CN113565922B - 一种一体化准零刚度隔振缓冲元件及一种隔振缓冲组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型化且一体化准零刚度隔振缓冲元件，包括承压座、底座及弯折杆体；所述承压座上设有上下贯通的第一通孔；所述底座上设有与所述承压座的所述第一通孔同轴心的第二通孔；所述弯折杆体包括倾斜段和竖直段；所述竖直段竖直设置，所述倾斜段的一端与所述承压座固定连接为一体，另一端与所述竖直段的上端固定连接为一体；所述竖直段与所述倾斜段在非工作状态下夹角为钝角；所述承压座、所述底座及多个所述弯折杆体为一体成型结构。该一体化准零刚度隔振缓冲元件针对现有的准零刚度隔振元件不需铰接或组装，结构简单容易加工制作，不会产生任何因铰接产生的摩擦力作用影响使用效果，适用范围大大提高。

Description

一种一体化准零刚度隔振缓冲元件及一种隔振缓冲组件

技术领域

本发明属于低频或超低频隔振器领域，具体涉及一种一体化准零刚度隔振缓冲元件及一种隔振缓冲组件。

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 QUOTE

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，准零刚度减振器的类型也不同。

现代战争对武器装备信息化，智能化快速发展，高精度惯导系统，雷达，电子成像，计算机等电子设备大量使用，其振动防护对于保证信装备的作战性能具有重要意义。航天器在轨工作期间，星上执行元件、可控构件的驱动机构的步进运动以及大型挠性附件的振颤都会产生扰动，从而导致航天器产生从超低频到高频、幅值较小的微振动响应，这些响应严重影响航天器的工作和使用寿命，需要对航天器的振动进行有效的抑制保证其正常工作。同时，运输行业、物流行业、武器制造、精密仪器的加工与使用都需要隔振缓冲。而现有的准零刚度隔振器，多存在铰接连接，组装麻烦，体积较大，在某些安装环境下无法适用，且为隔振和缓冲加入了不必要的摩擦，降低了隔振效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种小型化且一体化准零刚度隔振缓冲元件，该一体化准零刚度隔振缓冲元件针对现有的准零刚度隔振元件不需铰接或组装，结构简单容易加工制作，不会产生任何因铰接产生的摩擦力作用影响使用效果，适用范围大大提高。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，包括承压座、底座及弯折杆体；所述承压座上设有上下贯通的第一通孔；所述底座上设有与所述承压座的所述第一通孔同轴心的第二通孔；所述弯折杆体包括倾斜段和竖直段；所述竖直段竖直设置，并且所述竖直段的下端与所述底座固定连接为一体，所述竖直段的上端与所述倾斜段的一端固定连接为一体；所述倾斜段的一端与所述承压座固定连接为一体，另一端与所述竖直段的上端固定连接为一体；所述竖直段与所述倾斜段在非工作状态下夹角为钝角；所述弯折杆体的数量为多个，绕所述承压座的周向均匀分布；所述承压座、所述底座及多个所述弯折杆体为一体成型结构。

进一步，在工作状态下，所述倾斜段通过所述承压座受压而发生屈曲变形，此时所述倾斜段与水平面的夹角为近似0度。

进一步，所述弯折杆体的数量为偶数个。

进一步，所述弯折杆体的数量为2至8个。

进一步，所述竖直段与所述倾斜段的横截面均为矩形。

进一步，所述倾斜段长度是所述竖直段长度的3至10倍。

进一步，所述倾斜段的横截面为矩形，所述倾斜段的长度与宽度比为（5~15）：1，长度与厚度比为（20~50）：1，宽度与厚度比为（2~5）：1。

通过本发明所提供的一体化准零刚度隔振缓冲元件，可通过承压座与待隔振工件固定连接，承载后，由于本申请中所述倾斜段的长度、宽度和厚度的尺寸为预设尺寸比，使得倾斜段发生屈曲变形，刚度表现为非线性，可作为负刚度机构，与竖直杆体固定连接，使整体在一定区间呈现准零刚度的特性。另外，本发明所提供的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件所有部件为一体化成型结构，没有任何铰接结构，有效缓解了现有准零刚度隔振器由于铰支存在摩擦，对微振动效果较差的问题，且可以小型化应用于多种场合，解决了传统隔振器因体积过大而在某些空间受限的领域无法使用的问题。

本发明还提供一种隔振缓冲组件，用于对待隔振工件进行隔振缓冲，包括基座及若干如上所述的任意一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，所述一体化准零刚度隔振缓冲元件绕所述待隔振工件周围均匀分布，所述待隔振工件通过所述一体化准零刚度隔振缓冲元件固定于所述机座。

