CN113503335A - 一种封装式恒准零刚度隔振器 - Google Patents

一种封装式恒准零刚度隔振器 Download PDF

Info

Publication number
CN113503335A
CN113503335A CN202110970017.XA CN202110970017A CN113503335A CN 113503335 A CN113503335 A CN 113503335A CN 202110970017 A CN202110970017 A CN 202110970017A CN 113503335 A CN113503335 A CN 113503335A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
compression
rod
elastic frame
fixed shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110970017.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113503335B (zh
Inventor
胡晓滢
周春燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202110970017.XA priority Critical patent/CN113503335B/zh
Publication of CN113503335A publication Critical patent/CN113503335A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113503335B publication Critical patent/CN113503335B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/06Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
    • F16F15/067Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only wound springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/06Stiffness
    • F16F2228/066Variable stiffness
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00Purpose; Design features
    • F16F2230/0011Balancing, e.g. counterbalancing to produce static balance
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00Purpose; Design features
    • F16F2230/32Modular design

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种封装式恒准零刚度隔振器,包括固定外壳、上弹性架、下弹性架、压缩杆及中间块;所述固定外壳为箱体形结构,其顶部开设有上下贯通的导向孔;所述下弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构;所述上弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构;所述压缩杆为偶数个,两两相对的设于所述中间块周围;在初始位置时,所述压缩杆与所述中间块抵接的一端高于所述铰接部,在所述待隔振工件的压力下发生屈曲变形,并绕铰接部旋转到水平位置后达到最佳工作位。本发明中的隔振器,结构简单、体积小、附加质量小,承载能力大,可调节以适用于不同质量,在整个行程范围内都可以实现准零刚度,且可以根据实际工程要求定量设计参数。

Description

一种封装式恒准零刚度隔振器
技术领域
本发明属于低频或超低频隔振器领域,具体涉及一种封装式恒准零刚度隔振器。
背景技术
准零刚度减振器,是将负刚度元件与正刚度原件并联,从而在静平衡位置实现零刚度特性。对比传统的线性隔振器(有效隔振频率大于
