CN114396451B - 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统 - Google Patents

双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114396451B
CN114396451B CN202210061979.8A CN202210061979A CN114396451B CN 114396451 B CN114396451 B CN 114396451B CN 202210061979 A CN202210061979 A CN 202210061979A CN 114396451 B CN114396451 B CN 114396451B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
bistable
vibration isolator
vibration
elastic
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.)
Active
Application number
CN202210061979.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114396451A (zh
Inventor
刘宇男
李贤徽
赵俊娟
王文江
杨敏
张彦琳
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 Aerospace Xinli Technology Co ltd
Institute of Urban Safety and Environmental Science of Beijing Academy of Science and Technology
Original Assignee
Beijing Aerospace Xinli Technology Co ltd
Institute of Urban Safety and Environmental Science of Beijing Academy of Science and Technology
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 Aerospace Xinli Technology Co ltd, Institute of Urban Safety and Environmental Science of Beijing Academy of Science and Technology filed Critical Beijing Aerospace Xinli Technology Co ltd
Priority to CN202210061979.8A priority Critical patent/CN114396451B/zh
Publication of CN114396451A publication Critical patent/CN114396451A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114396451B publication Critical patent/CN114396451B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression 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
    • F16F15/022—Suppression 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 dampers and springs in combination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression 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
    • F16F15/023—Suppression 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 fluid means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression 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
    • F16F15/03—Suppression 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 magnetic or electromagnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression 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
    • F16F15/04—Suppression 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression 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