进一步，所述隔振缓冲组件还包括安装翼板，所述待隔振工件与所述安装翼板一体或固定连接，所述安装翼板上开设有上下贯通的安装孔；

所述一体化准零刚度隔振缓冲元件成对布置且相对着设于所述安装翼板的两侧，并通过双头螺柱及螺母固定于所述基座。

进一步，根据所述待隔振工件的重量，通过调节所述螺母对每一对所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的预紧力，使得所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的所述倾斜段与在加入荷载后所水平面夹角达到近似0度。

本发明提供的一种隔振缓冲组件，由于采用了本申请中提供的所述的一体化准零刚度隔振缓冲元件，因此该一体化准零刚度隔振缓冲元件所具有的有益技术效果，该隔振缓冲组件同样包括。

除此之外，由于该隔振缓冲组件中还包括安装翼板，所述待隔振工件与所述安装翼板一体或固定连接，所述安装翼板上开设有上下贯通的安装孔；所述一体化准零刚度隔振缓冲元件成对布置且相对着设于所述安装翼板的两侧，并通过双头螺柱及螺母固定于所述基座。这种结构下，可以使得待隔振工件在发生振动时上下方向的微振动均可以受到一体化准零刚度隔振缓冲元件的缓冲作用，因此隔振缓冲效果更好。

另外，本申请所公开的隔振缓冲组件，还可以根据所述待隔振工件的重量，通过调节所述螺母对每一对所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的预紧力，使得所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的所述倾斜段与所水平面夹角达到近似0度，进而使得一体化准零刚度隔振缓冲元件表现出不同的屈曲变形形态，达到刚度的非线性，实现在一定区间内具有负刚度的特性，实现最佳的缓冲隔振效果。

附图说明

图1为本发明公开的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件的具体实施例的正视结构示意图；

图2为图1所示一体化准零刚度隔振缓冲元件具体实施例的俯视结构示意图；

图3为图2中一体化准零刚度隔振缓冲元件的A-A剖视结构示意图；

图4为图3中所述倾斜段的B-B剖视结构示意图；

图5为本发明提供的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件负载后的力-位移曲线图；

图6为本发明公开的一种隔振缓冲组件的具体实施例的结构示意图；

图7为图6所示隔振缓冲组件的俯视结构示意图。

其中，图中的件号表示为：

1、承压座，2、底座，3、弯折杆体，4、待隔振工件，5、螺柱，6、螺母，7、基座，100、隔振缓冲元件，11、第一通孔，21、第二通孔，31、倾斜段，32、竖直段，41、安装翼板。

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7，图1为本发明公开的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件的具体实施例的正视结构示意图；图2为图1所示一体化准零刚度隔振缓冲元件具体实施例的俯视结构示意图；图3为图2中一体化准零刚度隔振缓冲元件的A-A剖视结构示意图；图4为图3中所述倾斜段的B-B剖视结构示意图；图5为本发明提供的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件负载后的力-位移曲线图；图6为本发明公开的一种隔振缓冲组件的具体实施例的结构示意图；图7为图6所示隔振缓冲组件的俯视结构示意图。

如图1至图3所示，本发明所提供的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，包括承压座1、底座2及弯折杆体；所述承压座1上设有上下贯通的第一通孔11；所述底座2上设有与所述承压座1的所述第一通孔11同轴心的第二通孔21；第一通孔11和第二通孔21上下对正，孔径大小可以相同也可以不同，其目的是为了工作时与待隔振工件4及基座7安装固定，比如用双头螺柱5同时穿过第一通孔11及第二通孔21后，将待隔振工件4固定于基座7上。双头螺柱5上与第一通孔11配合的一端段为光杆。同时通过双头螺柱5可以保证承压座1的运动轨迹与底座2所在平面垂直。当待隔振工件4相对于承压座1偏载时，通过双头螺杆5使得沿其滑动的承压座运动轨迹竖直，弯折杆体3变形一致，保证隔振效果。

所述弯折杆体包括倾斜段31和竖直段32；所述竖直段32竖直设置，并且所述竖直段32的下端与所述底座2固定连接为一体，所述竖直段32的上端与所述倾斜段31的一端固定连接为一体；所述倾斜段31的一端与所述承压座1固定连接为一体，另一端与所述竖直段32的上端固定连接为一体；所述竖直段32与所述倾斜段31在非工作状态下夹角为钝角；所述弯折杆体的数量为多个，绕所述承压座1的周向均匀分布；所述承压座1、所述底座2及多个所述弯折杆体为一体成型结构。

本发明公开的一体化准零刚度隔振缓冲元件，可以根据载荷的不同，选择不同的材质及不同的大小规格，材质方面由于弯折杆体要发生屈曲变形，因此不宜选用脆性材料，比如可以是塑料、钢、铝合金等材质，整体可以采用3D打印、注塑或铸造等工艺方式加工制作而成。也正因如此，整个结构可以做到很小，且没有任何铰接点，不会产生因摩擦带来的对微振动隔振缓冲效果差的问题，同时可以适用于空间有限的多种场合。