Figure BDA0003225594070000011
倍的自然频率,隔振频带范围较窄),准零刚度隔振器的提出,实现高静态刚度和低动态刚度的特性,有较大承载力的同时,结构变形小,隔振频带加宽。根据负刚度结构类型不同,准零刚度隔振器的类型也不同。
高精度航天器、精密仪器设备等需要在支持物体重力的情况下,隔离来自地面的微振动。因此要求实验的隔振设备可以支撑大质量物体,且无较大附加质量,并且实现接近零频的隔振。除此之外,隔振设备的阻尼应当较低,不影响被测结构的阻尼特性。为了满足以上要求,隔振器需要具有高静刚度来承载荷载而不产生大变形,同时具有低动刚度模拟自由边界条件,并且最大可能性地降低系统的固有频率来增加隔振范围。现有的隔振器在低频范围内承载量较小,准零刚度行程短,附加质量和阻尼较大,无法满足航天器地面实验中的自由边界要求。
发明内容
为了解决现有准零刚度隔振器承载力小、附加质量大、阻尼较大,且结构复杂,只能在平衡位置实现准零刚度等缺点,本发明提供了一种封装式恒准零刚度隔振器。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种封装式恒准零刚度隔振器,包括固定外壳、上弹性架、下弹性架、压缩杆及中间块;所述固定外壳为箱体形结构,其顶部开设有上下贯通的导向孔;所述下弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构,设于所述固定外壳内并与其底部固定连接;所述上弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构,其下部设于所述固定外壳内,上部与所述导向孔配合连接并可自由上下移动,所述上弹性架的上部同时用于承接待隔振工件;所述中间块设于所述上弹性架与所述下弹性架之间,并且与所述固定外壳固定连接;所述压缩杆为偶数个,两两相对的设于所述中间块周围,并且所述压缩杆的一端为铰接部且与所述固定外壳内部铰接,另一端同时与所述中间块的侧面、所述上弹性架的下侧及所述下弹性架的上侧抵接;在初始位置时,所述压缩杆与所述中间块抵接的一端高于所述铰接部,在所述待隔振工件的压力下发生屈曲变形,并绕铰接部旋转到水平位置后达到最佳工作位。
进一步,所述封装式恒准零刚度隔振器还包括调节螺母;所述中间块包括上连接杆及下连接杆,所述上连接杆的端部设有与所述调节螺母相适配的螺纹,所述下连接杆穿过所述下弹性架与所述固定外壳底部固定连接,所述上连接杆穿过所述上弹性架后旋合有所述调节螺母。
进一步,所述上弹性架包括上架顶板、上架底板、上架导杆及第一线性弹簧;所述上架顶板与所述上架底板上下间隔且水平布置;所述上架顶板与所述上架底板中部分别开设有上下贯通的第一过孔及第二过孔,所述上连接杆从所述第二过孔及所述第一过孔穿过;所述上架顶板的周侧与所述导向孔配合连接;所述上架导杆为3至6个,设于所述上架顶板与所述上架底板之间;所述上架顶板设有与所述上架导杆相适配的上限位孔,所述上架导杆下端固定连接于所述上架底板,上端插入所述上限位孔中;所述上架导杆外均套设有所述第一线性弹簧。
进一步,所述下弹性架包括下架顶板、下架底板、下架导杆及第二线性弹簧;所述下架顶板与所述下架底板上下间隔且水平布置;所述下架底板固定连接于所述固定外壳;所述下架顶板中部开设有上下贯通的第三过孔,所述下连接杆从所述第三过孔穿过;所述下架导杆为3至6个,设于所述下架顶板与所述下架底板之间;所述下架底板设有与所述下架导杆相适配的下限位孔,所述下架导杆上端固定连接于所述下架顶板,下端插入所述下限位孔中;所述下架导杆外均套设有第二线性弹簧。
进一步,所述中间块外侧设有在竖直平面内的弧形凹槽结构,所述压缩杆的端部置于所述弧形凹槽内并可在其限位下上下移动,所述弧形凹槽所在的弧形曲线的曲率半径小于所述压缩杆绕其铰接部转动的回转半径,所述弧形凹槽结构的最凹处与所述铰接部处于同一水平位置。
进一步,所述弧形曲线满足:
Figure BDA0003225594070000031
其中,
E-杨氏模量,
S-所述压缩杆截面积,
l0-所述压缩杆初始长度,
d-所述压缩杆的铰接端到所述弧形凹槽最凹处水平方向上长度,
h-所述压缩杆在中间块端距离所述弧形凹槽最凹处的高度值,
y0-所述截面曲线6相对应的水平方向上的位置,
α-根据实际工况要求给定的一个刚度量,为一常数。
进一步,所述压缩杆包括压头及杆体,所述压头的一端与所述杆体固定连接为一体,另一端的中部与所述中间块的侧面抵接、上部与所述上弹性架的下侧抵接、下部与所述下弹性架的上侧抵接。
