CN111577806A - 一种正负刚度并联式低频隔振器 - Google Patents

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    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers

Abstract

本发明涉及一种正负刚度并联式低频隔振器，包括底盖，其上表面沿圆周一圈设有外支架，其内圈设有与其同轴且高度降低的内支架，外支架、内支架与底盖围成顶部开口的腔体结构，腔体结构中安装有正负刚度调节机构，腔体结构的顶部开口通过顶盖封闭；位于内支架内圈的底盖圆心位置固定安装有弹簧支柱，弹簧支柱的顶面圆心位置沿轴向连接有支撑弹簧，弹簧支柱的圆周侧面上沿周向均匀设置有沿径向延伸的梁，梁一端与弹簧支柱固定连接，另一端通过压力弹簧、压力弹簧调节螺栓与外支架连接；梁的下表面与底盖之间通过主弹簧连接。本发明通过正负刚度并联，实现设备低频、超低频隔振。

Description

一种正负刚度并联式低频隔振器
技术领域
本发明涉及机械设备的减振降噪技术领域，尤其是一种正负刚度并联式低频隔振器。
背景技术
传统的线性隔振技术被广泛的应用于机械设备的减振降噪领域，但是在低频激励环境下，线性隔振技术无法解决隔振效果好与静态位移小之间的矛盾，因而主动隔振技术被越来越多的应用到低频隔振领域。
但是，主动隔振技术往往需要外界输入能量，存在结构复杂，成本高的缺点。非线性隔振技术同样可以实现低频隔振，空气弹簧就是一个典型的实例。空气弹簧具有较高的支撑能力及较低刚度的特点，但其工作的同时，仍需要辅助气源，结构复杂；空气弹簧的固有频率一般为2至3赫兹，为进一步降低其隔振频率，往往需要在空气弹簧被动隔振系统的基础上施加主动控制，增大了隔振成本。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种正负刚度并联式低频隔振器，本发明装置属于被动式隔振器，其结构形式简单，具有高静刚度低动刚度，且隔振频率可调的技术特点。
本发明所采用的技术方案如下：
一种正负刚度并联式低频隔振器，包括底盖，所述底盖上表面沿圆周一圈设有外支架，外支架的内圈设有与其同轴且高度降低的内支架，外支架、内支架与底盖围成顶部开口的腔体结构，腔体结构中安装有正负刚度调节机构，所述腔体结构的顶部开口通过顶盖封闭；
位于内支架内圈的底盖圆心位置固定安装有弹簧支柱，弹簧支柱的顶面圆心位置沿轴向连接有支撑弹簧，弹簧支柱的圆周侧面上沿周向均匀设置有沿径向延伸的梁，每根梁一端与弹簧支柱固定连接，另一端与压力弹簧的一端连接，压力弹簧另一端通过压力弹簧调节螺栓与外支架连接；
每根梁的下表面与底盖之间通过主弹簧连接；所述顶盖同时与支撑弹簧的顶端、每根梁的上表面连接，且顶盖圆周一圈边缘向下延伸有外顶支架，外顶支架的下侧沿周向均匀开有多个沿轴向延伸的、分别与所述压力弹簧调节螺栓配合的通槽。
作为上述技术方案的进一步改进：
梁的一端与压力弹簧连接，且底部由内支架支撑；压力弹簧向梁提供轴向压力，且压力值大于梁的临界压力。
位于外顶支架的内圈的顶盖下表面上设有内顶支架，所述内顶支架与梁的上表面中部连接，支撑弹簧的顶端与顶盖下表面连接。
压力弹簧调节螺栓的结构为：包含螺杆，螺杆沿径向穿设于外支架中，螺杆位于外支架内部的一端套设有连接筒，所述连接筒与压力弹簧连接，位于连接筒两端的分别螺杆上分别套设有前限位环、后限位环；螺杆的位于外支架外部一端设有直径增大的挡头；连接筒在前限位环和后限位环之间绕螺杆的轴线圆周转动，且螺杆在连接筒的位置范围内不设螺纹。
顶盖通过通槽对伸出外支架外部的螺杆进行让位。
每根主弹簧顶端与梁的下表面中部连接，底端与底盖上表面连接，多根梁、主弹簧均以弹簧支柱为中心中心对称。
顶盖上设有多个设备安装孔。