具体来说，为保证受力均匀，提高缓冲隔振效果，所述弯折杆体的数量为偶数个，且两两相对的均匀布置，其数量优选为2至8个。

本发明公开的一体化准零刚度隔振缓冲元件，其结构是依靠弯折杆体的倾斜段31处于不同倾斜角度时，竖直方向作用力超过临界屈曲载荷时，表现出不同的屈曲变形形态，从而达到刚度的非线性，实现在一定区间内具有负刚度的特性，弯折杆体的竖直段32为结构提供正刚度，倾斜段31与竖直段32并联，实现准零刚度的特性。

为达到最佳的准零刚度特性，在工作状态下，所述倾斜段31通过所述承压座1受压而发生屈曲变形，此时所述倾斜段31与水平面的夹角为近似0度。这里所述的近似0度，意指倾斜段31在受压后尽可能的达到水平位置，实际应用中，并不能保证达到绝对的水平，上下浮动在2°以内即可，越接近0度，准零刚度特性越佳，缓冲隔振效果也越好。

为了有利于弯折杆体3的屈曲变形，达到更佳的准零刚度特性，所述竖直段32与所述倾斜段31的横截面均为矩形，弯折杆体3的倾斜段与竖直段32的夹角优选90至130度。

同时，为了有利于弯折杆体3的屈曲变形，达到更佳的准零刚度特性，在尺寸方面，所述倾斜段31长度是所述竖直段32长度的3至10倍。所述倾斜段31的长度与宽度比为（5~15）：1，长度与厚度比为（20~50）：1，宽度与厚度比为（2~5）：1。

如图3、图4所示，倾斜段31的长度为L、宽度为b、厚度为t，竖直段32的高度为h，一种优选的实施方式为，L:b=7.2:1,L:t=32.5:1,L:h=4.1:1，竖直段32与倾斜段31夹角为98°，在该具体实施例所示的结构下，在承压座1受压后，其力-位移曲线图如图5所示，可以看出，下压位移在0.75~1.75mm左右时，此时弯折杆体3位于近似水平位置，力是大体不变的，此时具有准零刚度的特性，所以这一段有最佳的隔振缓冲作用。可以理解的是，如果载荷不同，缓冲元件的材质不同，弯折杆体3的倾斜角度不同，其力-位移曲线的数值肯定不同，但曲线的走向大体是相同的，也证明了本申请中所公开的一体化准零刚度隔振缓冲元件的结构是合理的，并且具备隔振缓冲的作用。

综上所述，本发明所提供的一体化准零刚度隔振缓冲元件，可通过承压座1与待隔振工件4固定连接进行承载，受力后斜段发生屈曲变形，表现为非线性刚度，可作为负刚度机构，并且当倾斜段31趋于水平位置时达到最佳效果，同时与正刚度的竖直杆体形成并联，整体在一定区间呈现准零刚度的特性，进而实现了隔振缓冲的效果。另外，本发明所提供的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件所有部件为一体化成型结构，没有任何铰接结构，有效缓解了现有准零刚度隔振器由于铰支存在摩擦，对微振动效果较差的问题，且可以小型化应用于多种场合，解决了传统隔振器因体积过大而在某些空间受限的领域无法使用的问题。

本发明还提供一种隔振缓冲组件，用于对待隔振工件4进行隔振缓冲。如图6、图7所示，包括基座7及四组如上所述的任意一种一体化准零刚度隔振缓冲元件100，四组所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100绕所述待隔振工件4周围均匀分布，所述待隔振工件4通过所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100固定于所述机座。

这里的四组隔振缓冲元件100，也可以为其它数量，并且所述四组可以为四个单独的隔振缓冲元件100，也可以为四对成对布置的隔振缓冲元件100。另外，四组所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100绕待隔振缓冲元件100均匀分布，可以是在圆周向的均匀分布，也可以是按照矩形的四个顶点或多边形的各顶点位置间隔分布均可。

为更好的固定待隔振工件4，所述隔振缓冲组件还包括安装翼板41，所述待隔振工件4与所述安装翼板41一体或固定连接，该安装翼板41可以为专用的工件夹具，也可以为待隔振工件4自身结构所设置。为了安装方便，所述安装翼板41上开设有上下贯通的安装孔。