进一步,所述压头与所述中间块、所述上弹性架及所述下弹性架抵接的部位各设有一个滚珠。
进一步,所述上弹性架下表面设有第一沟槽,所述下弹性架上表面设有第二沟槽,所述第一沟槽用于对所述压头上部的所述滚珠形成限位,所述第二沟槽用于对所述压头下部的所述滚珠形成限位。
本发明的有益效果是:与现有准零刚度隔振器相比隔振范围广,结构简单、体积小、附加质量小,承载能力大,可调节以适用于不同质量,在整个行程范围内都可以实现准零刚度,具有大行程隔振缓冲的效果,且可以根据实际工程要求定量设计参数。
另外,本发明采用了双层弹性体形成恒准零刚度结构,隔振缓冲效果更好,而且整体呈封装式结构,整体性好,同时可以大大提高产品的使用寿命。
附图说明
图1为本发明公开的一种封装式恒准零刚度隔振器的具体实施例的剖视结构示意图;
图2为图1所示具体实施例中隐去所述固定壳体后的立体结构示意图;
图3为所述中间块的一种具体实施例的结构示意图;
图4为所述上弹性架的一种具体实施方式的结构示意图;
图5为所述下弹性架的一种具体实施方式的结构示意图;
图6为所述压缩杆的一种具体实施方式的结构示意图;
图7为图1所示具体实施例的局部截面结构示意图;
图8、图9为所述弧形凹槽结构的弧形曲线示意图。
其中,图中的件号表示为:
1、固定外壳,2、上弹性架,3、下弹性架,4、压缩杆,5、中间块,6、调节螺母,11、导向孔,21、上架顶板,22、上架底板,23、上架导杆,24、第一线性弹簧,25、第一过孔,26、第二过孔,27、上限位孔,28、第一沟槽,31、下架顶板,32、下架底板,33、下架导杆,34、第二线性弹簧,35、第三过孔,36、下限位孔,37、第二沟槽,41、铰接部,42、压头,43、杆体,44、滚珠,51、上连接杆,52、下连接杆,53、弧形凹槽结构,54、弧形曲线。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,需要说明的是,附图仅为为说明本发明所提供的示意图,而非真正的实物投影图;另外,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1至图9,图1为本发明公开的一种封装式恒准零刚度隔振器的具体实施例的剖视结构示意图;图2为图1所示具体实施例中隐去所述固定壳体后的立体结构示意图;图3为所述中间块5的一种具体实施例的结构示意图;图4为所述上弹性架2的一种具体实施方式的结构示意图;图5为所述下弹性架3的一种具体实施方式的结构示意图;图6为所述压缩杆4的一种具体实施方式的结构示意图;图7为图1所示具体实施例的局部截面结构示意图;图8、图9为所述弧形凹槽结构53的弧形曲线54示意图。
如图1、图2所示,一种封装式恒准零刚度隔振器,包括固定外壳1、上弹性架2、下弹性架3、压缩杆4及中间块5;所述固定外壳1为箱体形结构,其顶部开设有上下贯通的导向孔11;所述下弹性架3为具有竖直方向伸缩的弹性结构,设于所述固定外壳1内并与其底部固定连接;所述上弹性架2为具有竖直方向伸缩的弹性结构,其下部设于所述固定外壳1内,上部与所述导向孔11配合连接并可自由上下移动,所述上弹性架2的上部同时用于承接待隔振工件;所述中间块5设于所述上弹性架2与所述下弹性架3之间,并且与所述固定外壳1固定连接;所述压缩杆4为偶数个,两两相对的设于所述中间块5周围,并且所述压缩杆4的一端为铰接部41且与所述固定外壳1内部铰接,另一端同时与所述中间块5的侧面、所述上弹性架2的下侧及所述下弹性架3的上侧抵接;在初始位置时,所述压缩杆4与所述中间块5抵接的一端高于所述铰接部41,在所述待隔振工件的压力下发生屈曲变形,并绕铰接部41旋转到水平位置后达到最佳工作位。
在上述本发明所提供的一种封装式恒准零刚度隔振器中,由于压缩杆4一端通过铰接部41与固定外壳1铰接,另一端同时受到三个方向的约束,即来自上弹性架2向下的约束、来自下弹性架3向上的约束、来自中间块5侧面的水平方向的约束,同时上弹性架2、下弹性架3均具有竖直方向上的弹性变形能力,因此在上弹性架2承受载荷(待隔振工件)受压后,将使压缩杆4受压发生屈曲变形,在放置待隔振工件前,压缩杆4可以为预压缩且已经承屈曲变形状态,由于压缩杆4一端铰接,另一端与中间块5抵接,由于弹簧的向上的弹力作用,压缩杆4为倾斜状态,加载待隔振工件后,由于重力作用,将压缩杆4压缩至近似水平状态,此时即可达到一定范围内的准零刚度的效果。另外,采用偶数个压缩杆4两两相对的设置于中间块5的周围,形成了对称结构,可以实现最佳的准零刚度。
