CN111981075A - 一种具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，包括基座、支撑筒、沿竖向设置的竖向弹性元件、竖向阻尼器及至少四组侧向支撑组件，每组侧向支撑组件均包括至少一个水平阻尼装置，水平阻尼装置包括沿水平方向设置的水平阻尼器、一端与水平阻尼器的缸体连接且另一端与水平阻尼器的输出端连接的侧向弹性元件，水平阻尼器的一端与基座铰接，水平阻尼器的另一端与支撑筒铰接。本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统采用具有侧向支撑的多层布局方式以及可变阻尼的竖向阻尼器及水平阻尼器的设置，实现接近全频段范围隔振的具有抗弯矩和侧向冲击载荷作用的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其负载大、低频隔振效果好。

Description

一种具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统
技术领域
本发明涉及一种隔振装置，尤其涉及一种具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统。
背景技术
按照振动理论，对于单自由度线性隔振系统，只有在外部激励频率大于系统固有频率的
Figure BDA0002644084320000011
倍以上才具有隔振效果，因此隔振器需要按照被隔系统的下限频率进行设计，使隔振系统的固有频率低于下限频率的
Figure BDA0002644084320000012
当隔振器的负载固定时，下限频率越低，所设计的隔振器刚度越弱，其表现出来的柔性越大。隔振器设计中采用太小的弹性器件刚度会影响系统的承载能力，因此在隔振频率设计和系统承载之间需要寻求平衡。
在一些特殊应用领域，对受控平台或结构的振动要求具有严格的标准，主要体现在振动量级小，有效频带范围宽，特别是对低频振动性能要求高。如直升机上装载的稳瞄系统，潜艇内部机电系统隔振平台和车载精密仪器隔振平台等，对振动隔离的要求非常高，传统的线性被动隔振方案难以满足要求。
准零刚度隔振器具有超低频率隔振性能，在静平衡位置附近的刚度可以设计到接近于零的状态，其隔振性能远远优于传统的被动式线性隔振系统。在准零刚度隔振理论方面已有较多的研究成果，其主要特性表现为高静刚度低动刚度的特点，在静平衡位置具有较大的承载刚度，同时又表现出很低的动刚度特点，正是由于低动刚度特性导致隔振系统具有超低的固有频率，能够将隔振系统的有效作用频带在低频范围内得到很大扩展。正因为准零刚度隔振器的频率适用范围更为广泛，具有传统被动隔振器所不具备的优异性能，在实际应用中也发展出了多种准零刚度系统的实现方式。
然而纵观现有的准零刚度隔振器主要针对单个方向的隔振需求，对于存在垂向载荷、侧向冲击和弯矩载荷共同作用下的隔振要求则难以实现。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种负载大、低频隔振效果好的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统。
本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，包括基座、竖向设置的支撑筒、位于支撑筒与基座之间并沿竖向设置的竖向弹性元件、一端与基座连接且另一端与竖向支撑筒连接的竖向阻尼器、绕支撑筒周向均匀设置的至少四组侧向支撑组件，每组侧向支撑组件均包括至少一个水平阻尼装置，水平阻尼装置包括沿水平方向设置的水平阻尼器、一端与水平阻尼器的缸体连接且另一端与水平阻尼器的输出端连接的侧向弹性元件，水平阻尼器的一端与基座铰接，水平阻尼器的另一端与支撑筒铰接。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，每组侧向支撑组件均包括上下平行设置的两个水平阻尼装置。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，所述竖向阻尼器和水平阻尼器均包括缸体、设于缸体内并与缸体滑动配合的阻尼活塞、一端与阻尼活塞固连且另一端凸伸出缸体端面的活塞杆，阻尼活塞内设有从阻尼活塞一端延伸至阻尼活塞另一端的传输孔，阻尼活塞内部设置有电磁线圈，缸体内还填充有磁流变液。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，所述基座包括底板及设于底板上的多块侧板，底板的中部设置有定位座，所述竖向弹性元件位于支撑筒内并且竖向弹性元件的底端设置于定位座上，竖向弹性元件的顶端与支撑筒的顶壁接触，所述水平阻尼器的一端铰接于侧板上。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，所述竖向弹性元件及侧向弹性元件为弹簧，并且竖向弹性元件套在竖向阻尼器的外侧。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，所述底板的中部设置有安装孔，所述定位座固设于安装孔内，定位座的中部设有穿透定位座的定位孔，定位座的表面还设有绕定位孔设置的定位槽，所述竖向阻尼器的缸体底端固设于定位孔内，所述竖向弹性元件的底端设置于定位槽内。