    • F16F15/04—Suppression 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
    • F16F15/06—Suppression 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
    • F16F15/067—Suppression 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

Landscapes

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

Abstract

本发明提供的双稳态非线性隔振器包括设置于基体与振动源之间的弹性件，弹性件在实现了基体与振动源之间的隔振的同时保证了隔振器的承载能力，隔振器还包括悬臂结构和第二磁性件，悬臂结构的悬端设置有与第二磁性件相对的第一磁性件，且两个磁性件相对的一侧极性相同，从而形成双稳态结构，双稳态结构具备卓越的俘能性能，特别是稳态之间跳转这种大幅值运动形态，不依赖特定的激励频率，可以在较宽的频带上收集能量。在弹性件提升承载能力的基础上引入非线性磁力，改变隔振器的动力学特性，构造出磁力双稳态结构，利用双稳态结构的非线性特性实现低频宽带高载隔振。本发明提供的双稳态非线性隔振器应用于轨道隔振系统，能够达到很好的隔振效果。

Description

双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统
技术领域
本发明涉及隔振技术领域，尤其涉及一种双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统。
背景技术
目前，我国现已全面进入城市轨道交通建设迅猛发展的时期，已有45个城市正在规划筹建城市轨道交通。据不完全统计，我国城市建成运营的地铁线路超过250条，总里突破7000公里。北京作为现代化的大都市，轨道交通路网总里程超过800公里。地铁交通有效的缓解了各大城市人口流动的重压，为我国各大城市解决交通拥堵问题发挥了举足轻重的作用。
当前，针对轨道交通运营引起的振动污染问题，主要从振源和传播路径上对振动进行控制优化。研究及工程实践表明：从振源处控制振动的产生是最为简单而有效的方法，通常采用的做法是在轨道的各个部件系统间加入弹性结构来降低部件系统的整体刚度进而降低整个轨道系统的固有频率，从而获得较宽频率范围的振动控制效果。传统的如弹性轨枕，弹性扣件以及钢弹簧浮置板或橡胶浮置板等隔振技术对中、高频振动具有较好的隔振效果，但在低于10Hz的振动隔离方面效果不显著。另外，传统线性隔振器在隔离低频振动时会出现静变形过大及失稳的问题，面临不能兼顾低频宽带隔振和高承载能力的重大挑战。因此，低频振动隔振是轨道交通系统减振降噪技术瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够实现低频宽带高载隔振的双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统。
为达到上述目的，第一方面，本发明采用以下技术方案：
一种双稳态非线性隔振器，所述双稳态非线性隔振器包括：
弹性件，所述弹性件的第一端与基体连接，所述弹性件的第二端连接振动源；
悬臂结构，所述悬臂结构的固定端与所述振动源连接，所述悬臂结构的悬端设置有第一磁性件；
第二磁性件，固定于所述基体；
其中，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对设置，且所述第二磁性件上与所述第一磁性件相对的一侧极性相同。
本公开一些实施例中，当所述第一磁性件与所述第二磁性件正对时，所述悬臂结构的中轴线、所述第一磁性件的中轴线、以及所述第二磁性件的中轴线重合。
本公开一些实施例中，所述双稳态非线性隔振器还包括：
第一座体，所述弹性件的第一端设置于所述第一座体内，所述第一座体固定于所述基体；
第二座体，所述弹性件的第二端设置于所述第二座体内，所述第二座体固定于所述振动源；
所述悬臂结构固定于所述第二座体的侧壁上。
本公开一些实施例中，所述第二座体包括第一配合面，所述基体包括与所述第一配合面相对的第二配合面，所述悬臂结构设置于所述第一配合面并向所述第二配合面的方向延伸，所述第二磁性件设置于所述第二配合面。
本公开一些实施例中，将所述弹性件的弹性形变方向记为第一方向，所述第二配合面上设置有安装槽，所述第二磁性件设置于所述安装槽中；
所述安装槽在所述第一方向上的尺寸大于所述第二磁性件在所述第一方向上的尺寸，以使得所述第二磁性件能够在所述安装槽内沿所述第一方向运动；
在第一方向上，所述第二磁性件与所述悬臂结构的固定端同步运动。
本公开一些实施例中，所述第二磁性件将所述安装槽的内腔分为相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体内设置有流体；
所述振动源包括伸入部，所述伸入部能够伸入所述第一腔体，以改变所述第一腔体的容积，进而驱动所述第二磁性件运动。
本公开一些实施例中，所述第二磁性件的边缘通过弹性片状结构与所述安装槽的边缘密封连接。
为达到上述目的，第二方面，本发明采用以下技术方案：
一种轨道隔振系统，包括基底、浮置板以及如上所述的双稳态非线性隔振器，其中，所述基底构成所述双稳态非线性隔振器中的基体，所述浮置板构成所述双稳态非线性隔振器中的振动源。