本发明中,其基本原理为,利用压缩杆4在压缩成屈曲变形状态下能提供负刚度,与正刚度的弹性结构体形成并联后,可实现准零刚度,在此状态下,可实现对待隔振工件的隔振缓冲作用。这种隔振器可以满足低频、超低频隔振的需求。
同时本发明中的固定外壳1可以为箱体形结构,将各零部件封装于其内部,可以提高整个产品的整体性效果,同时有利于提高产品的使用寿命。利用导向孔11与上弹性架2的配合导向,可以保持上弹性架2的稳定性,同时使得上弹性架2得以形成承载平台,在上下方向自由移动,以最终实现隔振缓冲的效果。
为了使结构可以适应不同的承载重量,所述封装式恒准零刚度隔振器还包括调节螺母6;所述中间块5包括上连接杆51及下连接杆52,如图3所示,所述上连接杆51的端部设有与所述调节螺母6相适配的螺纹,所述下连接杆52穿过所述下弹性架3与所述固定外壳1底部固定连接,所述上连接杆51穿过所述上弹性架2后旋合有所述调节螺母6。
具体来说,上弹性架2的一种具体实施方式为,如图4所示,所述上弹性架2包括上架顶板21、上架底板22、上架导杆23及第一线性弹簧24;所述上架顶板21与所述上架底板22上下间隔且水平布置;所述上架顶板21与所述上架底板22中部分别开设有上下贯通的第一过孔25及第二过孔26,所述上连接杆51从所述第二过孔26及所述第一过孔25穿过;所述上架顶板21的周侧与所述导向孔11配合连接;所述上架导杆23优选为3至6个(本实施例附图中为4个),设于所述上架顶板21与所述上架底板22之间;所述上架顶板21设有与所述上架导杆23相适配的上限位孔27,所述上架导杆23下端固定连接于所述上架底板22,上端插入所述上限位孔27中;所述上架导杆23外均套设有所述第一线性弹簧24。
在上弹性架2的上述结构下,可以通过上架顶板21与固定外壳1的导向孔11形成配合连接,在此上架顶板21及导向孔11可以为矩形也可以为圆形或其它形状。上架顶板21和上架底板22之间设有第一线性弹簧24,并且第一线性弹簧24内部设有导向柱以形成导向作用,使得上弹性架2可以上下伸缩,形成弹性体结构。同时,上架顶板21及上架底板22中部分别开设有上下贯通的第一过孔25及第二过孔26,所述上连接杆51从所述第二过孔26及所述第一过孔25穿过,通过端部旋合的调节螺母6,可以根据待隔振工件的重量,调节弹簧的预紧高度,以适应不同的承载重量。
下弹性架3的一种具体实施方式为,如图5所示,所述下弹性架3包括下架顶板31、下架底板32、下架导杆33及第二线性弹簧34;所述下架顶板31与所述下架底板32上下间隔且水平布置;所述下架底板32固定连接于所述固定外壳1;所述下架顶板31中部开设有上下贯通的第三过孔35,所述下连接杆52从所述第三过孔35穿过;所述下架导杆33为3至6个(本具体实施例中为4个),设于所述下架顶板31与所述下架底板32之间;所述下架底板32设有与所述下架导杆33相适配的下限位孔36,所述下架导杆33上端固定连接于所述下架顶板31,下端插入所述下限位孔36中;所述下架导杆33外均套设有第二线性弹簧34。
本结构中,其弹性原理与上弹性架2类似,均是通过上下布置的压板之间设有弹簧的原理,形成弹性体,另外,通过下架顶板31中部开设有上下贯通的第三过孔35,使得下连接杆52可以从所述第三过孔35穿过,并且得以固定于固定外壳1底部。
在一种更优选的实施例中,所述中间块5外侧设有在竖直平面内的弧形凹槽结构53,所述压缩杆4的端部置于所述弧形凹槽内并可在其限位下上下移动,所述弧形凹槽所在的弧形曲线54的曲率半径小于所述压缩杆4绕其铰接部41转动的回转半径,所述弧形凹槽结构53的最凹处与所述铰接部41处于同一水平位置。
也即,中间块5的外侧面设有与压缩杆4数量相同的弧形凹槽,弧形凹槽的弧形曲线54的曲率半径小于所述压缩杆4沿铰接部41转动的回转半径R,如图7所示。
本发明中的这种结构下,由于弧形凹槽即为竖直平面内的一个上下对称的弧形滑道,当压缩杆4的端部抵接于弧形凹槽的最凹处时,压缩杆4刚好为水平位置,此时整个结构达到最佳恒准零刚度结构,当出现上下振动时,由于上弹性架2及下弹性架3的作用力,会带动压缩杆4的与中间块5抵接的端部沿弧形凹槽上下移动,但是由于该弧形凹槽的弧形曲线54的曲率半径小于压缩杆4绕铰接处的回转半径R,因此在上下移动的过程中均会受到一个向心的回复力,也因此,可以实现上下方向的恒准零刚度,进而实现隔振缓冲效果。同时,在整个弧形凹槽54的行程范围内都可以实现准零刚度,具有大行程隔振缓冲的效果。
