CN109099100B - 一种调节方便的负刚度装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种调节方便的负刚度装置，属于振动控制技术领域，包括对称铰接于连接座的两套预压力弹簧机构，每套预压力弹簧机构均包括弹簧座一、弹簧、弹簧座二和调整螺杆，弹簧通过弹簧座一与弹簧座二压紧；弹簧座二与弹簧座一滑动配合连接；带有外螺纹的调整螺杆与弹簧座二通过螺纹连接并通过锁紧螺母拧紧；弹簧座一与机架铰接。当连接座上下运动时，对称布置的两套预压力弹簧机构对连接座的作用力合力与连接座的位移方向一致，其刚度为负值，且大小与位移成比例关系，通过改变调整螺杆旋入弹簧座二的深度，达到改变负刚度大小的目的。

Description

一种调节方便的负刚度装置
技术领域
本发明涉及一种调节方便的负刚度装置，属于振动控制设备技术领域。
背景技术
在多数工程情况下振动是有害的，机械振动不仅会产生噪声还会降低设备工作精度和寿命。降低系统的固有频率可以有效隔离低频振动。减小隔振系统支撑刚度和增加被隔振物体质量都可以降低固有频率，但是直接降低弹性元件的刚度会导致隔振系统整体尺寸增大，大多数情况下隔振系统的整体尺寸受到被隔离对象操作条件的限制；通过增加质量来提高低频隔振性能的能力也有限。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。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种调节方便的负刚度装置，可与传统的正刚度弹性元件并联使用，可以方便地起到减小系统刚度的作用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种调节方便的负刚度装置，包括两套对称布置且铰接相连的预压力弹簧机构，每套预压力弹簧机构均包括弹簧座一、弹簧、弹簧座二、调整螺杆和锁紧螺母，其中弹簧安装于弹簧座一与弹簧座二之间，初始安装时对称布置的两个弹簧的轴线位于同一条直线，且有相同的预压力，弹簧座二滑动连接于弹簧座一内，调整螺杆与弹簧座二螺纹连接，锁紧螺母与调整螺杆螺纹连接，且位于弹簧座二的外端。
进一步地，弹簧座一包括用于与机架铰接相连的铰接耳板一、与铰接耳板一相连的底座和与底座相连的圆柱筒一，圆柱筒一上设有盲孔；铰接耳板一中心设有销孔，通过销轴、弹性挡圈与机架铰接；弹簧套在圆柱筒一的外部，其一端紧靠所述底座，弹簧可在圆柱筒一的导向作用下自由压缩。
进一步地，弹簧座二包括圆柱筒二，圆柱筒二设有内螺纹通孔，其一端设有台肩和紧固端；其另一端与弹簧座一上的盲孔形成可移动的配合连接，弹簧紧靠台肩。
进一步地，调整螺杆上设置铰接耳板二，调整螺杆的外螺纹与弹簧座二的内螺纹通孔通过螺纹连接，并通过锁紧螺母与紧固端紧密贴合紧固；铰接耳板二上设置销孔，通过销轴、弹性挡圈与连接座铰接。
进一步地，连接座上设置通孔，对称布置的两个调整螺杆分别通过销轴与弹性挡圈对称铰接于连接座上的通孔。
进一步地，连接座设有用于两个铰接耳板二伸入的凹槽。
本发明的调节方便的负刚度装置的有益效果在于：本装置包括两套对称布置且铰接的预压力弹簧机构，每套弹簧装置包括弹簧座一、弹簧、弹簧座二、调整螺杆，弹簧通过弹簧座一与弹簧座二压紧；弹簧座二与弹簧座一滑动配合连接；两弹簧座二与带有外螺纹的调整螺杆通过螺纹连接；调整螺杆与弹簧座二通过锁紧螺母拧紧；本发明的负刚度大小与弹簧的预压力有关，通过改变调整螺杆的旋入弹簧座二的长度可以调节弹簧的预压力，从而实现负刚度的调节，达到减振隔振的效果，可与传统的正刚度弹性元件并联使用，可以方便地起到减小系统刚度的作用。
附图说明
图1为本发明提供的负刚度装置的结构图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本发明的零件弹簧座一的结构图；
图4为本发明的零件弹簧座二的结构图；
图5为图4的右视图；
图6为本发明零件调整螺杆的结构图；
图7为本发明零件连接座的结构图；
图8为图7的B—B剖面图；
图9为本发明振动状态受力分析图。