本公开一些实施例中，所述浮置板上朝向所述基底的一侧设置有缺口，所述缺口包括第二定位面和第一安装面，所述第二定位面与所述双稳态非线性隔振器的第一座体的侧面、第二座体的侧面相抵靠，所述第一安装面与所述第二座体的顶面相抵靠；
所述基底上与所述第一安装面相对的表面设置有定位槽，所述双稳态非线性隔振器的第一座体形状与所述定位槽适配。
本公开一些实施例中，所述基底包括本体以及由所述本体向上延伸形成的延伸部，所述第二磁性件设置于所述延伸部上。
本发明提供的双稳态非线性隔振器包括设置于基体与振动源之间的弹性件，弹性件在实现了基体与振动源之间的隔振的同时保证了隔振器的承载能力，隔振器还包括悬臂结构和第二磁性件，悬臂结构的悬端设置有与第二磁性件相对的第一磁性件，且两个磁性件相对的一侧极性相同，从而形成双稳态结构，双稳态结构具备卓越的俘能性能，特别是稳态之间跳转(Snap through)这种大幅值运动形态，不依赖特定的激励频率，可以在较宽的频带上收集能量。如此，在弹性件提升承载能力的基础上引入非线性磁力，改变隔振器的动力学特性，构造出磁力双稳态结构，利用双稳态结构的非线性特性实现低频宽带高载隔振。
本发明提供的双稳态非线性隔振器应用于轨道隔振系统，能够达到很好的隔振效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出本发明具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器位于轨道隔振系统中的结构示意图；
图2示出图1中A处的放大图；
图3示出图1中B处的放大图；
图4示出本发明具体实施方式提供的轨道隔振系统在弹性片状结构处的正视图；
图5示出本发明另一具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器位于轨道隔振系统中的结构示意图；
图6示出本发明具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器的双稳态结构单元原型；
图7示出双稳态结构的势能曲线图；
图8示出双稳态非线性隔振器的力学模型示意图；
图9示出本发明另一具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器位于轨道隔振系统中的结构示意图；
图10示出本发明一具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器中的悬臂结构的剖视图；
图11示出本发明另一具体实施方式提供的双稳态非线性隔振器中的悬臂结构的剖视图。
图中：
10、弹性件；20、悬臂结构；21、第一悬臂层；22、第二悬臂层；23、第三悬臂层；24、悬臂内芯；25、缓冲液体；30、第二磁性件；40、基体；50、第一磁性件；
100、基底；110、定位槽；120、延伸部；121、第二配合面；122、安装槽；122a、第一腔体；122b、第二腔体；200、浮置板；210、缺口；211、第一安装面；212、第二定位面；220、伸入部；300、第一座体；310、底壁；320、第一侧围壁；321、第一定位面；330、第一安装板；400、第二座体；410、顶壁；420、第二侧围壁；421、第三定位面；422、第一配合面；430、第二安装板；431、第一板部；432、第二板部；500、弹性片结构；510、第一弹片；511、主片部；512、左窄片部；513、右窄片部；520、第二弹片；600、双稳态非线性隔振器。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
针对现有隔振器不能兼顾低频宽带隔振和高承载能力的问题，本申请提供了一种双稳态非线性隔振器，如图1所示，该双稳态非线性隔振器600包括弹性件10、悬臂结构20和第二磁性件30。其中，结合图6，弹性件10的第一端与基体40连接，弹性件10的第二端连接振动源(图中未示出)，如此，弹性件10一方面能够在基体40与振动源之间形成隔振，另一方面，由于弹性件10具有一定的刚度，从而保证隔振器的承载能力。悬臂结构20具有固定端和悬端，其固定端与振动源连接，悬端设置有第一磁性件50，第二磁性件30固定于基体40并与第一磁性件50相对设置。第二磁性件30上与第一磁性件50相对的一侧极性相同，示例性地，如图6所示，第二磁性件30的S极与第一磁性件50的S极相对设置，使得两磁性件之间会产生相互排斥的力。
如此，相互排斥的第一磁性件50、第二磁性件30以及弹性件10构成双稳态结构，双稳态结构单元原型如图6所示，在第一磁性件50和第二磁性件30的斥力作用下，双稳态结构可以形成三个平衡位置，分别为第一磁性件50位于L线上侧的第一平衡位置，第一磁性件50位于L线下侧的第二平衡位置，以及第一磁性件50位于L线上的第三平衡位置，其中，在第三平衡位置，第一磁性件50受到的斥力较大，在受到激扰后容易发生偏移，因此第三平衡位置为不稳定平衡位置。第一平衡位置和第二平衡位置为稳定平衡位置，从而，相互排斥的第一磁性件50、第二磁性件30以及弹性件10构成双稳态结构。该结构的势能曲线如图7所示，由图7可知，该结构存在两个稳定平衡位置(势阱)和一个不稳定平衡位置(势垒)。
