CN113027968B - 准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置，准零刚度弹性节点包括：外套、正刚度元件及负刚度元件；所述外套套设于所述正刚度元件上；负刚度元件内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。本发明具有高静态刚度、低动态刚度的特性，减振频域宽，具有良好的低频隔振特性，能够有效降低从轨道传递至构架、构架与转向架以及转向架与车体之间的振动，有效减小车体的振动，提高乘客的乘坐舒适性与运行平稳性；同时准零刚度弹性节点还具有结构紧凑，采用内置式并联安装方式，不改变弹性节点的接口形式和尺寸，可伴随弹性节点实现垂向、轴向和偏转以及扭转运动。

Description

准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置

技术领域

本发明属于轨道交通减振领域，尤其涉及一种准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置。

背景技术

随着轨道列车运行速度的提高和轻量化的发展，车体振动逐渐加大。目前轨道车辆中多采用弹性节点形式的减振器，减振器的柔度大，导致车辆运行过程中的低频振动问题严重，影响车辆运行平稳性和舒适性。从隔振理论分析可以得出，传统线性刚度隔振技术只有在激励频率大于

倍的系统固有频率时，才有隔振效果。在轨道车辆运行过程中，外部激励的频率不会改变，因此为了隔离低频振动，就需要降低系统的固有频率，降低系统固有频率就需要降低减振器的刚度，从而减振器刚度越低，隔振起始频率就越低，就越有利于隔离低频振动。但是，减振器的刚度减低，必然会引起系统的承载能力下降，导致过大的静变形甚至失稳等问题，即隔振器在隔离低频、超低频振动时，面临着低刚度与大静变形两方面的矛盾。

在实际实施中发现，现有的弹性节点存在以下缺陷：

1、纯机械结构的弹性节点只在单一方向实现负刚度特性；

2、适应性和灵活性较弱，方案结构复杂，部件过多，不利于工程推广。

因此亟需开发一种克服上述缺陷的准零刚度弹性节点及其构建方法、装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种准零刚度弹性节点，其中，包括：

外套；

正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；

负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。

上述的准零刚度弹性节点，其中，所述正刚度元件包括：芯轴、弹性层及内套，所述弹性层套设于所述芯轴上，所述内套于所述弹性层上，所述外套套设于所述内套上，发生振动时，所述芯轴、所述弹性层及所述内套配合产生正刚度。

上述的准零刚度弹性节点，其中，所述负刚度元件包括：

一椭球机构，沿垂直所述芯轴的轴向方向设置于所述内套中，且连接于所述外套及所述内套；及

二个弹簧机构，沿所述芯轴的轴向方向设置于所述芯轴中且位于所述椭球机构的两侧，发生振动时，所述椭球机构与二个所述弹簧机构配合产生负刚度。

上述的准零刚度弹性节点，其中，所述内套上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构包括：

底座，设置于一所述安装孔上且连接于所述外套及所述内套；

椭球杆件，其一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层及所述芯轴连接于所述底座，所述椭球杆件的另一端连接于所述外套及所述内套。

上述的准零刚度弹性节点，其中，沿所述芯轴的轴向方向于所述芯轴内开设有一通孔，二个所述弹簧机构设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件的两侧，所述椭球杆件上设置有椭球部，发生振动时，二个所述弹簧机构与所述椭球部配合产生负刚度。

上述的准零刚度弹性节点，其中，每一所述弹簧机构包括：

安装座，装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴；

弹簧，其一端装设于所述安装座上；

作动头，其一端连接于所述弹簧的另一端；

作动头滚球，装设于所述作动头的另一端上，所述作动头滚球对位于所述椭球部；

作动头外套，套设于所述作动头滚球上；

其中，发生振动时，二个所述作动头滚球、二个所述弹簧及所述椭球部在垂直于所述芯轴的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。

上述的准零刚度弹性节点，其中，所述芯轴、所述弹性层和所述内套经过硫化工艺硫化为一体形成所述正刚度元件。

本发明还提供一种准零刚度弹性节点的构建方法，其中，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建方法包括：

容许尺寸确定步骤：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定步骤：根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整步骤：调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定步骤：根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

上述的构建方法，其中，所述容许尺寸确定步骤包括：

根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。

上述的构建方法，其中，所述刚度确定步骤包括：

根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。

上述的构建方法，其中，所述预压力调整步骤包括：

通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。

上述的构建方法，其中，所述准零刚度确定步骤包括：

通过调整所述椭球部的长轴尺寸及短轴尺寸，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

本发明还提供一种准零刚度弹性节点的构建装置，其中，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建装置包括：