底盖位于外支架外圈的底盖上表面，沿圆周一圈设有多个底盖安装孔。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，制造和安装方便，维护成本低，其优点是可以实现设备低频隔振、超低频隔振，并且隔振频率可调，有高静刚度及低动刚度的特性。可广泛用于精密仪器的低频隔振，高层建筑的低频隔振及电机等机械设备的低频隔振中。本发明包括提供负刚度的压力弹簧与梁组合结构，提供支撑刚度的支撑弹簧，提供正刚度的支撑弹簧与主弹簧，提供负刚度的梁、压力弹簧、压力弹簧调节螺栓，并且通过改变压力弹簧的伸缩量能够调整隔振频率。通过正负刚度并联，实现设备低频、超低频隔振；通过改变负刚度大小，实现了隔振频率可调；通过支撑弹簧，保证了正负刚度并联式低频隔振器有较大的静刚度。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的爆炸图。
图3为本发明的俯视图。
图4为图3中沿A-A截面的剖视图。
图5为本发明拆去顶盖后的结构示意图。
图6为本发明顶盖的结构示意图。
图7为本发明压力弹簧调节螺栓的结构示意图。
图8为图7的另一视角。
其中：1、底盖；2、弹簧支柱；3、支撑弹簧；4、顶盖；5、梁；6、压力弹簧；7、主弹簧；8、设备安装孔；9、压力弹簧调节螺栓；10、通槽；11、底盖安装孔；12、内支架；13、外支架；14、内顶支架；15、外顶支架；91、螺杆；92、连接筒；93、前限位环；94、后限位环；95、挡头。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图6所示，本实施例的正负刚度并联式低频隔振器，包括底盖1，底盖1上表面沿圆周一圈设有外支架13，外支架13的内圈设有与其同轴且高度降低的内支架12，外支架13、内支架12与底盖1围成顶部开口的腔体结构，腔体结构中安装有正负刚度调节机构，腔体结构的顶部开口通过顶盖4封闭；
位于内支架12内圈的底盖1圆心位置固定安装有弹簧支柱2，弹簧支柱2的顶面圆心位置沿轴向连接有支撑弹簧3，弹簧支柱2的圆周侧面上沿周向均匀设置有沿径向延伸的梁5，每根梁5一端与弹簧支柱2固定连接，另一端与压力弹簧6的一端连接，压力弹簧6另一端通过压力弹簧调节螺栓9与外支架13连接；每根梁5的下表面与底盖1之间通过主弹簧7连接；顶盖4同时与支撑弹簧3的顶端、每根梁5的上表面连接，且顶盖4圆周一圈边缘向下延伸有外顶支架15，如图1所示，外顶支架15的下侧沿周向均匀开有多个沿轴向延伸的、分别与压力弹簧调节螺栓9配合的通槽10。
梁5的一端与压力弹簧6连接，且底部由内支架12支撑；压力弹簧6向梁5提供轴向压力，且压力值大于梁5的临界压力。
如图6所示，位于外顶支架15的内圈的顶盖4下表面上设有内顶支架14，内顶支架14与梁5的上表面中部连接，支撑弹簧3的顶端与顶盖4下表面连接。
如图7和图8所示，压力弹簧调节螺栓9的结构为：包含螺杆91，螺杆91沿径向穿设于外支架13中，螺杆91位于外支架13内部的一端套设有连接筒92，连接筒92与压力弹簧6连接，位于连接筒92两端的分别螺杆91上分别套设有前限位环93、后限位环94；螺杆91的位于外支架13外部一端设有直径增大的挡头95；连接筒92在前限位环93和后限位环94之间绕螺杆91的轴线圆周转动，且螺杆91在连接筒92的位置范围内不设螺纹。
顶盖4通过通槽10对伸出外支架13外部的螺杆91进行让位。
每根主弹簧7顶端与梁5的下表面中部连接，底端与底盖1上表面连接，多根梁5、主弹簧7均以弹簧支柱2为中心中心对称。
顶盖4上设有多个设备安装孔8。
底盖1位于外支架13外圈的底盖1上表面，沿圆周一圈设有多个底盖安装孔11。
本发明的工作原理：
被隔振装置通过设备安装孔8安装在本实施例的正负刚度并联式低频隔振器上，支撑弹簧3承载被隔振装置大部分或全部重量，保证被隔振装置有较大的静刚度；顶盖4通过内顶支架14与梁5的中部相连；主弹簧7一端布置在底盖1上，另一端安装在梁5的中部；梁5一端与弹簧支柱2固连，另一端安装有压力弹簧6，且由内支架12支撑；
压力弹簧6向梁5提供轴向压力，且压力值大于梁5的临界压力，此时梁5的作用相当于一压杆，提供负刚度，其负刚度表达式为：
Kn＝Kb(1-α)
式中：Kb为轴向力为0时，梁5中点处的横向刚度，α为轴向力与压杆临界压力之比。
通过改变压力弹簧调节螺栓9的伸长量，改变压力弹簧6的压缩量，进而改变梁5所受的轴向力，最终调节正负刚度并联式低频隔振器的隔振频率；
相互连接的梁5、压力弹簧6、主弹簧7、压力弹簧调节螺栓9构成一个子结构，多个子结构中心对称布置；
顶盖4在压力弹簧调节螺栓9位置处开设顶盖通槽10，以防止压力弹簧调节螺栓9对顶盖4的运动产生影响。