为进一步得到更加精准的恒准零刚度结构,所述弧形曲线54满足:
Figure BDA0003225594070000091
其中,
E-杨氏模量,
S-所述压缩杆4截面积,
l0-所述压缩杆4初始长度,
d-所述压缩杆4的铰接端到所述弧形凹槽最凹处水平方向上长度,
h-所述压缩杆4在中间块5端距离所述弧形凹槽最凹处的高度值,
y0-所述截面曲线6相对应的水平方向上的位置,
α-根据实际工况要求给定的一个刚度量,为一常数。
在压缩杆4的一种具体实施方式中,如图6所示,所述压缩杆4包括压头42及杆体43,所述压头42的一端与所述杆体43固定连接为一体,另一端的中部与所述中间块5的侧面抵接、上部与所述上弹性架2的下侧抵接、下部与所述下弹性架3的上侧抵接。所述压头42与所述中间块5、所述上弹性架2及所述下弹性架3抵接的部位各设有一个滚珠44。
为了防止压缩杆4在受压后偏离方向,所述上弹性架2下表面设有第一沟槽28,所述下弹性架3上表面设有第二沟槽37,所述第一沟槽28用于对所述压头42上部的所述滚珠44形成限位,所述第二沟槽37用于对所述压头42下部的所述滚珠44形成限位。
对于截面曲线6的推导过程,具体为:
根据压缩杆4受力变形,可以得到变形长度
Δl=Nl0/ES=Pl0/2ESsinθ
其中,压缩杆4位于所述弧形凹槽上高度为h时(这里的高度h指的是从凹形弧面41的最凹处至压缩杆4与凹形弧面抵接处的竖直方向的高度值),角度θ为
Figure BDA0003225594070000101
因此,可以得到
Figure BDA0003225594070000102
如图所示,以弧形凹槽水平中点为隔振器工作平衡位置,此时h=0,根据三角关系可以得到
Figure BDA0003225594070000103
因此可以得到受力P为
Figure BDA0003225594070000104
通过对力P求导可以得到刚度为
Figure BDA0003225594070000105
为了实现准零刚度,假设压缩杆4加上刚度为α的弹簧后,整个系统刚度为0,即
Figure BDA0003225594070000106
解上式可以得到y0的表达式。将表达式对高度h=0(压缩杆4位于水平位置处)平衡位置进行泰勒展开,并舍去三次高阶以上量,可以得到
Figure BDA0003225594070000107
其中,α是给定的一个刚度量,比如根据实际工况要求给定的1000N/mm。
作为优选,所述杆体43的横截面为矩形、正方形或圆形等,另外,为提高承载能力及更好的实现准零刚度的效果,所述压缩杆4的杆体43和第一线性弹簧24、第二线性弹簧34均为金属材料。
本发明所提供的封装式准零刚度隔振器的初始工作平衡位置在斜置压缩杆4位于水平位置处,此时重物的质量由线性弹簧平衡。当承载物体的质量发生变化时,通过调节螺母6的旋转,可以调节上弹性架2的高度位置,进而调节第一线性弹簧24及第二线性弹簧34的长度,保证初始工作平衡位置不变,如图1至图3所示。调节方法具体为,当调节螺母6处于初始位置处,第一线性弹簧24、第二线性弹簧34在工作位置处的压缩量为Δ。假设需要承载物体的质量为m,那么线性弹簧5的变形量则为δ=mg/α,因此可以通过调节螺母6调整第一线性弹簧24和第二线性弹簧34的长度差Δ-δ,保证变形后第一线性弹簧24及第二线性弹簧34的位置在平衡位置处,也即保证压缩杆4在加载后处于水平位置即可。
本发明所提供的封装式恒准零刚度隔振器,不仅可以实现恒准零刚度,同时具有质量适应性,可以实现不同质量物体的隔振。与现有低频隔振器相比,具有附加质量小、承载能力大,可调节、体积小,低阻尼等优点。
综上所述,本发明所提供的一种封装式恒准零刚度隔振器,可以满足低频、超低频隔振。这种隔振器采用在压缩状态下能提供负刚度的压缩杆作为负刚度结构,与线性弹簧并联构造而成。为了保证在隔振过程中,可以实现长行程的准零刚度,斜置压缩杆的一端采用铰接固定,另一端在特定设计的弧形凹槽上滑动。通过设于中间块的上连接杆端部旋合的调节螺母,巧妙的利用了上连接杆作为调节螺杆,方便的对上弹性架及下弹性架中的第一线性弹簧、第二线性弹簧的伸缩量进行调节。这种隔振器可以满足低频、超低频隔振的需求,同时具有质量适应性,与现有低频隔振器相比,具有附加质量小、承载能力大,可调节、体积小,低阻尼等优点。同时,本发明的结构还具有整体封装性,整体效果好,性能稳定可靠,使用寿命更长。在整个行程范围内都可以实现准零刚度,具有大行程隔振缓冲的效果,且可以根据实际工程要求定量设计参数。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,包括固定外壳、上弹性架、下弹性架、压缩杆及中间块;