该双稳态非线性隔振器600的力学模型如图8所示，其中，m2是主系统(振动源)的质量，m1是等效永久性磁铁的质量，c1和c2分别是隔振器和主系统的阻尼，k2是主弹簧的刚度，Y是主系统m2的绝对位移，Z是隔振器的绝对位移，X＝Y－Z是隔振器与主系统之间的相对位移，dU/dX＝－k1X+k3X3是隔振器的双稳态弹簧恢复力，其中U是非线性弹簧的弹性势能，k1是双稳态隔振器的线性刚度系数，k3是非线性刚度系数，P(t)是施加给主系统的激振力。双稳态振动系统的频率谐振带宽大于线性振动系统的频率谐振带宽。这是因为在单一激励频率的作用下，对于线性振动系统而言，仅当系统的固有频率ωn与外界的激励频率ω相等或相近时，系统才能产生频率为ωn的受迫振动现象。双稳态振动不仅能够产生频率为ωn的受迫振动现象，还能产生频率为ω/n的亚谐振或者频率为nω的超谐振现象，甚至发生非周期振动和漏浊振动现象。利用双稳态谐振频率宽频特性，可有效应对传统的线性振动系统谐振频率带宽较小的问题。
在其他的实施例中，第二磁性件30的N极与第一磁性件50的N极相对设置，能够在第一磁性件50与第二磁性件30之间产生磁力，使得第一磁性件50、第二磁性件30和弹性件10构成双稳态结构即可。
双稳态结构具备卓越的俘能性能，特别是稳态之间跳转(Snap through)这种大幅值运动形态，不依赖特定的激励频率，可以在较宽的频带上收集能量。如此，在弹性件提升承载能力的基础上引入非线性磁力，改变隔振器的动力学特性，构造出磁力双稳态结构，利用双稳态结构的非线性特性实现低频宽带高载隔振。
本申请提供的双稳态非线性隔振器600可应用于各种需要进行隔振的场合，下面主要以双稳态非线性隔振器600应用于轨道隔振为例，对双稳态非线性隔振器600及其所在的轨道隔振系统的各个实施例进行介绍。
如图1并结合图2和图3所示，轨道隔振系统包括基底100、浮置板200以及双稳态非线性隔振器600，其中，基底100构成双稳态非线性隔振器600中的基体40，浮置板200构成双稳态非线性隔振器600中的振动源，即，弹性件10的第一端与基底100连接，弹性件10的第二端与浮置板200连接，悬臂结构20的固定端与浮置板200连接，第二磁性件30固定于基底100。
示例性地，浮置板200的下部两侧设置有缺口210，双稳态非线性隔振器600设置于缺口210内，即在浮置板200的两侧均设置双稳态非线性隔振器600。例如，如图2所示，缺口210包括第一安装面211，弹性件10的第二端与第一安装面211连接。
其中，弹性件10可以为任意能够在基底100与浮置板200之间形成隔振、并能够保证隔振器一定的承载能力的弹性结构，示例性地，弹性件10为螺旋弹簧，螺旋弹簧的数量不做限制，可以为一个，也可以为多个，当螺旋弹簧为多个时，多个螺旋弹簧优选为直径不同的螺旋弹簧，且多个螺旋弹簧相互套接。一些实施例中，螺旋弹簧可以为线性弹簧，在另一些实施例中，螺旋弹簧为非线性弹簧。
悬臂结构20的具体形状不做限制，一些实施例中，悬臂结构20为直形臂，即悬臂结构20为柱状，在该实施例中，柱状的横截面可以为方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形等形状。本实施例中，悬臂结构20与弹性件10形变方向(例如，当弹性件10为螺旋弹簧时，其形变方向为螺旋弹簧的轴线方向)垂直。另一些实施例中，悬臂结构20为弯折臂，例如，悬臂结构20呈L形，L形悬臂结构包括呈夹角设置的第一边和第二边，示例性地，第一边与第二边相互垂直，其中，第一边的一端构成悬臂结构20的固定端，第一边的另一端与第二边的一端相连，第二边的另一端构成悬端，该实施例中，第一边与弹性件10形变方向垂直，第二边与弹性件10形变方向平行。
沿悬臂结构20的延伸方向，悬臂结构20可以为等截面结构，即悬臂结构20在各个位置的横截面形状相同且面积相等。也可以是，沿悬臂结构20的延伸方向，悬臂结构20的横截面形状和/或面积逐渐变化，例如，由悬臂结构20的固定端至悬端的方向，悬臂结构20的横截面积逐渐减小。
悬臂结构20可以由一种材料制成，也可以由多种材料制成。在一实施例中，悬臂结构20由一种树脂材料制成，该树脂材料具有一定的弹性，以使得悬臂结构20能够更好地对振动进行吸收。由于悬臂结构20的各部分实际在变形时的变形幅度是不同的，具体地，越靠近悬臂结构20的中轴线的部分其变形幅度越小，越远离悬臂结构20的中轴线的部分其变形幅度越大，为了保证悬臂结构20的变形一致性以及寿命的一致性，在一个优选的实施例中，悬臂结构20沿由悬臂结构20的表面向悬臂结构20的中轴线的方向，材料密度逐渐增大。也可以通过改变悬臂结构20的材料来实现上述的变形一致性和寿命一致性，悬臂结构20的材料弹性由悬臂结构20的表面向悬臂结构20的中轴线的方向逐渐减小。作为示例，如图10所示，由悬臂结构20的表面向悬臂结构20的中轴线的方向，悬臂结构20包括第一悬臂层21、第二悬臂层22、第三悬臂层23及悬臂内芯24，其中，第一悬臂层21的材料弹性大于第二悬臂层22的弹性，第二悬臂层22的弹性大于第三悬臂层23的弹性，第三悬臂层23的弹性大于悬臂内芯24的弹性。
悬臂结构20可以为实心结构，在另一些实施例中，如图11所示，悬臂结构20呈中空结构，中空结构内填充缓冲液体25，利用缓冲液体25对振动进行吸收，从而进一步提高双稳态非线性隔振器的隔振效果。
在一示例性实施例中，如图2所示，当第一磁性件50与第二磁性件30正对时，即在第三平衡位置，悬臂结构20的中轴线、第一磁性件50的中轴线、以及第二磁性件30的中轴线重合，从而保证第二平衡位置和第三平衡位置的对称性，从而保证隔振器的动力学特性，另外，这样设置也便于悬臂结构20、第一磁性件50和第二磁性件30的形状、尺寸的设计。
一实施例中，弹性件10的第一端直接与基底100连接，示例性地，弹性件10通过粘接层与基底100固定连接，或者，弹性件10通过紧固件与基底100固定连接。另一实施例中，双稳态非线性隔振器600还包括第一座体300，弹性件10的第一端设置于第一座体300内，第一座体300固定于基底100。通过第一座体300来固定弹性件10，并使得弹性件10通过第一座体300固定于基底100，一方面能够方便弹性件10的第一端的安装，另一方面能够保证弹性件10的第一端的安装可靠性。