容许尺寸确定单元，根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定单元，根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整单元，调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定单元，根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

相比于相关技术，本发明的准零刚度弹性节点具有高静态刚度、低动态刚度的特性，减振频域宽，具有良好的低频隔振特性，能够有效降低从轨道传递至构架、构架与转向架以及转向架与车体之间的振动，有效减小车体的振动，提高乘客的乘坐舒适性与运行平稳性；同时准零刚度弹性节点还具有结构紧凑，采用内置式并联安装方式，不改变弹性节点的接口形式和尺寸，可伴随弹性节点实现垂向、轴向和偏转以及扭转运动。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明准零刚度弹性节点的结构示意图；

图2是图1中椭球机构的结构示意图；

图3是图1中弹簧机构的结构示意图；

图4是本发明构建方法的流程图；

图5为本发明受力分析示意图；

图6为本发明构建装置的结构示意图；

图7为根据本申请实施例的电子设备的硬件结构示意图。

以上图中：

1、外套；

2、正刚度元件；

21、芯轴；

22、弹性层；

23、内套；

3、负刚度元件；

31、椭球机构；

311、底座；

312、椭球杆件；

T、椭球部；

313螺钉；

32、弹簧机构；

321、安装座；

322、弹簧；

323、作动头；

324、作动头滚球；

325、作动头外套；

326、螺栓；

81、容许尺寸确定单元；

82、刚度确定单元；

83、预压力调整单元；

84、准零刚度确定单元；

90、总线；

91、处理器；

92、存储器；

93、通信接口。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了解决轨道车辆用弹性节点低频隔振能力，需要弹性节点具备：(1)弹性节点需要同时具有正刚度元件和负刚度元件，通过调整正刚度元件和负刚度元件实现弹性节点的准零刚度，(2)正刚度元件与负刚度元件需要集成到转臂节点中，不改变弹性节点的外部安装配合要求，(3)准零刚度弹性节点能够实现多自由度运动，实现多自由度上的准零刚度。为实现上述要求，本发明提出了一种准零刚度弹性节点，解决了(1)设计正刚度元件和负刚度元件结构，通过调整正刚度元件和负刚度元件的匹配，实现准零刚度要求，(2)采用内嵌式结构布置负刚度元件，将负刚度元件的一端与弹性节点的芯轴连接，一端与弹性节点的外套连接，与正刚度元件形成并联关系，(3)负刚度元件采用滚球与椭球配合，实现多自由度的运动。以下结合具体实施例进行说明。

请参照图1，图1是本发明准零刚度弹性节点的结构示意图。如图1所示，本发明的准零刚度弹性节点包括：外套1、正刚度元件2及负刚度元件3；所述外套1套设于所述正刚度元件2上；负刚度元件3内置所述正刚度元件2内，发生振动时，通过所述负刚度元3件产生的负刚度抵消所述正刚度元件2产生的正刚度。

由此，本发明提出的一种内置式并联负刚度元件的准零刚度弹性节点，通过调整新增加的内置式并联负刚度元件的结构尺寸和匹配关系，改变弹性节点的减振频域，提高了弹性节点的低频隔振能力，有效减小车体的振动，从而提高乘客的乘坐舒适性与运行平稳性。

进一步地，所述正刚度元件2包括：芯轴21、弹性层22及内套23，所述弹性层22套设于所述芯轴21上，所述内套23于所述弹性层22上，所述外套1 套设于所述内套23上，发生振动时，所述芯轴21、所述弹性层22及所述内套 22配合产生正刚度，在本实施例中，以弹性层22的材质为橡胶做为较佳的实施方式，但本发明并不以此为限。

在本发明的一实施例中，芯轴21、弹性层22和内套23经过硫化工艺硫化为一体形成正刚度元件，但本发明并不以此为限。

请参照图2及图3，图2是图1中椭球机构的结构示意图；图3是图1中弹簧机构的结构示意图。如图2及图3所示，所述负刚度元件3包括：一个椭球机构31及二个弹簧机构32；椭球机构31沿垂直所述芯轴21的轴向方向设置于所述内套23中，且所述椭球机构31的两端连接于所述外套21及所述内套 23；二个弹簧机构32沿所述芯轴21的轴向方向设置于所述芯轴21中且分别位于所述椭球机构21的两侧，发生振动时，所述椭球机构31与二个所述弹簧机构32配合产生负刚度。

