CN109540493B - 一种准零刚度隔振器的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种准零刚度隔振器的试验装置,属于隔振器振动响应试验技术领域。该装置包括负刚度调节机构、正刚度调节机构、梁‑阻尼块机构。所述的负刚度调节模块、正刚度调节模块依次相连,并安装在梁‑质量块系统上。所述的一种准零刚度隔振器的试验装置,既可实现被测系统平稳的纵向振动,又可对整体机构的正刚度与负刚度值进行灵活调整;本发明适用于准零刚度隔振器的振动模型试验,解决了现准零刚度隔振器装置使用方法复杂、无法灵活调整体机构刚度、刚度元件替换过程复杂等问题。
Description
技术领域
本发明属于隔振器振动响应试验技术领域,涉及一种正、负刚度都可灵活调整的准零刚度隔振器的试验装置。
背景技术
工程技术中普遍存在着物理状态的循环变化或物体的往复运动现象即振动现象,车辆的震动让人感到不适,精密仪器的振动会影响测量的结果,地震的振动会对楼房的结构产生影响,桥梁和房屋的剧烈震动,在共振时可能发生突然崩塌,酿成死伤的悲剧,隔振器可以减缓该问题的影响。由于该问题属于复杂非线性振动动力学问题,涉及到冲击载荷、谐振、刚度非线性、阻尼非线性、材料非线性以及瞬态动力学等。目前的理论分析方法根本无法解决此类问题,因此试验研究是此类问题最有效的解决方法。由于其工作环境复杂、外物形状不一、因此模型试验的选用具有重要意义。
目前常用的隔振试验大多以几个刚度元件组合,搭建准零刚度隔振器试验平台,其不足之处在装置刚度的范围调节不灵活,装置的结构繁琐,装置的元件替换不方便、刚度元件的装载较为繁琐等。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种准零刚度隔振器的试验装置,本发明可以通过对平台的正刚度值、负刚度值进行灵活调整,从而实现系统整体刚度值的调节;还可以稳定被测梁的纵向的振动方向,降低其他方向的振动对试验结果带来的影响;也可实现刚度元件的随时替换;这种试验装置功能更为全面,系统的刚度值的调节方法更为简便,较现有方法提高了调节精度,同时缩短了试验周期。
为了实现上述的目的,本发明采用如下技术方案:
一种准零刚度隔振器的试验装置,该准零刚度隔振器的试验装置包括负刚度调节机构,正刚度调节机构,梁—阻尼块机构。
所述的负刚度调节机构通过调节丝杠手轮,来带动移动执行机构进行水平方向的平移,进而影响弹簧的拉压状态,从而实现对整体装置负刚度的调整;负刚度调节机构包括丝杠手轮、轴承座A、底部支撑板、丝杠、移动执行机构、丝杠滑块、轴承座B、弹簧、螺栓、螺母、深沟球轴承;所述的底部支撑板通过螺钉与轴承座A和轴承座B相连;轴承座A和轴承座B通过螺栓固定在机架上;丝杠通过深沟球轴承固定在轴承座A与轴承座B上,其前端通过螺钉与丝杠手轮进行连接固定;移动执行机构被丝杠穿过,并通过丝杠滑块和丝杠相配合,确保移动执行机构可在底部支撑板上进行左右移动;弹簧一端固定在移动执行机构上,另一端与螺栓相连,并通过螺母与螺栓之间的配合进行固定。
所述的正刚度调节机构通过对螺母进行调节,进而对镂空钢板的弯曲程度进行调节,以实现整体系统正刚度值的调整;所述的正刚度调节机构包括机架、底部支撑机座、镂空钢板、螺母;所述的底部支撑机座顶部通过螺钉与镂空钢板相连,底部通过螺栓固定在机架上;支撑杆穿过机架并与螺母相配合,旋转螺母便可实现螺母在支撑杆上的上下移动,从而实现对镂空钢板的挤压,来调整镂空钢板的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统的正刚度值调节。
所述的梁-阻尼块机构包括支撑板、支撑座A、阻尼块、钢板、支撑杆、质量块、支撑座;所述的支撑板通过螺钉固定在支撑座B和轴承座A上,用来限制阻尼块和钢板的左右窜动;支撑杆通过孔轴配合与质量块、钢板和阻尼块相连接,从而使梁—阻尼块机构与镂空钢板相连接;支撑座A和支撑座B通过螺栓固定在机架上,其用来对阻尼块和钢板的窜动进行限制,从而保证系统振动时的稳定性。
