CN114017469B - 一种新型仿蟑螂低频隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械振动的隔离技术领域。技术方案是：一种新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：包括间隔距离水平布置的上底板和下底板、连接上底板和下底板并可在竖直平面内活动的竖直导向组件以及对振动力进行缓冲的仿蟑螂外骨骼机构；所述仿蟑螂外骨骼机构包括固定在下底板上的导轨、可水平滑动地定位在导轨上的滑块、固定在下底板上且位于导轨端部的侧板、水平设置且两端分别固定连接侧板和滑块的第一弹簧以及一端铰接在滑块上且另一端铰接在上底板上的第一杆件。该装置应具有非线性刚度特性与非线性阻尼特性，能够实现良好的宽带低频隔振，不仅能够调节刚度与承载能力，而且结构设计简单可靠，易于实现，具有良好的隔振性能。

Description

一种新型仿蟑螂低频隔振装置
技术领域
本发明属于机械振动的隔离技术领域，尤其是涉及到一种新型仿蟑螂低频隔振装置。
背景技术
在复杂动力学环境下，振动响应会降低工程装备结构的可靠性、安全性和稳定性，减少工程装备的使用寿命。隔振装置中所涉及的动力学设计是高精尖装备设计过程中的瓶颈问题，因此，高性能宽频域隔振结构的设计与研究一直是隔振领域的研究热点。
传统的线性隔振器结构紧凑，安装简单，但在低频下系统的刚度与负载力之间会发生冲突。近年来，受生物体在高速行走下的缓冲能力启发，仿生隔振结构因其具有良好的非线性刚度、阻尼等优势，已成为非线性隔振领域的研究热点。
蟑螂的躯体结构有很好的缓冲吸能特性，不仅可以在潮湿的环境中快速奔跑，还能够承受超过自身900倍的重量。当蟑螂的身体受到冲击时，会迅速改变身体的形态以适应外部环境。通过观察发现，蟑螂的正面骨骼呈菱形，侧面类似一个曲柄滑块机构。因此，可通过对蟑螂进行仿生，用杆件模仿蟑螂的骨骼，弹簧代替蟑螂的肌肉，设计一种能够适应复杂激励的低频仿生隔振器，既能在复杂的动力学环境下进行宽频隔振，也能维持较高的支撑能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术的不足，提供一种仿蟑螂低频隔振装置，该装置应具有非线性刚度特性与非线性阻尼特性，能够实现良好的宽带低频隔振，不仅能够调节刚度与承载能力，而且结构设计简单可靠，易于实现，具有良好的隔振性能。
本发明提供的技术方案是：
一种新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：包括间隔距离水平布置的上底板和下底板、连接上底板和下底板并可在竖直平面内活动的竖直导向组件以及对振动力进行缓冲的仿蟑螂外骨骼机构；所述仿蟑螂外骨骼机构包括固定在下底板上的导轨、可水平滑动地定位在导轨上的滑块、固定在下底板上且位于导轨端部的侧板、水平设置且两端分别固定连接侧板和滑块的第一弹簧以及一端铰接在滑块上且另一端铰接在上底板上的第一杆件。
所述竖直导向组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆；所述上底板、第一连杆、第二连杆、下底板、第三连杆和第四连杆依次首尾铰接，从而形成六连杆机构。
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆长度相同；所述第一连杆与第三连杆相互平行；所述第二连杆与第四连杆相互平行。
所述仿蟑螂外骨骼机构还包括一端相互铰接的第二杆件和第三杆件、固定在下底板上的支撑板和弹簧滑槽、可竖直滑动地定位在弹簧滑槽中的滑柱、一端固定在滑柱上且另一端固定在第二杆件与第三杆件铰接轴上的第二弹簧；所述第二杆件的另一端铰接在第一杆件与上底板的铰接轴上；所述第三杆件的另一端铰接在支撑板上。
所述第一弹簧的轴线、第一杆件与下底板滑块上铰接轴的轴线、第三杆件与支撑架铰接轴的轴线均位于同一水平面上。
本发明的有益效果是：
1)本发明将滑块作为惯性装置，当上底板受到振动力向下底板靠近时，滑块压缩第一弹簧，提供非线性阻尼消耗振动产生的能量，实现缓冲隔振；可通过增加惯性质量来增加非线性阻尼，降低共振频率和峰值，提高装置的隔振性能。
2)本发明增设了第二弹簧，起到双重缓冲隔振的效果，大大提高了装置的稳定性和安全性。
3)本发明设计灵活，可通过改变惯性质量、弹簧刚度、初始角度、杆长和弹簧的安装位置，来调节装置的承载能力与工作范围。
4)本发明结构简单，安全可靠，有良好的非线性刚度特性，能够更好的实现低频宽带隔振，且易于安装，适合推广应用。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的前视结构示意图。
图3是本发明的左视结构示意图。
图4是本发明中仿蟑螂外骨骼机构的立体结构示意图。
图5是本发明中仿蟑螂外骨骼机构的前视结构示意图。
图6是本发明中上底板、下底板以及竖直导向组件的立体结构示意图。
附图标号：
1、上底板；2、下底板；3、竖直导向组件；3-1、第一连杆；3-2、第二连杆；3-3、第三连杆；3-4、第四连杆；3-5、限位铰链；4、仿蟑螂外骨骼机构；4-1、导轨；4-2、滑块；4-3、侧板；4-4、第一弹簧；4-5、第一杆件；4-6、第二杆件；4-7、第三杆件；4-8、支撑板；4-9、弹簧滑槽；4-10、滑柱；4-11、第二弹簧。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1至图3所示的新型仿蟑螂低频隔振装置，包括上底板1、下底板2、竖直导向组件3和仿蟑螂外骨骼机构4。所述上底板和下底板间隔距离水平布置；工作时，下底板固定在待隔振设备(图中未显示)上，上底板承受振动力。所述竖直导向组件分别连接上底板和下底板，并且竖直导向组件可在竖直平面内活动，以便随振动力调节上底板与下底板之间的距离。所述仿蟑螂外骨骼机构用于对振动力进行缓冲。
如图6所示，所述竖直导向组件包括第一连杆3-1、第二连杆3-2、第三连杆3-3和第四连杆3-4；所述上底板、第一连杆、第二连杆、下底板、第三连杆和第四连杆依次首尾铰接，从而形成六连杆机构；其中，第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆长度相同；第一连杆与第三连杆相互平行；第二连杆与第四连杆相互平行。所述上底板与连杆之间、下底板与连杆之间以及相邻连杆之间的铰接轴轴线相互平行且水平设置，以保证上底板在振动力作用下竖直运动。本实施例中，上底板和下底板上通过螺栓固定有四个限位铰链3-5，上底板与第一连杆之间、上底板与第四连杆之间、下底板与第二连杆之间、下底板与第三连杆之间分别通过限位铰链进行铰接。
如图4、图5所示，所述仿蟑螂外骨骼机构包括导轨4-1、滑块4-2、侧板4-3、第一弹簧4-4、第一杆件4-5、第二杆件4-6、第三杆件4-7、支撑板4-8、弹簧滑槽4-9、滑柱4-10和第二弹簧4-11。所述导轨固定在下底板上；滑块可水平滑动地定位在导轨上。所述侧板固定在下底板上且位于导轨端部；第一弹簧水平设置且两端分别固定连接侧板和滑块。所述第一杆件一端铰接在滑块上，另一端铰接在上底板上；第二杆件一端与第三杆件铰接，另一端铰接在第一杆件与上底板的铰接轴上；第三杆件的另一端铰接在支撑板上(支撑板固定在下底板上)。所述弹簧滑槽固定在下底板上；滑柱可竖直滑动地定位在弹簧滑槽中；第二弹簧一端固定在滑柱上，另一端固定在第二杆件与第三杆件铰接轴上；工作时，第二弹簧连接滑柱的一端可沿弹簧滑槽进行位置调节，以适应不同强度的振动。作为优选，所述第一弹簧的轴线、第一杆件与下底板滑块上铰接轴的轴线、第三杆件与支撑架铰接轴的轴线均位于同一水平面上。
本发明工作原理为：
本发明在使用时，下底板固定到需要隔振的机械设备上，上底板承受振动力。当振动发生时，上底板竖直上下移动，带动仿蟑螂外骨骼机构和竖直导向组件运动。上底板在向下移动的过程中，通过第一杆件推动滑块向左滑动(参见图2)，滑块作为惯性装置压缩第一弹簧，提供非线性阻尼消耗振动产生的能量，起到缓冲隔振的效果。另外，在第一弹簧被压缩的同时，第二弹簧受拉伸长，实现双重缓冲隔振，可大大提高装置的稳定性和安全性。此外，通过改变惯性质量或者弹簧的刚度，可调节装置的承载能力与工作范围，以适应不同振动的工作场合。