所述固定外壳为箱体形结构,其顶部开设有上下贯通的导向孔;
所述下弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构,设于所述固定外壳内并与其底部固定连接;
所述上弹性架为具有竖直方向伸缩的弹性结构,其下部设于所述固定外壳内,上部与所述导向孔配合连接并可自由上下移动,所述上弹性架的上部同时用于承接待隔振工件;
所述中间块设于所述上弹性架与所述下弹性架之间,并且与所述固定外壳固定连接;
所述压缩杆为偶数个,两两相对的设于所述中间块周围,并且所述压缩杆的一端为铰接部且与所述固定外壳内部铰接,另一端同时与所述中间块的侧面、所述上弹性架的下侧及所述下弹性架的上侧抵接;
在初始位置时,所述压缩杆与所述中间块抵接的一端高于所述铰接部,在所述待隔振工件的压力下发生屈曲变形,并绕铰接部旋转到水平位置后达到最佳工作位。
2.根据权利要求1所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述封装式恒准零刚度隔振器还包括调节螺母;
所述中间块包括上连接杆及下连接杆,所述上连接杆的端部设有与所述调节螺母相适配的螺纹,所述下连接杆穿过所述下弹性架与所述固定外壳底部固定连接,所述上连接杆穿过所述上弹性架后旋合有所述调节螺母。
3.根据权利要求2所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述上弹性架包括上架顶板、上架底板、上架导杆及第一线性弹簧;
所述上架顶板与所述上架底板上下间隔且水平布置;
所述上架顶板与所述上架底板中部分别开设有上下贯通的第一过孔及第二过孔,所述上连接杆从所述第二过孔及所述第一过孔穿过;
所述上架顶板的周侧与所述导向孔配合连接;
所述上架导杆为3至6个,设于所述上架顶板与所述上架底板之间;
所述上架顶板设有与所述上架导杆相适配的上限位孔,所述上架导杆下端固定连接于所述上架底板,上端插入所述上限位孔中;
所述上架导杆外均套设有所述第一线性弹簧。
4.根据权利要求2所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述下弹性架包括下架顶板、下架底板、下架导杆及第二线性弹簧;
所述下架顶板与所述下架底板上下间隔且水平布置;
所述下架底板固定连接于所述固定外壳;
所述下架顶板中部开设有上下贯通的第三过孔,所述下连接杆从所述第三过孔穿过;
所述下架导杆为3至6个,设于所述下架顶板与所述下架底板之间;
所述下架底板设有与所述下架导杆相适配的下限位孔,所述下架导杆上端固定连接于所述下架顶板,下端插入所述下限位孔中;
所述下架导杆外均套设有第二线性弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述中间块外侧设有在竖直平面内的弧形凹槽结构,所述压缩杆的端部置于所述弧形凹槽内并可在其限位下上下移动,所述弧形凹槽所在的弧形曲线的曲率半径小于所述压缩杆绕其铰接部转动的回转半径,所述弧形凹槽结构的最凹处与所述铰接部处于同一水平位置。
6.根据权利要求5所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述弧形曲线满足:
Figure FDA0003225594060000031
其中,
E-杨氏模量,
S-所述压缩杆截面积,
l0-所述压缩杆初始长度,
d-所述压缩杆的铰接端到所述弧形凹槽最凹处水平方向上长度,
h-所述压缩杆在中间块端距离所述弧形凹槽最凹处的高度值,
y0-所述截面曲线6相对应的水平方向上的位置,
α-根据实际工况要求给定的一个刚度量,为一常数。
7.根据权利要求1所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述压缩杆包括压头及杆体,所述压头的一端与所述杆体固定连接为一体,另一端的中部与所述中间块的侧面抵接、上部与所述上弹性架的下侧抵接、下部与所述下弹性架的上侧抵接。
8.根据权利要求7所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述压头与所述中间块、所述上弹性架及所述下弹性架抵接的部位各设有一个滚珠。