作为示例，第一座体300包括底壁310和第一侧围壁320，底壁310和第一侧围壁320围合形成第一安装空间，弹性件10的第一端安装于第一安装空间中。底壁310与基底100固定，例如，底壁310通过粘接层与基底100固定连接，再例如，如图2所示，底壁310的外围向外侧延伸形成有第一安装板330，第一安装板330通过紧固件例如螺钉与基底100固定连接。进一步优选地，如图2所示，基底100上与第一安装面211相对的表面设置有与第一座体300适配的定位槽110，定位槽110的外围设置用于固定紧固件的螺纹孔，如此，便于第一座体300在基底100上的定位。
在弹性件10为螺旋弹簧的实施例中，第一侧围壁320的内表面呈与弹性件10的外径相适配的圆柱面，从而能够在弹性件10发生形变时对弹性件10形成很好的导向作用，保证弹性件10变形时的运动可靠性。第一侧围壁320的外表面也可以为圆柱面，在其他的实施例中，第一侧围壁320的外表面包括第一定位面321，相适配地，如图2所示，浮置板200上设置有第二定位面212，例如，缺口210包括该第二定位面212，第二定位面212与第一安装面211呈夹角设置，示例性地，第二定位面212与第一安装面211相互垂直。通过第一定位面321与第二定位面212的配合实现第一座体300与浮置板200之间的定位。
进一步地，弹性件10的第二端可以直接与基底100连接，例如通过粘接层、紧固件等于基底100固定连接。在另外的实施例中，如图2所示，双稳态非线性隔振器600还包括第二座体400，弹性件10的第二端设置于第二座体400内，第二座体400固定于浮置板200。通过第二座体400来固定弹性件10，并使得弹性件10通过第二座体400固定于浮置板200，一方面能够方便弹性件10的第二端的安装，另一方面能够保证弹性件10的第二端的安装可靠性。
作为示例，第二座体400包括顶壁410和第二侧围壁420，顶壁410和第二侧围壁420围合形成第二安装空间，弹性件10的第二端安装于第二安装空间中。顶壁410与浮置板200固定，例如，顶壁410与缺口210的第一安装面211通过粘接层固定连接，或者，顶壁410上设置有凸起部，第一安装面211上对应设置有凹陷部，凸起部与凹陷部相互插接配合。在弹性件10为螺旋弹簧的实施例中，第二侧围壁420的内表面呈与弹性件10的外径相适配的圆柱面，从而能够在弹性件10发生形变时对弹性件10形成很好的导向作用，保证弹性件10变形时的运动可靠性。第二侧围壁420的外表面也可以为圆柱面，在其他一些实施例中，如图2所示，第二侧围壁420的外表面包括第三定位面421，通过第三定位面421与第二定位面212的配合实现第二座体400与浮置板200之间的定位。在其他另一些实施例中，如图5所示，第二座体400上向外凸出设置有第二安装板430，第二安装板430呈L型，其包括相连的第一板部431和第二板部432，其中第一板部431与第二座体400的外侧面相连，第一板部431的上表面与第一安装面211贴合，第二板部432的侧面与浮置板200的侧面相贴合，且第二板部432与浮置板200的侧面通过粘接、紧固件连接等方式固定连接。
进一步参考图2和图3，第二座体400包括第一配合面422，基底100包括与第一配合面422相对的第二配合面121，悬臂结构20设置于第一配合面422并向第二配合面121的方向延伸，第二磁性件30设置于第二配合面121。如此，能够通过第一配合面422和第二配合面121的正对设置，保证第一磁性件50和第二磁性件30的正对。为了实现第一配合面422和第二配合面121的配合，如图1所示，基底100包括本体以及由本体向上延伸形成的延伸部120，如此，使得基底100的延伸部120能够与第二座体400相对，第二磁性件30设置于延伸部120上。一些实施例中，如图1所示，延伸部120由本体的外围向上延伸形成，双稳态非线性隔振器600位于延伸部120的内侧，延伸部120与第二座体400的外侧面相对，第二配合面121设置于延伸部120的内侧面上。另一些实施例中，如图5所示，延伸部120由本体的上表面向上延伸形成，且双稳态非线性隔振器600位于延伸部120的外侧，延伸部120与第二座体400的内侧面相对，第二配合面121设置于延伸部120的外侧面上。本实施例中，为了保证延伸部120的可靠性，由上至下，延伸部120的横截面面积逐渐增大。
当然，可以理解的是，在其他的实施例中，第二磁性件30也可以与浮置板200固定连接，例如，如图9所示，浮置板200的第一安装面211向下延伸形成连接部，第二磁性件30设置于连接部上。
为了方便描述，将弹性件10的弹性形变方向记为第一方向，第一方向即为图2中的上下方向，将与第二配合面121垂直的方向记为第二方向。如图3所示，第二配合面121上设置有安装槽122，第二磁性件30设置于安装槽122中，通过安装槽122实现对第二磁性件30的安装。第二磁性件30可以直接固定于安装槽122，例如通过粘接、紧固件连接等方式固定于安装槽122。
可以理解的，通常在实际生产双稳态非线性隔振器600之前，首先需要对双稳态非线性隔振器600的结构进行设计，包括对于螺旋弹簧刚度的设计、悬臂结构20的形状、尺寸等的设计、第一磁性件50、第二磁性件30的尺寸、磁性大小的设计等等，从而保证双稳态非线性隔振器600的动力学特性更加适于实际的应用环境，例如更加适于具体的轨道减振。在完成设计后实际应用于具体的轨道中时，上述的尺寸等参数均为确定的。
