CN109139760A - 一种正负刚度并联的准零刚度隔振器 - Google Patents

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Abstract

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，该隔振器包括底座、上盖、支撑杆、螺旋弹簧、垫片、环形铁芯、扇形永磁体、定子、永磁体夹持机构、工作气隙和导向板；所述扇形永磁体、定子、永磁体夹持机构、气隙构成磁通回路，组成具有磁负刚度的磁力弹簧；所述螺旋弹簧连接支撑杆与上盖，提供隔振器的初始正刚度，与磁负刚度并联，降低环形铁芯在平衡位置的动刚度；底座下部安装导向板与支撑杆滑动配合；本发明与现有准零刚度隔振器相比，具有承载力大，机构紧凑等优点，作为被动隔振器，能够有效的降低隔振系统的固有频率，拓宽隔振频带，具有易维护、可靠性强等优点。

Description

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器
技术领域
本发明涉及低频被动隔振技术领域，具体涉及一种正负刚度并联的准零刚度隔振器。
背景技术
被动振动控制由于不需要外界能源，装置结构简单，易于实现，经济性与可靠性好，已广泛地在各工程领域中得到应用。但随着科学技术的发展，以及对振动环境、对产品与结构振动特性越来越高的要求，被动振动控制的局限性就暴露出来。如被动隔振器对外扰频率大于受控对象隔振器系统固有频率的倍时才能起减振作用，但对低频如小于2Hz外扰的隔振在实现时就会遇到静变形过大与失稳的问题，造成低频隔振难题。准零刚度隔振是通过正负刚度并联结构，在保证系统正刚度的前提下，实现系统刚度的减小，从而降低系统固有频率，提高隔振性能，但是此类准零刚度隔振器正刚度较低，且存在非线性，导致隔振传递率存在跳跃现象，影响隔振效果。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，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，本发明隔振器在其工作平衡位置附近具有高静刚度-低动刚度特性，可用于低频、超低频振动隔振，其结构简单、安装方便，承载力大，成本低的特点，能够有效降低隔振系统的固有频率，拓宽隔振频带，为低频、超低频振动控制提供一种可靠的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括设置在上盖1与底座2的腔体内部的永磁体机构，所述永磁体机构包括环形永磁体夹持机构(8)和多块扇形永磁体(10)，多块扇形永磁体10安装在环形永磁体夹持机构8的内部卡槽，永磁体夹持机构8的上下端分别安装上端定子6和下端定子7，多块扇形永磁体10围绕环形铁芯9同轴布置，环形铁芯9上下表面分别与上端定子6的下表面和下端定子7的上表面之间形成工作气隙11，环形铁芯9与支撑杆3通过螺纹连接，支撑杆3的上部通过螺母与螺旋弹簧4连接，螺旋弹簧4安装在上盖1的卡槽内，螺旋弹簧4通过螺栓与上盖1连接，螺旋弹簧4的螺栓连接处的下端安装垫片12，用于调整螺旋弹簧4高度位置，从而调整环形铁芯9在工作气隙11中的静平衡位置；所述底座2的底部安装有导向板5，导向板5安装在底座2的卡槽处，导向板5中心开有通孔，与支撑杆3的下端滑动配合，导向板5通过非导磁螺栓与底座2固定连接；所述底座2、上盖1、支撑杆3、螺旋弹簧4和导向板5同轴心装配，底座2与上盖1的卡槽之间留有0.5mm间隙，用螺栓螺母固定时可以预紧腔体内的永磁体机构。
所述上盖1、底座2、支撑杆3、螺旋弹簧4和垫片12均采用硬铝合金材料。导向板5采用铜材料。
所述永磁体10采用钕铁硼材料，沿环向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯9、永磁体夹持机构8、上端定子6和下端定子7采用坡莫合金材料。
所述导向板5材料采用铜。
所述螺栓和螺母采用非导磁材料。
所述扇形永磁体10的数量为八块。
所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆3传递至环形铁芯9，使得环形铁芯9在工作气隙11中产生振动，永磁体机构与环形铁芯9、上端定子6、下端定子7和工作气隙11组成磁通回路，扇形永磁体10流出的磁通量穿过环形铁芯9，并在其上下表面的工作气隙11处产生磁应力，当环形铁芯9偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯9在工作气隙11中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧4作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接；使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振器的共振频率。螺旋弹簧4提供高的静刚度，使得隔振器的承载能力提高，静态位移减小；较低的动刚度使隔振器的固有频率很低，提高隔振器的隔振频带。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：本发明的准零刚度隔振器具有足够大的静刚度支撑隔振对象，承载力大，稳定性好，同时隔振系统在静平衡位置附近振动时的动刚度很低，适用于低频、超低频隔振应用。本发明的准零刚度隔振器永磁体机构结构紧凑，加工制造方便，易于维护，安装方便。通过调节垫片，实现静平衡位置的调节，使隔振器具有更好的刚度特性。
附图说明
图1为本发明准零刚度隔振器示意图。
图2为本发明准零刚度隔振器结构剖面图。
图3为本发明永磁体与夹持机构示意图。
图4为本发明隔振器螺旋弹簧元件示意图。
图5为本发明隔振器导向板元件示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括上盖1、底座2、支撑杆3，螺旋弹簧4将支撑杆3与上盖1连接，螺旋弹簧4与上盖1之间安装有垫片12，用于调整螺旋弹簧4的竖直方向位置。所述螺旋弹簧4与上盖1通过螺栓固定连接。支撑杆3上端穿过螺旋弹簧4中间的通孔，支撑杆3下端穿过导向板5中间的通孔。上盖1与底座2采用螺栓固定连接。当支撑杆3受力时与隔振器的上盖1和底座2产生相对运动。
如图2所示，所述隔振器内部的永磁体机构包括：扇形永磁体10和永磁体夹持机构8，上端定子6和下端定子7分别安装在永磁体夹持机构8的上下两侧。八块扇形永磁体10围绕环形铁芯9，安装在永磁体夹持机构8的内侧凹槽中，通过粘接剂固定，环形铁芯9安装在上端定子6与下端定子7之间，并与扇形永磁体10保持水平。环形铁芯9的上下表面分别与上端定子6的下表面和下端动子7的上表面之间形成工作气隙11。环形铁芯9、永磁体10、永磁体夹持机构8、导向板5、上端定子6和下端定子7采用同轴心布置。
作为本发明的优选实施方式，上盖1、底座2、支撑杆3、螺旋弹簧4、和垫片12均采用硬铝合金材料。
作为本发明的优选实施方式，永磁体10采用钕铁硼材料，沿半径方向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯9、永磁体夹持机构8、上端定子6和下端定子7均采用坡莫合金材料。
作为本发明的优选实施方式，所述支撑杆3与环形铁芯9采用螺纹连接。
本发明的工作原理为：如图2所示，当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆3传递至环形铁芯9，使得环形铁芯9在工作气隙11中产生振动，永磁体机构与环形铁芯9、上端定子6、下端定子7和工作气隙11组成磁通回路，扇形永磁体10流出的磁通量在环形铁芯9上下表面工作气隙11处产生磁应力，当环形铁芯9偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯9在工作气隙11中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧4作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接，使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振系统的共振频率。螺旋弹簧4提供高的静刚度，使得隔振器的承载能力提高，静态位移减小；较低的动刚度使隔振器的固有频率很低，拓宽隔振器的隔振频带。