一种准零刚度隔振器的试验装置的刚度调节方法步骤如下:
步骤一:针对整体系统负刚度值进行调节;
通过控制丝杠手轮的转动,来实现丝杠滑块的移动,从而带动移动执行机构在底部支撑板进行移动,弹簧一端固定在螺栓上,一端固定在移动执行机构上,移动执行机构的左右运动,带动弹簧进行压缩或拉伸,从而实现对整体系统的负刚度值的调节。
步骤二:针对整体系统正刚度值进行调节;
通过旋转螺母来实现对镂空钢板的挤压,通过调节螺母在支撑杆的位置来调整镂空钢板的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统正刚度值的调节,底部支撑机座和镂空钢板的配合来保证正刚度调节机构运行的稳定性与准确性。
步骤三:对振动时的梁-阻尼块机构进行横向位移的限位;
通过支撑板与支撑座B和轴承座A的固接,对梁-阻尼块机构在振动时的横向位移进行了限位,使梁-阻尼块机构在对机构加上振动时可以进行纵向的振动。
步骤四:针对整体机构的准零刚度进行了设计
通过纵向钢板的刚度k1与横向弹簧刚度k2,调整与组合使整体机构的刚度达到接近于零的状态,质量块的质量为m,对整体机构施加的力为F(t),横向弹簧的位移为x0,梁的一半长度L,整体机构的振动响应公式为:
本发明的一种变刚度隔振器的试验装置,增加了负刚度元件,采用了全新的设计方案,解决现有装置体积庞大、操作复杂、无法完成灵活调节刚度、更换刚度元件困难等问题。横向的弹簧作为整体系统的负刚度元件,通过手轮控制丝杠滑块的位移来控制横向弹簧负刚度元件的刚度大小,通过螺栓的拧紧控制钢板弯曲以控制垂直方向正刚度元件的刚度大小,从而实现系统整体的刚度调整,在初始安装阶段通过移动移动执行机构,可实现横向弹簧负刚度元件的灵活安装与卸载。
附图说明
图1为本发明一种准零刚度隔振器的试验装置整体结构示意图;
图2为本发明一种准零刚度隔振器的试验装置负刚度调节机构示意图;
图3为本发明一种准零刚度隔振器的试验装置正刚度调节机构示意图;
图4为本发明一种准零刚度隔振器的试验装置梁—阻尼块机构结构示意图;
图5为本发明一种准零刚度隔振器的试验装置的机构简图;
图中:1负刚度调节机构;2正刚度调节机构;3梁—阻尼块机构;
101手轮;102A轴承座;103底部支撑板;104丝杠;105移动执行机构;106丝杠滑块;107B轴承座;108弹簧;109螺栓;110螺母;111深沟球轴承;
201机架;202底部支撑机座;203镂空钢板;204螺母;
301支撑板;302A支撑座;303阻尼;304钢板;305支撑杆;306质量块;307B支撑座;
401整体机构施加的力;402质量块质量;403纵向钢板的刚度;404梁的一半长度;405横向弹簧刚度;406横向弹簧的位移。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案,进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示,本发明所述的一种准零刚度隔振器的试验装置整体结构,包括负刚度调节机构1,正刚度调节机构2,梁—阻尼块机构3。
如图2所示,所述的负刚度调节机构1用于对系统的负刚度值进行调节;负刚度调节机构包括丝杠手轮101、轴承座A102、底部支撑板103、丝杠104、移动执行机构105、丝杠滑块106、轴承座B107、弹簧108、螺栓109、螺母110、深沟球轴承111;所述的底部支撑板103通过螺钉与轴承座A102和轴承座B107相连;轴承座A和轴承座B通过螺栓固定在机架201上;丝杠104通过深沟球轴承111固定在轴承座A与轴承座B上,其前端通过螺钉与丝杠手轮101进行连接固定;移动执行机构105被丝杠104穿过,并通过丝杠滑块106和丝杠相配合,确保移动执行机构105可在底部支撑板上进行左右移动;弹簧108一端固定在移动执行机构上,另一端与螺栓109相连,并通过螺母110与螺栓之间的配合进行固定。