附图各部件标注为：1-弹簧座一，11-铰接耳板一，12-底座，13-圆柱筒一， 14-盲孔，2-弹簧，3-弹簧座二，31-圆柱筒二，32-内螺纹通孔，33-台肩，34- 紧固端，4-调整螺杆，41-铰接耳板二，5-锁紧螺母，6-连接座，61-通孔，7- 销轴，8-弹性挡圈，9-机架；
Figure GDA0002598763920000031
-压力弹簧装置的摆角，F-弹簧的预紧力，L- 机架铰链中心与连接座通孔中心之间的距离。
具体实施方式
如图1和图2所示的调节方便的负刚度装置，包括两套对称布置且铰接相连的预压力弹簧机构，每套预压力弹簧机构包括弹簧座一1、弹簧2、弹簧座二 3、调整螺杆4和锁紧螺母5；其中弹簧2安装于弹簧座一1与弹簧座二3之间，初始安装时对称布置的两个弹簧2的轴线位于同一条直线，且有相同的预压力，弹簧座二3滑动连接于弹簧座一1内，调整螺杆4与弹簧座二3螺纹连接，锁紧螺母5与调整螺杆4螺纹连接，且位于弹簧座二3的外端。
本发明调节刚度的方便之处在于：当两套预压力弹簧机构的铰接部位上下运动时，对称布置的两套预压力弹簧机构对铰接部位的作用力合力与铰接点的位移方向一致，其刚度为负值，且大小与位移成比例关系，其中松动锁紧螺母，即可方便的改变调整螺杆旋入弹簧座二的深度，达到改变负刚度的目的。
如图3所示的弹簧座一1包括铰接耳板一11、底座12和圆柱筒一13，圆柱筒一上设有盲孔14，铰接耳板一11通过销轴7、弹性挡圈8与机架9铰接；铰接耳板一11与圆柱筒一13之间设置有底座12；弹簧2其一端紧靠底座12 内并环套在圆柱筒一13的外部，另一端紧靠弹簧座二3的台肩33，弹簧2可以在圆柱筒一13的导向作用下自由压缩；盲孔14内可插入弹簧座二3，与弹簧座二3的圆柱筒二31形成滑动配合。
如图4所示的弹簧座二3包括圆柱筒二31，其内设有内螺纹通孔32，其一端设有台肩33和紧固端34。圆柱筒二31插入弹簧座一1的盲孔14内部，形成滑动配合；弹簧2的一端紧靠台肩33，另一端紧靠弹簧座一1的底座12，台肩33对弹簧2起定位作用；内螺纹通孔32与调整螺杆4的外螺纹端形成螺纹连接并通过锁紧螺母5与紧固端34紧密贴合紧固。
如图5所示弹簧座二3的紧固端34，其断面形状为正六边形，便于将锁紧螺母5拧紧。
如图6所示的调整螺杆4其一端安装有铰接耳板二41，铰接耳板二41通过销轴7、弹性挡圈8与连接座6铰接，两调整螺杆4对称布置，并且初始安装时其轴线位于同一直线上；调整螺杆4其杆部带有外螺纹，与弹簧座二3的内螺纹通孔32形成螺纹连接，并通过锁紧螺母5与弹簧座二3的紧固端34紧密贴合紧固。
如图7和图8所示的连接座6，其上对称设置通孔61，两调整螺杆4的铰接耳板二41通过穿过通孔61的销轴7及弹性挡圈8与连接座6对称铰接。连接座6用于固定连接待隔振的试件(未图示)。
如图9所示，初始安装位置机架9铰接中心与连接座6通孔61中心之间的距离为L，两套预压力弹簧机构中弹簧2的刚度为k，弹簧2的预压缩量为x0，两套预压力弹簧机构对连接座6的压力均为F＝kx0，当预压力弹簧机构的摆角为
Figure GDA0002598763920000042
时，
连接座6的垂向位移为：
Figure GDA0002598763920000043
由于摆角
Figure GDA0002598763920000044
很小，弹簧2增加的伸长量为：
Figure GDA0002598763920000041
因此，两套预压力弹簧机构对连接座6的压力仍为F＝kx0，但方向不在水平直线上，其水平方向分力互相平衡，垂向分力合力为：
Figure GDA0002598763920000052
由于预压力弹簧机构的摆角
Figure GDA0002598763920000053
极小，其负刚度数值为：
Figure GDA0002598763920000051
由于两套预压力弹簧机构对连接座6作用力方向与连接座的位移方向一致，其刚度为负值，式(4)表明，负刚度K与弹簧2的预压缩量x0成正比，增大调整螺杆4旋入弹簧座二3的深度，x0减小，隔振系统负刚度数值K减小；减小调整螺杆4旋入弹簧座二3的深度，x0增大，隔振系统负刚度数值K增大。

Claims (6)