9.根据权利要求8所述的一种封装式恒准零刚度隔振器,其特征在于,所述上弹性架下表面设有第一沟槽,所述下弹性架上表面设有第二沟槽,所述第一沟槽用于对所述压头上部的所述滚珠形成限位,所述第二沟槽用于对所述压头下部的所述滚珠形成限位。
CN202110970017.XA 2021-08-23 2021-08-23 一种封装式恒准零刚度隔振器 Active CN113503335B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110970017.XA CN113503335B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种封装式恒准零刚度隔振器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110970017.XA CN113503335B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种封装式恒准零刚度隔振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113503335A true CN113503335A (zh) 2021-10-15
CN113503335B CN113503335B (zh) 2022-05-10

Family

ID=78016573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110970017.XA Active CN113503335B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种封装式恒准零刚度隔振器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113503335B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274500A (zh) * 2021-12-23 2022-04-05 西安交通大学 一种基于绝对零刚度结构的隔振鞋中底的3d打印制作方法
CN114934974A (zh) * 2022-05-13 2022-08-23 东莞理工学院 大振幅水平二自由度隔振器
CN115872284A (zh) * 2022-11-21 2023-03-31 无锡市协兴港口机械有限公司 四连杆门座式起重机的安装方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075497A (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 안영공 부강성 시스템을 이용한 마운트
CN204852123U (zh) * 2015-07-22 2015-12-09 安徽工程大学 一种可灵活调节的准零刚度减振平台
CN105299133A (zh) * 2015-12-08 2016-02-03 天津航天机电设备研究所 一种正负刚度并联机构
CN106402267A (zh) * 2016-05-23 2017-02-15 福州大学 拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法
CN110630675A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 石家庄铁道大学 可吸振的准零刚度隔振器
CN110725159A (zh) * 2019-09-16 2020-01-24 北京工业大学 一种基于正负刚度并联的准零刚度浮置板道床系统
CN213808606U (zh) * 2020-12-14 2021-07-27 山东卫测地理信息科技有限公司 一种带有正负刚度并联机构的准零刚度隔振器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075497A (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 안영공 부강성 시스템을 이용한 마운트
CN204852123U (zh) * 2015-07-22 2015-12-09 安徽工程大学 一种可灵活调节的准零刚度减振平台
CN105299133A (zh) * 2015-12-08 2016-02-03 天津航天机电设备研究所 一种正负刚度并联机构