Claims (7)

1.一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：包括设置在上盖(1)与底座(2)的腔体内部的永磁体机构，所述永磁体机构包括环形永磁体夹持机构(8)和多块扇形永磁体(10)，多块扇形永磁体(10)安装在环形永磁体夹持机构(8)的内部卡槽中并围绕环形铁芯(9)同轴布置，永磁体夹持机构(8)的上下端分别安装上端定子(6)和下端定子(7)，环形铁芯(9)上下表面分别与上端定子(6)的下表面和下端定子(7)的上表面之间形成工作气隙(11)，支撑杆(3)穿过环形铁芯(9)并与环形铁芯(9)通过螺纹连接，支撑杆(3)的上部通过螺母与螺旋弹簧(4)连接，螺旋弹簧(4)安装在上盖(1)的卡槽内，螺旋弹簧(4)通过螺栓与上盖(1)连接，螺旋弹簧(4)的螺栓连接的下端安装垫片(12)，用于调整螺旋弹簧(4)高度位置，从而调整环形铁芯(9)在工作气隙(11)中的静平衡位置；所述底座(2)的底部安装有导向板(5)，导向板(5)安装在底座(2)的卡槽处，导向板(5)中心开有通孔，与支撑杆(3)的下端滑动配合，导向板(5)通过非导磁螺栓与底座(2)固定连接；所述底座(2)、上盖(1)、支撑杆(3)、螺旋弹簧(4)和导向板(5)同轴心装配，底座(2)与上盖(1)的卡槽之间留有间隙，用螺栓和螺母固定时能够预紧腔体内的永磁体机构；
当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆(3)传递至环形铁芯(9)，使得环形铁芯(9)在工作气隙(11)中产生振动，永磁体机构与环形铁芯(9)、上端定子(6)、下端定子(7)和工作气隙(11)组成磁通回路，扇形永磁体(10)流出的磁通量穿过环形铁芯(9)，并在其上下表面的工作气隙(11)处产生磁应力，当环形铁芯(9)偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯(9)在工作气隙(11)中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧(4)作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接，使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振器的共振频率。
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：所述上盖(1)、底座(2)、支撑杆(3)、螺旋弹簧(4)和垫片(12)采用硬铝合金材料。
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：所述扇形永磁体(10)采用钕铁硼材料，辐射充磁方向由内向外，沿环向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯(9)、永磁体夹持机构(8)、上端定子(6)和下端定子(7)采用高磁导率的坡莫合金材料。
4.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：所述导向板(5)材料采用铜。
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：所述螺栓和螺母采用非导磁材料。
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：所述底座(2)与上盖(1)的卡槽之间留有0.5mm间隙。
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：所述扇形永磁体(10)的数量为八块。
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