如图3所示,所述的正刚度调节机构2包括机架201;底部支撑机座202;镂空钢板203;螺母204;所述的底部支撑机座202顶部通过螺钉与镂空钢板203相连,底部通过螺栓固定在机架201上;支撑杆305穿过机架201并与螺母204相配合,旋转螺母便可实现螺母在支撑杆上的上下移动,从而实现对镂空钢板203的挤压,来调整镂空钢板203的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统的正刚度值调节。
如图4所示,所述的梁-阻尼块机构包括支撑座A302;阻尼块303;钢板304;支撑杆305;质量块306;支撑座B307;所述的支撑板301通过螺钉固定在支撑座B307和轴承座A102上,用来限制阻尼块303和钢板304的左右窜动;支撑杆305通过孔轴配合与质量块306、钢板304和阻尼块303相连接,从而使梁—阻尼块机构3与镂空钢板203相连接;支撑座A302和支撑座B307通过螺栓固定在机架201上,其用来对阻尼块303和钢板304的窜动进行限制,从而保证系统振动时的稳定性。
一种准零刚度隔振器的试验装置刚度调节方法步骤如下:
步骤一:针对整体机构负刚度值进行调节;通过控制丝杠手轮101的转动,来实现丝杠滑块106的移动,从而带动移动执行机构105在底部支撑板102上进行移动;弹簧108一端固定在螺栓109上,另一端固定在移动执行机构105上,移动执行机构105的左右运动,带动弹簧108进行压缩或拉伸,从而实现对整体系统的负刚度值的调节。
步骤二:针对整体机构正刚度值进行调节;通过旋转螺母204,来实现对镂空钢板203的挤压,通过调节螺母204的位置来调整镂空钢板203的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统正刚度值的调节,底部支撑机座202和镂空钢板203的配合来保证正刚度调节机构运行的稳定性与准确性。
步骤三:对振动时的梁-阻尼块机构进行横向位移的限位;通过支撑板301与支撑座B307和轴承座A102的固接,对梁-阻尼块机构在振动时的横向位移进行了限位,使梁-阻尼块机构在对机构加上振动时可以进行纵向的振动。
步骤四:针对整体机构的准零刚度进行了设计
通过纵向钢板的刚度k1403与横向弹簧刚度k2405,调整与组合使整体机构的刚度达到接近于零的状态,质量块306的质量为m402,对整体机构施加的力为F(t)401,横向弹簧的位移为x0406,梁的一半长度L404,整体机构的振动响应公式可以表示为:
Claims (4)
1.一种准零刚度隔振器的试验装置,其特征在于,包括负刚度调节机构(1)、正刚度调节机构(2)和梁-阻尼块机构(3);
所述的负刚度调节机构(1)通过调节丝杠手轮(101),来带动移动执行机构(105)进行水平方向的平移,进而影响弹簧(108)的拉压状态,从而实现对整体装置负刚度的调整;负刚度调节机构包括丝杠手轮(101)、轴承座A(102)、底部支撑板(103)、丝杠(104)、移动执行机构(105)、丝杠滑块(106)、轴承座B(107)、弹簧(108)、螺栓(109)、螺母(110)和深沟球轴承(111);所述的底部支撑板(103)通过螺钉与轴承座A(102)和轴承座B(107)相连;轴承座A(102)和轴承座B(107)通过螺栓固定在机架(201)上;丝杠(104)通过深沟球轴承(111)固定在轴承座A(102)与轴承座B(107)上,其前端通过螺钉与丝杠手轮(101)进行连接固定;移动执行机构(105)被丝杠(104)穿过,并通过丝杠滑块(106)和丝杠(104)相配合,确保移动执行机构(105)可在底部支撑板(103)上进行左右移动;弹簧(108)一端固定在移动执行机构(105)上,另一端与螺栓(109)相连,并通过螺母(110)与螺栓之间的配合进行固定;
