CN118564581A - 一种多级承载的一体化准零刚度隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级承载的一体化准零刚度隔振器。该隔振器包括隔振器本体、及通过在所述隔振器本体的内部构造的孔洞形成的N层梁结构，N层梁结构沿所述隔振器本体的高度方向间隔设置，每层所述梁结构包括多个斜梁、构造形成多个所述斜梁的多个孔洞、及凸台，所述斜梁用于实现梁结构的准零刚度特性，且所述斜梁的厚度与负载相关联，所述凸台用于实现相邻两层梁结构之间的连续接触变形。本发明通过使N层梁结构的斜梁具有不同的厚度，从而使N层梁结构具有至少两种不同负载下的负零刚度特性，打破了现有的隔振器仅能实现单一负载下的准零刚度和减振特性的缺陷。

Description

一种多级承载的一体化准零刚度隔振器

技术领域

本发明属于低频减振技术领域，具体涉及一种多级承载的一体化准零刚度隔振器。

背景技术

在机械设备运转过程中不可避免地将受到动力源和环境等因素的产生的振动和噪声影响，当外部的激励频率与机械设备的固有频率相近时将会引起设备发生共振，严重影响设备使用效果及寿命。目前在工程应用上主要采用线性的弹簧结构进行减振，这种结构应用简便但是严重受到负载质量和弹簧刚度影响。由线性隔振原理可以知道，固有频率可以采用公式计算得到（其中k为弹簧静刚度，m为负载质量）；如果当振动频率与设备的固有频率相近时，可以通过降低弹簧刚度和增加负载质量以降低固有频率进而减小在振动频率范围内的振动。

近些年国内外研究人员根据材料和结构特性提出了超材料结构和设计方法，这种超材料可以实现传统材料无法实现的力学特性。其中，准零刚度超材料结构打破了传统减振结构只能通过调整静刚度和负载质量来改变固有频率的机制，从而通过改变材料参数和结构设计提高隔振单元的承载能力并保证在某个区间内的刚度近似于零，进而实现在低频甚至极低频开始隔振。

现有的多数准零刚度隔振器主要可以采用正负刚度并联的装配结构或采用超材料一体化的结构设计方法实现准零刚度特性和低频减振效果，但是大多数的准零刚度隔振器只能局限于单一负载且较短的工作区间，一旦载荷发生变化就将失去低频减振的优异性能。现有的正负刚度并联的机构装配结构尽管可以实现几级范围内的准零刚度特性，但是所设计的机构尺寸较大且零部件复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有尺寸小、制备方便和适用于不同承载范围的一体化多级准零刚度隔振器，以解决背景技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种多级承载的一体化准零刚度隔振器，包括：

隔振器本体；

N层梁结构，所述N层梁结构用于实现至少两种不同负载下的准零刚度特性，所述N层梁结构沿所述隔振器本体的高度方向间隔设置，所述N层梁结构至少包括一级承载梁结构和二级承载梁结构，所述二级承载梁结构对应的承载力大于所述一级承载梁结构对应的承载力，N为正整数且N≥2，其中，每层所述梁结构包括：

多个斜梁，多个所述斜梁沿第一方向排列且倾斜设置，所述二级承载梁结构的斜梁的厚度大于所述一级承载梁结构的斜梁的厚度；

多个孔洞，多个所述孔洞用于构造多个所述斜梁，所述孔洞沿第二方向贯穿所述隔振器本体，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第一方向、所述第二方向均与所述隔振器本体的高度方向垂直；

凸台，所述凸台用于实现相邻两层梁结构之间的连续接触变形，所述凸台设置于所述孔洞的内壁且所述凸台的凸起方向朝向所述隔振器本体的顶端。

在一种具体的实施方式中，所述一级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，和/或，所述二级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，且同级承载梁结构中的斜梁厚度相同。

在一种具体的实施方式中，多个所述孔洞包括分设于所述斜梁两侧的第一孔洞和第二孔洞，所述斜梁相对设置的两个侧面分别为所述第一孔洞的内壁和所述第二孔洞的内壁，所述斜梁的两个侧面的形状与所述隔振器的正刚度和负刚度相关联。

在一种具体的实施方式中，所述斜梁包括相对设置的第一侧面和第二侧面，其中，所述第一侧面的纵截面由第一弧形段、第二弧形段和第三弧形段依次拼接形成，且所述第二弧形段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度，

或者，

所述第一侧面的纵截面由第一弧形段、直线段和第三弧形段依次拼接形成，且所述直线段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度；

所述第二弧形段/所述直线段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响大于所述第一弧形段的尺寸参数和所述第三弧形段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响。

在一种具体的实施方式中，所述第二侧面的纵截面为椭圆的弧形线段或者多个椭圆的弧形线段拼接形成的拼接弧形。

在一种具体的实施方式中，所述隔振器本体为方形结构，包括相对设置的两个第一表面、相对设置的两个第二表面和相对设置的两个第三表面，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面两两相互垂直，所述孔洞贯穿两个所述第一表面，所述第二表面与所述第一方向垂直。