1.一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：包括两套对称布置且铰接相连的预压力弹簧机构，每套预压力弹簧机构均包括弹簧座一(1)、弹簧(2)、弹簧座二(3)、调整螺杆(4)和锁紧螺母(5)，其中弹簧(2)安装于弹簧座一(1)与弹簧座二(3)之间，初始安装时对称布置的两个弹簧(2)的轴线位于同一条直线，且有相同的预压力，弹簧座二(3)滑动连接于弹簧座一(1)内，调整螺杆(4)与弹簧座二(3)螺纹连接，锁紧螺母(5)与调整螺杆(4)螺纹连接，且位于弹簧座二(3)的外端；
弹簧座一(1)的一端与机架(9)铰接，调整螺杆(4)的一端与连接座(6)铰接，连接座(6)用于固定连接待隔振的试件；
初始安装位置机架(9)铰接中心与连接座(6)通孔(61)中心之间的距离为L，两套预压力弹簧机构中弹簧(2)的刚度为k，弹簧(2)的预压缩量为x0，两套预压力弹簧机构对连接座(6)的压力均为F＝kx0，当预压力弹簧机构的摆角为
Figure FDA0002598763910000013
时，连接座(6)的垂向位移为：
Figure FDA0002598763910000014
由于摆角
Figure FDA0002598763910000015
很小，趋于零时，弹簧(2)增加的伸长量为：
Figure FDA0002598763910000011
因此，两套预压力弹簧机构对连接座(6)的压力仍为F＝kx0，但方向不在水平直线上，其水平方向分力互相平衡，垂向分力合力为：
Figure FDA0002598763910000016
由于预压力弹簧机构的摆角
Figure FDA0002598763910000017
极小，趋于零，其负刚度数值为：
Figure FDA0002598763910000012
由于两套预压力弹簧机构对连接座(6)作用力方向与连接座的位移方向一致，其刚度为负值，式(4)表明，负刚度K与弹簧(2)的预压缩量x0成正比，增大调整螺杆(4)旋入弹簧座二(3)的深度，x0减小，隔振系统负刚度数值K减小；减小调整螺杆(4)旋入弹簧座二(3)的深度，x0增大，隔振系统负刚度数值K增大。
2.根据权利要求1所述的一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：弹簧座一(1)包括用于与机架(9)铰接相连的铰接耳板一(11)、与铰接耳板一(11)相连的底座(12)和与底座(12)相连的圆柱筒一(13)，圆柱筒一(13)上设有盲孔(14)；铰接耳板一(11)中心设有销孔，通过销轴(7)、弹性挡圈(8)与机架(9)铰接；弹簧(2)套在圆柱筒一(13)的外部，其一端紧靠所述底座(12)，弹簧(2)可在圆柱筒一(13)的导向作用下自由压缩。
3.根据权利要求2所述的一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：弹簧座二(3)包括圆柱筒二(31)，圆柱筒二(31)设有内螺纹通孔(32)，其一端设有台肩(33)和紧固端(34)；其另一端与弹簧座一(1)上的盲孔(14)形成可移动的配合连接，弹簧(2)紧靠台肩(33)。
4.根据权利要求3所述的一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：调整螺杆(4)上设置铰接耳板二(41)，调整螺杆(4)的外螺纹与弹簧座二(3)的内螺纹通孔(32)通过螺纹连接，并通过锁紧螺母(5)与紧固端(34)紧密贴合紧固；铰接耳板二(41)上设置销孔，通过销轴(7)、弹性挡圈(8)与连接座(6)铰接。
5.根据权利要求4所述的一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：连接座(6)上设置通孔(61)，对称布置的两个调整螺杆(4)分别通过销轴(7)与弹性挡圈(8)对称铰接于连接座(6)上的通孔(61)。
6.根据权利要求4所述的一种调节方便的负刚度装置，其特征在于：连接座(6)设有用于两个铰接耳板二(41)伸入的凹槽。
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