所述的正刚度调节机构(2)通过对螺母(204)进行调节,进而对镂空钢板(203)的弯曲程度进行调节,以实现整体系统正刚度值的调整;所述的正刚度调节机构(2)包括机架(201)、底部支撑机座(202)、镂空钢板(203)、螺母(204);所述的底部支撑机座(202)顶部通过螺钉与镂空钢板(203)相连,底部通过螺栓固定在机架(201)上;支撑杆305穿过机架(201)并与螺母(204)相配合,旋转螺母(204)便可实现螺母在支撑杆(305)上的上下移动,从而实现对镂空钢板(203)的挤压,来调整镂空钢板的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统的正刚度值调节;
所述的梁-阻尼块机构(3)包括支撑板(301)、支撑座A(302)、阻尼块(303)、钢板(304)、支撑杆(305)、质量块(306)、支撑座B(307);所述的支撑板(301)通过螺钉固定在支撑座B(307)和轴承座A(102)上,用来限制阻尼块和钢板的左右窜动;支撑杆(305)通过孔轴配合与质量块(306)、钢板(304)和阻尼块(303)相连接,从而使梁—阻尼块机构(3)与镂空钢板(203)相连接;支撑座A(302)和支撑座B(307)通过螺栓固定在机架(201)上,其用来对阻尼块和钢板的窜动进行限制,从而保证系统振动时的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种准零刚度隔振器的试验装置,其特征在于,对振动时的梁-阻尼块机构进行横向位移的限位,通过支撑板(301)与支撑座B(307)和轴承座A(102)固接,对梁-阻尼块机构在振动时的横向位移进行了限位,使梁-阻尼块机构在对机构加上振动时可以进行纵向的振动。
3.根据权利要求1或2所述的一种准零刚度隔振器的试验装置,其特征在于,充当机构刚度元件的弹簧(108)与镂空钢板(202)的更换较为简便,卸载镂空钢板(203)固定在底部支撑机座(202)之间的螺钉,即对镂空钢板(203)更换;通过对移动执行机构(105)的位置进行左右调节,使弹簧(108)处于松弛状态,便对弹簧(108)进行卸载和更换。
4.用权利要求1-3任一所述一种准零刚度隔振器的试验装置的刚度调节方法,其特征在于,步骤如下:
步骤一:针对整体机构负刚度值进行调节;
通过控制丝杠手轮(101)的转动,来实现丝杠滑块(106)的移动,从而带动移动执行机构(105)在底部支撑板(102)上进行移动;弹簧(108)一端固定在螺栓(109)上,另一端固定在移动执行机构(105)上,移动执行机构(105)的左右运动,带动弹簧(108)进行压缩或拉伸,从而实现对整体系统的负刚度值的调节;
步骤二:针对整体机构正刚度值进行调节;
通过旋转螺母(204)来实现对镂空钢板(203)的挤压,调节螺母(204)的位置来调整镂空钢板(203)的弯曲程度,从而通过钢板刚度的变化来完成对整体系统正刚度值的调节,底部支撑机座(202)和镂空钢板(203)的配合来保证正刚度调节机构运行的稳定性与准确性;
步骤三:对振动时的梁-阻尼块机构进行横向位移的限位;
通过支撑板(301)与支撑座B(307)和轴承座A(102)的固接,对梁-阻尼块机构在振动时的横向位移进行了限位,使梁-阻尼块机构在对机构加上振动时进行上下方向的纵向振动;
步骤四:针对整体机构的准零刚度进行了设计
通过纵向钢板的刚度(403)k1与横向弹簧刚度(405)k2的调整与组合使整体机构的刚度达到接近于零的状态,质量块(306)的质量(402)为m,对整体机构施加的力(401)为F(t),横向弹簧的位移(406)为x0,梁的一半长度(404)L,整体机构的振动响应公式表示为:
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