为更好的进行隔振缓冲，所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100成对布置且相对着设于所述安装翼板41的两侧，并通过双头螺柱5及螺母6固定于所述基座7。这里的相对着设置，意指两个隔振缓冲元件100的承压座1相对着设置，螺柱5的一端固定于基座7，另一端穿过两个隔振缓冲元件100及安装翼板41的安装孔，由螺母6紧固于螺柱5的另一端，并旋紧于上部的隔振缓冲元件100的底座2表面。底座2与基座7通过连接结构实现二者固定连接。

作为优选，根据所述待隔振工件4的重量，通过调节所述螺母6对每一对所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100的预紧力，使得所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100的所述倾斜段31在加入荷载后与所水平面夹角达到近似0度。

本发明提供的一种隔振缓冲组件，由于采用了本申请中提供的所述的一体化准零刚度隔振缓冲元件100，因此该一体化准零刚度隔振缓冲元件100所具有的有益技术效果，该隔振缓冲组件同样包括。

除此之外，由于该隔振缓冲组件中还包括安装翼板41，所述待隔振工件4与所述安装翼板41一体或固定连接，所述安装翼板41上开设有上下贯通的安装孔；所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100成对布置且相对着设于所述安装翼板41的两侧，并通过双头螺柱5及螺母6固定于所述基座7。这种结构下，可以使得待隔振工件4在发生振动时上下方向的微振动均可以受到一体化准零刚度隔振缓冲元件100的缓冲作用，因此隔振缓冲效果更好。

另外，本申请所公开的隔振缓冲组件，还可以根据所述待隔振工件4的重量，通过调节所述螺母6对每一对所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100的预紧力，使得所述一体化准零刚度隔振缓冲元件100的所述倾斜段31与所水平面夹角达到近似0度，进而使得一体化准零刚度隔振缓冲元件100表现出不同的屈曲变形形态，达到刚度的非线性，实现在一定区间内具有负刚度的特性，实现最佳的缓冲隔振效果。

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)

1.一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，包括承压座（1）、底座（2）及弯折杆体（3）；

所述承压座（1）上设有上下贯通的第一通孔（11）；

所述底座（2）上设有与所述承压座（1）的所述第一通孔（11）同轴心的第二通孔（21）；

所述弯折杆体（3）包括倾斜段（31）和竖直段（32）；

所述竖直段（32）竖直设置，并且所述竖直段（32）的下端与所述底座（2）固定连接为一体，所述竖直段（32）的上端与所述倾斜段（31）的一端固定连接为一体；

所述倾斜段（31）的一端与所述承压座（1）固定连接为一体，另一端与所述竖直段（32）的上端固定连接为一体；

所述竖直段（32）与所述倾斜段（31）在非工作状态下夹角为钝角；

所述弯折杆体（3）的数量为多个，绕所述承压座（1）的周向均匀分布；

所述承压座（1）、所述底座（2）及多个所述弯折杆体（3）为一体成型结构;

在工作状态下，所述倾斜段（31）通过所述承压座（1）受压而发生屈曲变形，此时所述倾斜段（31）与水平面的夹角为近似0度。

2.根据权利要求1所述的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，所述弯折杆体（3）的数量为偶数个。

3.根据权利要求2所述的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，所述弯折杆体（3）的数量为2至8个。

4.根据权利要求1所述的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，所述竖直段（32）与所述倾斜段（31）的横截面均为矩形。

5.根据权利要求1所述的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，所述倾斜段（31）长度是所述竖直段（32）长度的3至10倍。

6.根据权利要求1所述的一种一体化准零刚度隔振缓冲元件，其特征在于，所述倾斜段（31）的横截面为矩形，所述倾斜段（31）的长度与宽度比为（5~15）：1，长度与厚度比为（20~50）：1，宽度与厚度比为（2~5）：1。

7.一种隔振缓冲组件，用于对待隔振工件（4）进行隔振缓冲，其特征在于，包括基座及若干如权利要求1至6任一项所述的一体化准零刚度隔振缓冲元件，所述一体化准零刚度隔振缓冲元件绕所述待隔振工件（4）周围均匀分布，所述待隔振工件（4）通过所述一体化准零刚度隔振缓冲元件固定于所述基座。

8.根据权利要求7所述的一种隔振缓冲组件，其特征在于，所述隔振缓冲组件还包括安装翼板（41），所述待隔振工件（4）与所述安装翼板（41）一体或固定连接，所述安装翼板（41）上开设有上下贯通的安装孔；

所述一体化准零刚度隔振缓冲元件成对布置且相对着设于所述安装翼板（41）的两侧，并通过双头螺柱（5）及螺母（6）固定于所述基座。

9.根据权利要求8所述的一种隔振缓冲组件，其特征在于，根据所述待隔振工件（4）的重量，通过调节所述螺母（6）对每一对所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的预紧力，使得所述一体化准零刚度隔振缓冲元件的所述倾斜段（31）在加入荷载后与所水平面夹角达到近似0度。

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