由于在进行结构设计时，只能模拟双稳态非线性隔振器600的应用环境，并不能完全对实际场景进行还原，例如，在实际的场景中，当弹性件10例如弹簧发生形变时，悬臂结构20的固定端的位置会发生变化，导致隔振器的各个平衡位置发生变化，进而影响双稳态非线性隔振器600的动力学特性。基于此，如图3所示，安装槽122在第一方向上的尺寸大于第二磁性件30在第一方向上的尺寸，以使得第二磁性件30能够在安装槽122内沿所述第一方向运动。在第一方向上，第二磁性件30与悬臂结构20的固定端同步运动。由于第二磁性件30与悬臂结构20的固定端能够同步运动，如此，能够保证隔振器的各个平衡位置始终不变，进而保证双稳态非线性隔振器600的隔振效果。
在一个示例性实施例中，为了保证第二磁性件30与悬臂结构20的固定端同步运动，如图3所示，第二磁性件30将安装槽122的内腔分为相互隔离的第一腔体122a和第二腔体122b，第一腔体122a和第二腔体122b内设置有流体，流体例如可以为液体。浮置板200包括伸入部220，伸入部220能够伸入第一腔体122a，以改变第一腔体122a的容积，进而驱动第二磁性件30运动。由于浮置板200与第二座体400固定，第二座体400又与悬臂结构20的固定端固定，因此，浮置板200的运动即能够反映出悬臂结构20的固定端的运动，通过对第一腔体122a和第二腔体122b的体积以及伸入部220的尺寸设计，即可实现第二磁性件30与悬臂结构20的固定端的同步运动。
本实施例中，浮置板200不会与基底100直接连接，而是通过流体与基底100间隔连接，如此，既能够使得第二磁性件30与悬臂结构20的固定端同步运动，又由于浮置板200与第二磁性件30之间具有流体，能够减小浮置板200的运动对基底100的影响。
进一步地，安装槽122包括上槽壁面、下槽壁面、左槽壁面、右槽壁面以及槽底面，其中的“左”和“右”参考图4所示的方位。其中，上槽壁面与下槽壁面之间的距离大于第二磁性件30在第一方向上的尺寸，使得第二磁性件30能够上下运动，第二磁性件30的左右侧面分别与左槽壁面、右槽壁面贴合设置，且第二磁性件30与槽底面贴合设置，从而对第二磁性件30的上下运动进行导向，从而保证第二磁性件30仅在上下方向做平移运动，而不会发生其他方向的运动或者翻转，进而进一步保证双稳态非线性隔振器600的隔振效果。
第二磁性件30的边缘通过弹性片状结构500与安装槽122的边缘密封连接，从而保证第一腔体122a和第二腔体122b的密封性，避免第一腔体122a和第二腔体122b内的流体溢出，且由于具有弹性，能够发生弹性形变，以保证第二磁性件30运动时，能够带动与其连接的弹性片状结构500发生形变而一起运动，不会影响密封性。
一实施例中，如图3和图4所示，弹性片状结构500包括相连的第一弹片510和第二弹片520，第一弹片510主要用以封闭第一腔体122a，第二弹片520主要用以封闭第二腔体122b。具体地，如图4所示，第一弹片510呈门形结构，包括主片部511以及连接主片部511的两端的左窄片部512和右窄片部513，其中的主片部511与第一腔体122a匹配，以将第一腔体122a封闭，即，主片部511的上边沿与安装槽122的上边沿密封连接，主片部511的左边沿与安装槽122的左边沿密封连接，主片部511的右边沿与安装槽122的右边沿密封连接。左窄片部512的左边沿与安装槽122的左边沿密封连接，左窄片部512的右边沿位于第二磁性件30的左边沿的右侧，类似地，右窄片部513的右边沿与安装槽122的右边沿密封连接，右窄片部513的左边沿位于第二磁性件30的右边沿的左侧。第二弹片520与第二腔体122b匹配，以将第二腔体122b封闭，即，第二弹片520的下边沿与安装槽122的下边沿密封连接，第二弹片520的左边沿与安装槽122的左边沿密封连接，第二弹片520的右边沿与安装槽122的右边沿密封连接。左窄片部512的两端、右窄片部513的两端分别与主片部511、第二弹片520相连。通过这样的设置，保证对第一腔体122a和第二腔体122b的密封。
在一优选的实施例中，第一弹片510与第二弹片520的材料设置为不同，其中，第一弹片510设置为第一方向的伸长率大于第二方向伸长率的材料，从而使得伸入部上下运动来改变第一腔体122a的剩余容积时，在流体的作用下带动第二磁性件30尽量多地沿上下方向运动。第二弹片520设置为第一方向的伸长率小于第二方向伸长率的材料，从而使得第二磁性件30向下运动时第二弹片520能够沿第二方向变形，以容纳因第二磁性件30挤压而移出的流体，且当第二磁性件30向上运动时能够快速复位。
本发明提供的双稳态非线性隔振器包括设置于基体与振动源之间的弹性件，弹性件在实现了基体与振动源之间的隔振的同时保证了隔振器的承载能力，隔振器还包括悬臂结构和第二磁性件，悬臂结构的悬端设置有与第二磁性件相对的第一磁性件，且两个磁性件相对的一侧极性相同，从而形成双稳态结构，双稳态结构具备卓越的俘能性能，特别是稳态之间跳转(Snap through)这种大幅值运动形态，不依赖特定的激励频率，可以在较宽的频带上收集能量。如此，在弹性件提升承载能力的基础上引入非线性磁力，改变隔振器的动力学特性，构造出磁力双稳态结构，利用双稳态结构的非线性特性实现低频宽带高载隔振。本发明提供的双稳态非线性隔振器应用于轨道隔振系统，能够达到很好的隔振效果。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双稳态非线性隔振器，其特征在于，所述双稳态非线性隔振器包括：
弹性件，所述弹性件的第一端与基体连接，所述弹性件的第二端连接振动源；