进一步的，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，所述支撑筒的顶部设置有连接头。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，支撑筒、竖向弹性元件等部件形成主承力结构，从而对外部结构提供竖向支撑作用，竖向弹性元件的刚度和静载压缩量与外部结构的重量相匹配。而绕支撑筒均匀设置的侧向支撑组件，实现了对系统提供负刚度的目的，其能够根据支撑筒在水平方向的偏移形成平衡系统的力和力矩，进而使支撑筒能够始终保持在平衡位置处，从而提供平衡位置附近超低刚度特性，实现超低频隔振。其中，侧向弹性元件在平衡位置具有一定的预压缩量，其能够在平衡位置附近对系统提供负刚度，在支撑筒不发生水平偏移或转动情况下，系统水平方向受力平衡。
此外，水平阻尼器及竖向阻尼器的设置，使得系统具有一定的阻尼特性，从而减小隔振系统受外扰作用的振荡幅值，增加自由振动衰减速度。
综上所述，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，采用具有侧向支撑的多层布局方式以及可变阻尼的竖向阻尼器及水平阻尼器的设置，实现接近全频段范围隔振的具有抗弯矩和侧向冲击载荷作用的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其负载大、低频隔振效果好。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统的立体结构图，其中连接头未示出；
图2是具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统的正视图，其中连接头未示出；
图3是基座的立体结构图；
图4是水平阻尼装置的立体结构图；
图5是支撑筒及定位座的剖视图。
图中，基座1，支撑筒2，竖向弹性元件3，竖向阻尼器4，水平阻尼装置5，水平阻尼器6，侧向弹性元件7，缸体8，阻尼活塞9，活塞杆10，传输孔11，底板12，侧板13，定位座14，安装孔15，定位孔16，定位槽17，连接头18。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1至图5，本发明一较佳实施例的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，包括基座1、竖向设置的支撑筒2、位于支撑筒与基座之间并沿竖向设置的竖向弹性元件3、一端与基座连接且另一端与竖向支撑筒连接的竖向阻尼器4、绕支撑筒周向均匀设置的至少四组侧向支撑组件，每组侧向支撑组件均包括至少一个水平阻尼装置5，水平阻尼装置包括沿水平方向设置的水平阻尼器6、一端与水平阻尼器的缸体连接且另一端与水平阻尼器的输出端连接的侧向弹性元件7，水平阻尼器的一端与基座铰接，水平阻尼器的另一端与支撑筒铰接。
本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，支撑筒、竖向弹性元件等部件形成主承力结构，从而对外部结构提供竖向支撑作用，竖向弹性元件的刚度和静载压缩量与外部结构的重量相匹配。而绕支撑筒均匀设置的侧向支撑组件，实现了对系统提供负刚度的目的，其能够根据支撑筒在水平方向的偏移形成平衡系统的力和力矩，进而使支撑筒能够始终保持在平衡位置处，从而提供平衡位置附近超低刚度特性，实现超低频隔振。其中，侧向弹性元件在平衡位置具有一定的预压缩量，其能够在平衡位置附近对系统提供负刚度，在支撑筒不发生水平偏移或转动情况下，系统水平方向受力平衡。
此外，水平阻尼器及竖向阻尼器的设置，使得系统具有一定的阻尼特性，从而减小隔振系统受外扰作用的振荡幅值，增加自由振动衰减速度。
其中竖向阻尼器及水平阻尼器是提供运动阻力，耗减运动能量的装置，本实施例中，水平阻尼器的输出端通过铰接座与支撑筒铰接，水平阻尼器的缸筒通过铰接座与基座铰接，竖向阻尼器的输出端与支撑筒固连，而竖向阻尼器的缸筒与基座固连。此外，操作人员可通过需要按照上述相反的方式进行安装。
竖向弹性元件及水平弹性元件可以是金属制品如弹簧、波纹管等，也可以是橡胶制品以及其它具有弹性的元器件或结构。
本实施例中，侧向支撑组件优选为四组，每组支撑组件间隔90度设置，并且每组支撑装置包括两个水平阻尼装置。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，每组侧向支撑组件均包括上下平行设置的两个水平阻尼装置。