进一步地，所述内套23上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构 31包括：底座311及椭球杆件312；底座311设置于一所述安装孔上且连接于所述外套1及所述内套23；椭球杆件312的一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层22及所述芯轴21连接于所述底座311，所述椭球杆件312的另一端连接于所述外套1及所述内套23。具体地说，在内套23上开设安装孔，所述的椭球机构31中的椭球杆件312的一端通过螺钉313与内套23固定在一起，所述椭球杆件312的另一端布置有螺纹，椭球杆件312通过所述螺纹与所述的底座 311相连接，所述的底座311通过所述的螺钉与内套23的另一侧固定在一起。通过螺钉固定后，椭球杆件312与内套23的运动形式将保持一致。

再进一步地，沿所述芯轴21的轴向方向于所述芯轴21内开设有一通孔，二个所述弹簧机构32设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件31的两侧，所述椭球杆件312上设置有椭球部T，发生振动时，二个所述弹簧机构32与所述椭球部T配合产生负刚度。

其中，每一所述弹簧机构32包括：安装座321、弹簧322、作动头323、作动头滚球324及作动头外套325；安装座321装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴21；弹簧322的一端装设于所述安装座321上；作动头323的一端连接于所述弹簧322的另一端；作动头滚球324装设于所述作动头323的另一端上，所述作动头滚球324对位于所述椭球部T；作动头外套325套设于所述作动头滚球324上；发生振动时，二个所述作动头滚球324、二个所述弹簧322及所述椭球部T在垂直于所述芯轴21的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。具体地说，在所述的芯轴21上开设通孔，所述的弹簧机构32中的螺栓 326、弹簧322、作动头323焊接在一起，在所述的芯轴21上孔位置布置螺纹，所述的螺栓326通过螺纹配合安装座321将固定在芯轴21上，在所述芯轴21 的两端对称布置两个所述的弹簧机构32，所述的两个弹簧机构32的末端的作动头滚球324与所述的椭球机构31中的椭球杆件312配合，压缩弹簧322，实现负刚度元件。

其中，在本实施例中，内套23与外套1之间通过压装的方式形成过盈配合，组装为一体，但本发明并不以此为限。

以下具体说明本发明的准零刚度弹性节点的工作过程：当在静载作用下准零刚度弹性节点处于静平衡位置，作动头滚球324的圆心与椭球部T的中心在同一水平线上。当准零刚度弹性节点在平衡位置附近振动时，椭球部离开平衡位置，带有作动头滚球324的水平弹簧322与椭球部T组成的机构在竖直方向产生负刚度，从而抵消橡胶部分的正刚度。当负刚度与正刚度相等时，准零刚度弹性节点在平衡位置处的刚度将为零。准零刚度隔振器具有低频隔振性能，尤其是激振幅值较小时，零刚度隔振器效果更好，甚至出现共振峰的消失的现象，其隔振频带更宽。

请参照图4，图4是本发明构建方法的流程图。如图4所示并结合图1，本发明的准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，本发明的准零刚度弹性节点的构建方法包括：

容许尺寸确定步骤S1：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定步骤S2：根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整步骤S3：调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定步骤S4：根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

本发明的构建方法通过在弹性节点内部布置负刚度元件以提高低频隔振特性，其中，为通过增加负刚度元件实现准零刚度弹性节点，采用内置式并联弹簧椭球结构，通过在弹性节点的芯轴和内套上分别布置弹簧机构和椭球机构，通过弹簧机构和椭球机构的配合，实现负刚度元件的功能；通过调整芯轴和内套上布置孔的尺寸，调整弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，匹配准零刚度弹性节点需求。通过调整弹性节点的内部型面尺寸以及芯轴与内套的内部尺寸，调整弹性节点的垂向、纵向和横向刚度，实现布置孔后弹性节点刚度保持不变；通过调整布置在芯轴上的弹簧机构中弹簧的参数和螺栓的参数，调整弹簧机构的预压力，匹配准零刚度弹性节点需求。通过调整布置在内套的椭球机构中椭球的参数，匹配弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度；实现由内套、芯轴和橡胶形成的正刚度元件与弹簧机构和椭球机构形成的负刚度元件的匹配，使得弹性节点在垂向和纵向满足准零刚度。因此与现有的技术相比，准零刚度弹性节点具有结构紧凑、高静态刚度、低动态刚度的特性，具有良好的低频隔振特性，有效减小车体的振动，提高乘客的乘坐舒适性与运行平稳性。

需要说明的是，通过本发明的构建方法在现有弹性节点上进行改进形成准零刚度弹性节点，不仅能够降低成本，还具有高静态刚度、低动态刚度的特性。但本发明的构建方法不仅适用于在原有弹性节点上进行改进，同时通过本发明的构建方法还可直接设计出具有结构紧凑、高静态刚度、低动态刚度的特性的特点的准零刚度弹性节点。