本发明的压力弹簧连接在梁的轴线方向，其对梁产生的压力超过梁的临界压力，此时，梁提供负向刚度，支撑弹簧和主弹簧提供正向刚度。通过正刚度机构和负刚度机构的并联，实现整体的低频隔振性能；通过改变压力弹簧的压缩量，改变梁的负刚度，实现整体隔振频率可调；通过支撑弹簧对被隔振物体的支撑，实现高静态刚度；
本发明结构简单，制造和安装方便，维护成本低；其优点是刚度可调，可以实现准零赫兹超低频隔振，同时具有高静态刚度和低动态刚度的特性，高静态刚度和低动态刚度的特性是指：未安装被隔振设备时内顶支架14与梁5不接触，待隔振设备安装在顶盖4上时，支撑弹簧3被压缩，且使内顶支架14与梁5接触，梁5与主弹簧7受力，梁5有负刚度的特性。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：包括底盖(1)，所述底盖(1)上表面沿圆周一圈设有外支架(13)，外支架(13)的内圈设有与其同轴且高度降低的内支架(12)，外支架(13)、内支架(12)与底盖(1)围成顶部开口的腔体结构，腔体结构中安装有正负刚度调节机构，所述腔体结构的顶部开口通过顶盖(4)封闭；
正负刚度调节机构的结构包括弹簧支柱(2)，其设置在位于内支架(12)内圈的底盖(1)圆心位置处，弹簧支柱(2)的顶面圆心位置沿轴向连接有支撑弹簧(3)，弹簧支柱(2)的圆周侧面上沿周向均匀设置有沿径向延伸的梁(5)，每根梁(5)一端与弹簧支柱(2)固定连接，另一端与压力弹簧(6)的一端连接，压力弹簧(6)另一端通过压力弹簧调节螺栓(9)与外支架(13)连接；每根梁(5)的下表面与底盖(1)之间通过主弹簧(7)连接；
所述顶盖(4)同时与支撑弹簧(3)的顶端、每根梁(5)的上表面连接，且顶盖(4)圆周一圈边缘向下延伸有外顶支架(15)，外顶支架(15)的下侧沿周向均匀开有多个沿轴向延伸的、分别与所述压力弹簧调节螺栓(9)配合的通槽(10)。
2.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：梁(5)的一端与压力弹簧(6)连接，且底部由内支架(12)支撑；压力弹簧(6)向梁(5)提供轴向压力，且压力值大于梁(5)的临界压力。
3.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：位于外顶支架(15)的内圈的顶盖(4)下表面上设有内顶支架(14)，所述内顶支架(14)与梁(5)的上表面中部连接，支撑弹簧(3)的顶端与顶盖(4)下表面连接。
4.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：压力弹簧调节螺栓(9)的结构为：包含螺杆(91)，螺杆(91)沿径向穿设于外支架(13)中，螺杆(91)位于外支架(13)内部的一端套设有连接筒(92)，所述连接筒(92)与压力弹簧(6)连接，位于连接筒(92)两端的分别螺杆(91)上分别套设有前限位环(93)、后限位环(94)；
螺杆(91)的位于外支架(13)外部一端设有直径增大的挡头(95)；
连接筒(92)在前限位环(93)和后限位环(94)之间绕螺杆(91)的轴线圆周转动，且螺杆(91)在连接筒(92)的位置范围内不设螺纹。
5.如权利要求4所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：顶盖(4)通过通槽(10)对伸出外支架(13)外部的螺杆(91)进行让位。
6.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：每根主弹簧(7)顶端与梁(5)的下表面中部连接，底端与底盖(1)上表面连接，多根梁(5)、主弹簧(7)均以弹簧支柱(2)为中心中心对称。
7.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：顶盖(4)上设有多个设备安装孔(8)。
8.如权利要求1所述的正负刚度并联式低频隔振器，其特征在于：底盖(1)位于外支架(13)外圈的底盖(1)上表面，沿圆周一圈设有多个底盖安装孔(11)。
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