CN106402267A (zh) * 2016-05-23 2017-02-15 福州大学 拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法
CN110725159A (zh) * 2019-09-16 2020-01-24 北京工业大学 一种基于正负刚度并联的准零刚度浮置板道床系统
CN110630675A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 石家庄铁道大学 可吸振的准零刚度隔振器
CN213808606U (zh) * 2020-12-14 2021-07-27 山东卫测地理信息科技有限公司 一种带有正负刚度并联机构的准零刚度隔振器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘兴天: "准零刚度微振动隔振器的原理和性能研究", 《振动与冲击》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274500A (zh) * 2021-12-23 2022-04-05 西安交通大学 一种基于绝对零刚度结构的隔振鞋中底的3d打印制作方法
CN114274500B (zh) * 2021-12-23 2022-09-30 西安交通大学 一种基于绝对零刚度结构的隔振鞋中底的3d打印制作方法
CN114934974A (zh) * 2022-05-13 2022-08-23 东莞理工学院 大振幅水平二自由度隔振器
CN114934974B (zh) * 2022-05-13 2023-10-20 东莞理工学院 大振幅水平二自由度隔振器
CN115872284A (zh) * 2022-11-21 2023-03-31 无锡市协兴港口机械有限公司 四连杆门座式起重机的安装方法
CN115872284B (zh) * 2022-11-21 2024-03-12 无锡市协兴港口机械有限公司 四连杆门座式起重机的安装方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113503335B (zh) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113503335B (zh) 一种封装式恒准零刚度隔振器
US20140048989A1 (en) Vibration isolation systems
CN112178121B (zh) 斜置压缩杆准零刚度隔振器
CN113503336B (zh) 一种恒准零刚度隔振器
CN201884533U (zh) 一种可调阻尼组合隔振器
CN110331660A (zh) 一种具有平摆支撑横梁的模数式桥梁伸缩缝
US4033566A (en) Pneumatic linear spring device
CN110953279B (zh) 一种基于凸轮—滚子机械原理的多级隔振平台
CN111809508A (zh) 一种低频杠杆式调谐质量阻尼器
CN212150023U (zh) 一种液化天然气减震装置
CN211550398U (zh) 准零刚度隔振器
CN110848313B (zh) 一种半圆形滑轨式准零刚度隔振器
CN111188871A (zh) 准零刚度隔振器
CN107143613A (zh) 一种具有准零刚度的减振平台
CN114321248B (zh) 一种动力平衡型竖向隔震器
CN212714488U (zh) 一种低频杠杆式调谐质量阻尼器
CN206429416U (zh) 一种全无油涡旋式压缩机用的主轴平衡机构
CN213954234U (zh) 一种双置弹簧变刚度隔振器
CN113294485A (zh) 一种橡胶堆内置垂向液压减振装置
CA2150955C (en) Vibration isolation system
CN105443633A (zh) 一种拉伸压缩双向钢丝绳隔振器
CN111604891A (zh) 一种机器人平台装置
CN205593546U (zh) 一种具有减震结构的测试机
CN218374514U (zh) 一种减震钢结构
CN111043011A (zh) 一种用于制冷压缩机机芯的限位结构及基于限位结构的组装限位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant