动油缸4通过管路10连接的蓄能器；两所述差动油缸4内分别安装有活塞5和活塞杆6，且活塞5与活塞杆6固定连接；两所述差动油缸4其活塞杆6端部分别固定有第一活塞杆耳板7和第二活塞杆耳板9；所述第一活塞杆耳板7和第二活塞杆耳板9之间安装有连接杆8；所述第一活塞杆耳板7、第二活塞杆耳板9和连接杆8通过销轴2和弹簧挡圈3对称铰接；两所述差动油缸4其非活塞杆端均设有耳板23；所述差动油缸4其非活塞杆端的耳板23通过销轴2和弹簧挡圈3与固定支架1铰接。
所述第一活塞杆耳板7和第二活塞杆耳板9呈侧U形结构，且第一活塞杆耳板7设置于第二活塞杆耳板9内侧。
所述蓄能器其蓄能腔与两所述差动油缸4其活塞杆腔和非活塞杆腔通过管路10联通并形成密封腔体；所述密封腔体内充满液压油24。
所述蓄能器为重力式蓄能器。
所述重力式蓄能器包括重力蓄能缸13，及活动安装于重力蓄能缸13中的重力蓄能活塞12，及与重力蓄能活塞12固定连接的重块组；所述重块组由多个层叠放置的重块11构成；多个所述重块11依次叠放于重力蓄能活塞12上方，通过增减重块11的数量实现重力式蓄能器的液压腔压力的调整。
所述连接杆8固定连接有待隔振的试件(未图示)。
实施例2：
如图3所示的线性负刚度装置，其结构与实施例1基本相同，其中，所述蓄能器为弹簧式蓄能器；所述弹簧式蓄能器包括弹簧蓄能缸14，及活动安装于弹簧蓄能缸14内的弹簧蓄能活塞16，及安装于弹簧蓄能缸14顶部的反力盖15；所述反力盖15与弹簧蓄能活塞16之间安装有弹簧18；所述弹簧18其下端与弹簧蓄能活塞16连接；所述弹簧18其上端安装有弹簧座19；所述反力盖15中央螺纹安装有预紧螺栓17，且预紧螺栓17穿过反力盖15并与弹簧座19固定连接。所述弹簧座19中央开设有用于定位预紧螺栓17的凹槽(未图示)，通过调整预紧螺栓17改变弹簧18的预紧力从而实现弹簧蓄能缸14内液压腔的压力调整。
实施例3：
如图4所示的线性负刚度装置，其结构与实施例1基本相同，其中，所述蓄能器为充气式蓄能器；所述充气式蓄能器包括充气蓄能缸21，及活动安装于充气蓄能缸21内的充气蓄能活塞20，及盖设于充气蓄能缸21顶部的密封盖22；所述密封盖22中央开设有用于连接充气管路的充气口25，通过调整充气压力，实现充气式蓄能器内液压腔的液压腔的压力调整。
本发明的线性负刚度装置的工作原理如下，
如图5所示，若差动油缸4的内径为D，活塞杆6的直径为d，蓄能器的压力为P，初始安装位置差动油缸4两端铰接中心的距离为l，当差动油缸4的摆角为α时，
连接杆8的垂向位移如式(1)所示，
s＝ltg(α)， (1)
差动油缸4对活塞杆6的作用力如式(2)所示，
F1、F2水平分力相平衡，垂向分力合力如式(3)所示，
F＝2F1sin(α)， (3)
装置的刚度如式(4)所示，
实施例1中，如图1所示，所述重力式蓄能器中的重块11数量一旦确定，那么重力蓄能活塞12上的压力也确定，活塞杆6的伸缩位移变化为0，重力式蓄能器的压力P确定并保持不变；实施例1的线性负刚度装置还可以通过改变重块的数量以提供不同的刚度。
实施例2中，如图3所示，所述弹簧式蓄能器通过调整预紧螺栓17以确定弹簧18的预紧力，由于差动油缸4的摆角α极小，活塞杆6的伸缩位移变化如式(5)所示，
所以弹簧式蓄能器内的弹簧18伸缩变化量近似为0，弹簧式蓄能器内油面高度近似不变，弹簧式蓄能器的压力P确定并保持不变；实施例2的线性负刚度装置还可以通过调整预紧螺栓以提供不同的刚度。
实施例3中，如图4所示，所述充气式蓄能器通过上方的充气口25充入压缩空气，由于差动油缸4的摆角α极小，充气式蓄能器内充入的空气体积的变化量近似为0，活塞杆6的伸缩位移变化同式(5)，充气式蓄能器内的油面高度近似不变，充气式蓄能器的压力P确定并保持不变，实施例3的线性负刚度装置还可以通过改变充入空气的压力以提供不同的刚度。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种线性负刚度装置，其特征在于：包括固定支架，及对称安装于固定支架之间的两差动油缸，及与差动油缸通过管路连接的蓄能器；两所述差动油缸内分别安装有活塞和活塞杆，且活塞与活塞杆固定连接；两所述差动油缸其活塞杆端部分别固定有第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板；所述第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板之间安装有连接杆；所述第一活塞杆耳板、第二活塞杆耳板和连接杆通过销轴和弹簧挡圈对称铰接；两所述差动油缸其非活塞杆端均设有耳板；所述差动油缸其非活塞杆端的耳板通过销轴和弹簧挡圈与固定支架铰接。
2.根据权利要求1所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述第一活塞杆耳板和第二活塞杆耳板呈侧U形结构，且第一活塞杆耳板设置于第二活塞杆耳板内侧。
3.根据权利要求1所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述蓄能器其蓄能腔与两所述差动油缸其活塞杆腔和非活塞杆腔通过管路联通并形成密封腔体；所述密封腔体内充满液压油。
4.根据权利要求1所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述蓄能器为重力式蓄能器、弹簧式蓄能器或充气式蓄能器的一种。
5.根据权利要求4所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述重力式蓄能器包括重力蓄能缸，及活动安装于重力蓄能缸中的重力蓄能活塞，及与重力蓄能活塞固定连接的重块组；所述重块组由多个层叠放置的重块构成；多个所述重块依次叠放于重力蓄能活塞上方。
6.根据权利要求4所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述弹簧式蓄能器包括弹簧蓄能缸，及活动安装于弹簧蓄能缸内的弹簧蓄能活塞，及安装于弹簧蓄能缸顶部的反力盖；所述反力盖与弹簧蓄能活塞之间安装有弹簧；所述弹簧其下端与弹簧蓄能活塞连接；所述弹簧其上端安装有弹簧座；所述反力盖中央螺纹安装有预紧螺栓，且预紧螺栓穿过反力盖并与弹簧座固定连接。
7.根据权利要求6所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述弹簧座中央开设有用于定位预紧螺栓的凹槽。
8.根据权利要求4所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述充气式蓄能器包括充气蓄能缸，及活动安装于充气蓄能缸内的充气蓄能活塞，及盖设于充气蓄能缸顶部的密封盖；所述密封盖中央开设有用于连接充气管路的充气口。
9.根据权利要求1所述的线性负刚度装置，其特征在于：所述连接杆固定连接有待隔振的试件。
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