悬臂结构，所述悬臂结构的固定端与所述振动源连接，所述悬臂结构的悬端设置有第一磁性件；
第二磁性件，固定于所述基体；
其中，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对设置，且所述第二磁性件上与所述第一磁性件相对的一侧极性相同；
所述双稳态非线性隔振器还包括：
第一座体，所述弹性件的第一端设置于所述第一座体内，所述第一座体固定于所述基体；
第二座体，所述弹性件的第二端设置于所述第二座体内，所述第二座体固定于所述振动源；
所述悬臂结构固定于所述第二座体的侧壁上；
所述第二座体包括第一配合面，所述基体包括与所述第一配合面相对的第二配合面，所述悬臂结构设置于所述第一配合面并向所述第二配合面的方向延伸，所述第二磁性件设置于所述第二配合面；
将所述弹性件的弹性形变方向记为第一方向，将与所述第二配合面垂直的方向记为第二方向，所述第二配合面上设置有安装槽，所述第二磁性件设置于所述安装槽中；
所述安装槽在所述第一方向上的尺寸大于所述第二磁性件在所述第一方向上的尺寸，以使得所述第二磁性件能够在所述安装槽内沿所述第一方向运动；
在第一方向上，所述第二磁性件与所述悬臂结构的固定端同步运动；
所述第二磁性件将所述安装槽的内腔分为相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体内设置有流体；
所述振动源包括伸入部，所述伸入部能够伸入所述第一腔体，以改变所述第一腔体的容积，进而驱动所述第二磁性件运动；
所述第二磁性件的边缘通过弹性片状结构与所述安装槽的边缘密封连接；
所述弹性片状结构包括相连的第一弹片和第二弹片，所述第一弹片用以封闭所述第一腔体，所述第一弹片设置为所述第一方向的伸长率大于所述第二方向的伸长率的材料，所述第二弹片用以封闭所述第二腔体，所述第二弹片设置为所述第一方向的伸长率小于所述第二方向的伸长率的材料。
2.根据权利要求1所述的双稳态非线性隔振器，其特征在于，当所述第一磁性件与所述第二磁性件正对时，所述悬臂结构的中轴线、所述第一磁性件的中轴线、以及所述第二磁性件的中轴线重合。
3.一种轨道隔振系统，其特征在于，包括基底、浮置板以及如权利要求1或2所述的双稳态非线性隔振器，其中，所述基底构成所述双稳态非线性隔振器中的基体，所述浮置板构成所述双稳态非线性隔振器中的振动源。
4.根据权利要求3所述的轨道隔振系统，其特征在于，所述浮置板上朝向所述基底的一侧设置有缺口，所述缺口包括第二定位面和第一安装面，所述第二定位面与所述双稳态非线性隔振器的第一座体的侧面、第二座体的侧面相抵靠，所述第一安装面与所述第二座体的顶面相抵靠；
所述基底上与所述第一安装面相对的表面设置有定位槽，所述双稳态非线性隔振器的第一座体形状与所述定位槽适配。
5.根据权利要求3所述的轨道隔振系统，其特征在于，所述基底包括本体以及由所述本体向上延伸形成的延伸部，所述第二磁性件设置于所述延伸部上。
CN202210061979.8A 2022-01-19 2022-01-19 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统 Active CN114396451B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210061979.8A CN114396451B (zh) 2022-01-19 2022-01-19 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210061979.8A CN114396451B (zh) 2022-01-19 2022-01-19 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114396451A CN114396451A (zh) 2022-04-26
CN114396451B true CN114396451B (zh) 2022-11-11

Family

ID=81231382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210061979.8A Active CN114396451B (zh) 2022-01-19 2022-01-19 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114396451B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116484483B (zh) * 2023-05-26 2024-05-10 东北大学 一种非线性隔振器隔振性能的可靠性评估方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1236940A (en) * 1968-02-06 1971-06-23 Atomic Energy Authority Uk Energy absorbing
CN102064745A (zh) * 2010-11-15 2011-05-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种双稳压电悬臂梁振子装置
CN104242725A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种二级振动式宽频带能量采集器