在每组侧向装置中上下平行设置两个水平阻尼装置，使得隔振系统具有抗转矩的功能，从而进一步提高了系统抗倾覆的特性。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，竖向阻尼器和水平阻尼器均包括缸体8、设于缸体内并与缸体滑动配合的阻尼活塞9、一端与阻尼活塞固连且另一端凸伸出缸体端面的活塞杆10，阻尼活塞内设有从阻尼活塞一端延伸至阻尼活塞另一端的传输孔11，阻尼活塞内部设置有电磁线圈，缸体内还填充有磁流变液。
该设计具体实现了一种竖向阻尼器及水平阻尼器。阻尼活塞内部缠绕电磁线圈(图中未示出)，其通过导线与外部驱动器连接，通过改变驱动器的输出电压可实现对电磁线圈产生的电磁场的变化，从而调整磁流变液的阻尼特性，实现阻尼变化、提高隔振器整体性能。具体工作时，活塞杆在外部作用下带动阻尼活塞沿缸筒移动，从而使缸筒内的磁流变液穿过阻尼活塞内的传输孔并与阻尼活塞产生阻尼作用。
其中，磁流变液为可控流体，是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的宾汉体特性。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，基座包括底板12及设于底板上的多块侧板13，底板的中部设置有定位座14，竖向弹性元件位于支撑筒内并且竖向弹性元件的底端设置于定位座上，竖向弹性元件的顶端与支撑筒的顶壁接触，水平阻尼器的一端铰接于侧板上。
定位座具有定位及高度调节功能，在静平衡状态调节定位座位置能够使侧向支撑组件保持水平。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，竖向弹性元件及侧向弹性元件为弹簧，并且竖向弹性元件套在竖向阻尼器的外侧。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，底板的中部设置有安装孔15，定位座固设于安装孔内，定位座的中部设有穿透定位座的定位孔16，定位座的表面还设有绕定位孔设置的定位槽17，竖向阻尼器的缸体底端固设于定位孔内，竖向弹性元件的底端设置于定位槽内。
作为优选，本发明的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，支撑筒的顶部设置有连接头18。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。
此外，以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：包括基座(1)、竖向设置的支撑筒(2)、位于支撑筒与基座之间并沿竖向设置的竖向弹性元件(3)、一端与基座连接且另一端与竖向支撑筒连接的竖向阻尼器(4)、绕支撑筒周向均匀设置的至少四组侧向支撑组件，每组侧向支撑组件均包括至少一个水平阻尼装置(5)，水平阻尼装置包括沿水平方向设置的水平阻尼器(6)、一端与水平阻尼器的缸体连接且另一端与水平阻尼器的输出端连接的侧向弹性元件(7)，水平阻尼器的一端与基座铰接，水平阻尼器的另一端与支撑筒铰接。
2.根据权利要求1所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：每组侧向支撑组件均包括上下平行设置的两个水平阻尼装置。
3.根据权利要求1所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：所述竖向阻尼器和水平阻尼器均包括缸体(8)、设于缸体内并与缸体滑动配合的阻尼活塞(9)、一端与阻尼活塞固连且另一端凸伸出缸体端面的活塞杆(10)，阻尼活塞内设有从阻尼活塞一端延伸至阻尼活塞另一端的传输孔(11)，阻尼活塞内部设置有电磁线圈，缸体内还填充有磁流变液。
4.根据权利要求1所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：所述基座包括底板(12)及设于底板上的多块侧板(13)，底板的中部设置有定位座(14)，所述竖向弹性元件位于支撑筒内并且竖向弹性元件的底端设置于定位座上，竖向弹性元件的顶端与支撑筒的顶壁接触，所述水平阻尼器的一端铰接于侧板上。
5.根据权利要求4所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：所述竖向弹性元件及侧向弹性元件为弹簧，并且竖向弹性元件套在竖向阻尼器的外侧。
6.根据权利要求4所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：所述底板的中部设置有安装孔(15)，所述定位座固设于安装孔内，定位座的中部设有穿透定位座的定位孔(16)，定位座的表面还设有绕定位孔设置的定位槽(17)，所述竖向阻尼器的缸体底端固设于定位孔内，所述竖向弹性元件的底端设置于定位槽内。
7.根据权利要求1所述的具有抗弯矩作用的准零刚度隔振系统，其特征在于：所述支撑筒的顶部设置有连接头(18)。
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