Claims (4)

1.一种新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：包括间隔距离水平布置的上底板（1）和下底板（2）、连接上底板和下底板并可在竖直平面内活动的竖直导向组件（3）以及对振动力进行缓冲的仿蟑螂外骨骼机构（4）；所述仿蟑螂外骨骼机构包括固定在下底板上的导轨（4-1）、可水平滑动地定位在导轨上的滑块（4-2）、固定在下底板上且位于导轨端部的侧板（4-3）、水平设置且两端分别固定连接侧板和滑块的第一弹簧（4-4）以及一端铰接在滑块上且另一端铰接在上底板上的第一杆件（4-5）；
所述仿蟑螂外骨骼机构还包括一端相互铰接的第二杆件（4-6）和第三杆件（4-7）、固定在下底板上的支撑板（4-8）和弹簧滑槽（4-9）、可竖直滑动地定位在弹簧滑槽中的滑柱（4-10）、一端固定在滑柱上且另一端固定在第二杆件与第三杆件铰接轴上的第二弹簧（4-11）；所述第二杆件的另一端铰接在第一杆件与上底板的铰接轴上；所述第三杆件的另一端铰接在支撑板上。
2.根据权利要求1所述的新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：所述竖直导向组件包括第一连杆（3-1）、第二连杆（3-2）、第三连杆（3-3）和第四连杆（3-4）；所述上底板、第一连杆、第二连杆、下底板、第三连杆和第四连杆依次首尾铰接，从而形成六连杆机构。
3.根据权利要求2所述的新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆长度相同；所述第一连杆与第三连杆相互平行；所述第二连杆与第四连杆相互平行。
4.根据权利要求3所述的新型仿蟑螂低频隔振装置，其特征在于：所述第一弹簧的轴线、第一杆件与下底板滑块上铰接轴的轴线、第三杆件与支撑架铰接轴的轴线均位于同一水平面上。
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