进一步地，所述容许尺寸确定步骤S1包括：根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。

具体地说，通过调整芯轴和内套上布置孔的尺寸，调整弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，匹配准零刚度弹性节点需求。首先，根据现有弹性节点的外部安装尺寸，芯轴与外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，分析弹性节点的强度；再通过有限元分析软件，对开孔的结构尺寸做校核，计算出极限的开孔尺寸。通过在极限范围内调整芯轴和内套上的开孔尺寸，实现弹簧机构和椭球机构尺寸的调整，确保负刚度元件的强度满足要求，同时使得负刚度元件能够满足准零弹性节点的需求。

再进一步地，所述刚度确定步骤S2包括：根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。

具体地说，通过调整弹性节点的内部型面尺寸以及芯轴与内套的内部尺寸，调整弹性节点的垂向、纵向和横向刚度，实现布置孔后弹性节点刚度保持不变。首先为保证弹性节点的本身刚度性能不改变，需要对开孔后的弹性节点刚度做调整，通过调整弹性层厚度，芯轴内部的型面尺寸，内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，通过有限元仿真分析，调整弹性节点的垂向、纵向和横向刚度，确保不改变弹性节点的性能。

又进一步地，所述预压力调整步骤S3包括：通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。

具体地说，请参照图5，图5为本发明受力分析示意图。如图5所示，通过调整布置在芯轴上的弹簧机构中弹簧的参数和螺栓的参数，调整弹簧机构的预压力，匹配准零刚度弹性节点需求。首先当在静载作用下准零刚度弹性节点处于静平衡位置，滚球圆心与椭球的中心在同一水平线上。当准零刚度弹性节点在平衡位置附近振动时，椭球离开平衡位置，带有滚球的水平弹簧与椭球组成的机构在竖直方向产生负刚度，从而抵消橡胶部分的正刚度。当负刚度与正刚度相等时，系统在平衡位置处的刚度将为零，即零刚度条件。准零刚度弹性节点的受力分析示意图见图5，若弹性节点的静刚度函数为g(x),水平弹簧的刚度为kt,椭球的长轴为a,短轴为b，滚球的直径为r，滚球与椭球接触与脱开的临界位置为h，椭球偏离平衡点的位移为x，当x＜h时，滚球与椭球保持接触，当x≥h时，滚球脱离椭球，沿着竖直壁面滚动。因此，经过受力分析与推导，力f(x)(弹性节点的垂向回复力fru)与位移x的关系可以用分段函数表示：

假设准零刚度弹性节点在平衡位置附近小位移振动，即|x|＜h，并令h(x) 为：

准零刚度弹性节点回复力可以表示为无量纲形式为：

则，对公式(3)求导得准零刚度弹性节点在平衡位置附近的刚度K，为：

因此，在平衡位置将产生零刚度，即x＝0时，K(0)＝0。故可以得到椭球尺寸、滚球尺寸以及弹性节点刚度和弹簧的刚度关系，即得到零刚度条件。

更进一步地，所述准零刚度确定步骤S4包括：通过调整所述椭球部的长轴尺寸及短轴尺寸，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

具体地说，进一步地，通过调整布置在内套的椭球机构中椭球的参数，匹配弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。实现由内套、芯轴和橡胶形成的正刚度元件与弹簧机构和椭球机构形成的负刚度元件的匹配，使得弹性节点在垂向和纵向满足准零刚度是通过调整椭球的长轴短轴尺寸，匹配准零刚度弹性节点的橡胶部分垂向和纵向刚度比例，实现准零刚度弹性节点垂向和纵向方向上的准零刚度要求，提高准零刚度弹性节点改变在垂向和纵向上的隔振能力。

因此，可以通过调整椭球尺寸，滚球尺寸，弹性节点刚度，弹簧刚度实现准零刚度匹配，改变准零刚度弹性节点的减振频域宽，提高准零刚度弹性节点的低频隔振能力，有效降低车体振动，提高车辆运行平稳性和舒适性。

请参照图6，图6为本发明构建装置的结构示意图。如图6所示结合图1，准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，准零刚度弹性节点的构建装置包括：

容许尺寸确定单元81，根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定单元82，根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整单元83，调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定单元84，根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

进一步地，容许尺寸确定单元81根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。

再进一步地，所述刚度确定单元82根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。

又进一步地，所述预压力调整单元83通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。

更进一步地，所述准零刚度确定单元84通过调整所述椭球部的长轴尺寸及短轴尺寸，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