CN104377993A (zh) * 2014-11-25 2015-02-25 北京工业大学 自动调参双稳态压电发电结构
CN107508496A (zh) * 2017-08-28 2017-12-22 北京工业大学 带辅磁互双稳态多模振动发电装置
CN210693799U (zh) * 2019-09-29 2020-06-05 甘肃机电职业技术学院（甘肃省机械工业学校、甘肃省机械高级技工学校） 一种非线性压电式振动能量俘获结构
CN112713807A (zh) * 2020-12-25 2021-04-27 西安理工大学 一种基于内共振的双稳态涡激振动能量俘获装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1236940A (en) * 1968-02-06 1971-06-23 Atomic Energy Authority Uk Energy absorbing
CN102064745A (zh) * 2010-11-15 2011-05-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种双稳压电悬臂梁振子装置
CN104242725A (zh) * 2013-06-13 2014-12-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种二级振动式宽频带能量采集器
CN104377993A (zh) * 2014-11-25 2015-02-25 北京工业大学 自动调参双稳态压电发电结构
CN107508496A (zh) * 2017-08-28 2017-12-22 北京工业大学 带辅磁互双稳态多模振动发电装置
CN210693799U (zh) * 2019-09-29 2020-06-05 甘肃机电职业技术学院（甘肃省机械工业学校、甘肃省机械高级技工学校） 一种非线性压电式振动能量俘获结构
CN112713807A (zh) * 2020-12-25 2021-04-27 西安理工大学 一种基于内共振的双稳态涡激振动能量俘获装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114396451A (zh) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101761146B (zh) 永磁式电涡流调谐质量阻尼器
KR100455793B1 (ko) 자기회로를 이용한 제진기구
US8016087B2 (en) Fluid damper
CN1820151B (zh) 动态振动吸收装置
CN114396451B (zh) 双稳态非线性隔振器及轨道隔振系统
KR101184283B1 (ko) Ｍｒ유체가 봉입된 댐핑제어장치 및 상기 댐핑제어장치를 구비한 엔진마운트
CN110805645B (zh) 一种柔性支撑电磁式准零刚度隔振装置
Sun et al. Ultra-low frequency vibration energy harvesting: Mechanisms, enhancement techniques, and scaling laws
CN202023272U (zh) 永磁式电涡流调谐质量阻尼器
BR102012020232A2 (pt) Atuadores lineares eletromagnéticos para fontes de vibração acústica marinha
WO2019151232A1 (ja) リニア振動アクチュエータ
Wang et al. Nonlinear multi-modal energy harvester and vibration absorber using magnetic softening spring
CN109826334B (zh) 一种圆柱形调谐液柱阻尼器
CN113280074B (zh) 具有多稳态磁耦合非线性能量阱装置及多稳态磁耦合方法
CN113700788A (zh) 一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统
Zhang et al. A bistable nonlinear electromagnetic actuator with elastic boundary for actuation performance improvement
Wang et al. An ultra-low frequency two DOFs’ vibration isolator using positive and negative stiffness in parallel
CN111962699A (zh) 一种集水平隔震竖向隔振为一体的支座及应用构造
CN217207466U (zh) 轨道隔振装置
CN214613344U (zh) 轨道交通用三维隔振装置
KR101440523B1 (ko) 영구자석을 이용한 동적 흡진기
KR20090058430A (ko) 납-고무베어링과 전동식 브레이크가 장착된 준능동동조질량감쇠기
CN210510071U (zh) 一种可多方向隔振的准零刚度低频隔振器
CN104565180A (zh) 一种磁力直线磁性液体阻尼减振器
JP4396168B2 (ja) 動吸振器及びこれを用いた動吸振装置

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