另外，结合图4描述的本申请实施例一种构建方法可以由电子设备来实现。图7为根据本申请实施例的电子设备的硬件结构示意图。

计算机设备可以包括处理器91以及存储有计算机程序指令的存储器92。

具体地，上述处理器91可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器92可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器92可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器92可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器92可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器92是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器92包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称为RAM)。在合适的情况下，该 ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(Extended Date Out Dynamic RandomAccess Memory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存 (Synchronous DynamicRandom-Access Memory，简称SDRAM)等。

存储器92可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器91所执行的可能的计算机程序指令。

处理器91通过读取并执行存储器22中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种构建方法。

在其中一些实施例中，计算机设备还可包括通信接口93和总线90。其中，如图7所示，处理器91、存储器92、通信接口93通过总线90连接并完成相互间的通信。

通信端口93可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。

总线90包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。总线90包括但不限于以下至少之一：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(ControlBus)、扩展总线(Expansion Bus)、局部总线(Local Bus)。举例来说而非限制，总线90可包括图形加速接口(Accelerated Graphics Port，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(FrontSide Bus，简称为 FSB)、超传输(Hyper Transport，简称为HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(Low Pin Count，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(Micro ChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB) 总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线90可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。

该计算机设备可以执行本申请实施例中的一种构建方法。

另外，结合上述实施例中的一种相似度计算方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种相似度计算方法。

而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ReadOnly Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、具有高静态刚度、低动态刚度的特性；

2、提高了准零刚度弹性节点的低频隔振特性；

3、扩大了准零刚度弹性节点的减振频域；

4、实现了准零刚度弹性节点在两个方向上的准零刚度调节；

5、通过橡胶部分正刚度和弹簧部分负刚度匹配，实现准零刚度特性；

6、提出了一种内置式的准零刚度弹性节点，在不改变准零刚度弹性节点外部尺寸的基础上，提高其低频隔振能力。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种准零刚度弹性节点，其特征在于，包括：

外套；

正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；

负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度；

其中，所述正刚度元件包括：芯轴、弹性层及内套，所述弹性层套设于所述芯轴上，所述内套于所述弹性层上，所述外套套设于所述内套上，发生振动时，所述芯轴、所述弹性层及所述内套配合产生正刚度；

所述负刚度元件包括：

一椭球机构，沿垂直所述芯轴的轴向方向设置于所述内套中，且连接于所述外套及所述内套；及

二个弹簧机构，沿所述芯轴的轴向方向设置于所述芯轴中且位于所述椭球机构的两侧，发生振动时，所述椭球机构与二个所述弹簧机构配合产生负刚度；

其中，所述内套上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构包括：

底座，设置于一所述安装孔上且连接于所述外套及所述内套；

椭球杆件，其一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层及所述芯轴连接于所述底座，所述椭球杆件的另一端连接于所述外套及所述内套；

其中，沿所述芯轴的轴向方向于所述芯轴内开设有一通孔，二个所述弹簧机构设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件的两侧，所述椭球杆件上设置有椭球部，发生振动时，二个所述弹簧机构与所述椭球部配合产生负刚度；

其中，每一所述弹簧机构包括：

安装座，装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴；

弹簧，其一端装设于所述安装座上；

作动头，其一端连接于所述弹簧的另一端；

作动头滚球，装设于所述作动头的另一端上，所述作动头滚球对位于所述椭球部；

作动头外套，套设于所述作动头滚球上；

其中，发生振动时，二个所述作动头滚球、二个所述弹簧及所述椭球部在垂直于所述芯轴的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。

2.如权利要求1所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述芯轴、所述弹性层和所述内套经过硫化工艺硫化为一体形成所述正刚度元件。

3.一种准零刚度弹性节点的构建方法，其特征在于，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建方法用于构建上述权利要求1-2中任一项所述的准零刚度弹性节点，所述构建方法包括：

容许尺寸确定步骤：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定步骤：根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整步骤：调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定步骤：根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

4.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述容许尺寸确定步骤包括：

根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。

5.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述刚度确定步骤包括：

根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。

6.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述预压力调整步骤包括：

通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。

7.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述准零刚度确定步骤包括：

通过调整所述椭球部的长轴尺寸及短轴尺寸，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

8.一种准零刚度弹性节点的构建装置，其特征在于，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建装置应用于上述权利要求3-7中任一项所述的构建方法，所述构建装置包括：

容许尺寸确定单元，根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定单元，根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整单元，调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定单元，根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

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