在一种具体的实施方式中，每层所述梁结构的斜梁数量为偶数个，第一平面的两侧分别设置一半数量的斜梁，且所述第一平面两侧的斜梁关于所述第一平面对称设置，所述第一平面为过所述隔振器本体的中心轴且与所述第二表面平行的面。

在一种具体的实施方式中，多个所述斜梁包括至少一个斜梁组，每个所述斜梁组包括向不同方向倾斜且相邻设置的第一斜梁和第二斜梁，构造所述第一斜梁且靠近所述第二斜梁的第一孔洞和构造所述第二斜梁且靠近所述第一斜梁的第一孔洞相连通形成第一间隔孔洞，所述第一斜梁和所述第二斜梁关于第二平面对称设置，所述第二平面为过所述第一间隔孔洞的纵截面的对称轴且与所述第二表面平行的面。

在一种具体的实施方式中，所述斜梁组的数量和所述第一间隔孔洞的数量相同，在所述斜梁组的数量大于等于2个时，每层所述梁结构还包括位于两个所述第一间隔孔洞之间且竖直设置的支撑梁，所述支撑梁位于所述斜梁的斜上方且与相邻的所述斜梁相连接，所述凸台位于所述支撑梁的正下方。

在一种具体的实施方式中，所述隔振器本体的材料为工程塑料、橡胶材料、光敏树脂和金属材料中的至少一种。

本发明的有益效果至少包括：

一、本发明提供的多级承载的一体化准零刚度隔振器包括隔振器本体、及通过在所述隔振器本体的内部构造的孔洞形成的N层梁结构，N层梁结构沿所述隔振器本体的高度方向间隔设置，每层所述梁结构包括多个斜梁、构造形成多个所述斜梁的多个孔洞、及凸台，所述斜梁用于实现梁结构的准零刚度特性，且所述斜梁的厚度与负载相关联，这样，通过使N层梁结构的斜梁具有不同的厚度，从而使N层梁结构具有至少两种不负载下的负零刚度特性，打破了现有的隔振器仅能实现单一负载下的准零刚度和减振特性的缺陷，从而能实现不同负载情况下的准零刚度特性、及低频甚至极低频的振动隔离。

二、所述N层梁结构至少包括一级承载梁结构和二级承载梁结构，所述二级承载梁结构对应的承载力大于所述一级承载梁结构对应的承载力，所述一级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层和/或所述二级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，且同级承载梁结构中的斜梁厚度相同，由于同级承载梁结构对应的梁结构的层数和准零刚度区间拓宽的倍数相同，这样，所述隔振器可以实现某一负载下准零刚度区间的拓宽，可以解决现有技术在某一负载只具有较短的工作区间的缺陷。

三、本发明提供的隔振器通过在隔振器材本体内构造圆形孔洞、椭圆形孔洞或其他类型的规则孔洞形成多个斜梁，所述斜梁的两个侧面的形状与梁结构的正刚度和负刚度相关联，可通过调节圆/椭圆的尺寸参数增加斜梁的负刚度和正刚度以调节隔振器的准零刚度特性，具有尺寸小、制备方便、一体化成型等优点。

四、本发明提供的隔振器可以采用金属材料、高分子材料、微聚合物材料等材料制备，适用于宏观结构和微观结构的不同承载下的减振需求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的三级准零刚度隔振器的立体结构示意图；

图2为图1所示三级准零刚度隔振器的剖视图；

图3为图2所示三级准零刚度隔振器的梁结构的部分结构示意图；

图4为采用TPU材料（硬度80A）制备的图1所示三级准零刚度隔振器的力-位移曲线图；

图5为第一层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图；

图6为第二层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图；

图7为第三层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的三级准零刚度隔振器的立体结构示意图；

图9为图8所示三级准零刚度隔振器的剖视图；

图10为采用TPU材料（硬度80A）制备的图8所示三级准零刚度隔振器的力-位移曲线图；

图11为采用TPU材料（硬度95A）制备的图8所示三级准零刚度隔振器的力-位移曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明。

针对现有技术提供的隔振器只能在某一特定负载下实现准零刚度的缺陷，本发明通过在隔振器内部构造贯穿的孔洞形成沿所述隔振器的高度方向排列的多层梁结构，并使多层梁结构具有不同承载能力以使所述隔振器能够实现在不同承载能力下的准零刚度，同时还可以使多层梁结构具有相同负载能力以实现某一下负载下准零刚度区间的拓宽，准零刚度区间拓宽的倍数与该负载能力对应的梁结构的层数相同。

请参阅图1至图3，本发明提供一种多级承载的一体化准零刚度隔振器，所述隔振器可以在工程中实现多级不同载荷下的准零刚度特性，并进一步实现低频甚至极低频的振动隔离。

本发明提供的隔振器可以应用于设备减隔振底座、列车承载地板等领域。

所述隔振器100包括隔振器本体10、及通过在所述隔振器本体10的内部构造的孔洞形成的N层梁结构20，N为正整数且N≥2。

优选地，所述隔振器本体10的材料为工程塑料、橡胶材料、光敏树脂和金属材料中的至少一种。

上文所述的至少一种可以理解为所述隔振器本体10的材料为工程塑料、橡胶材料、光敏树脂和金属材料中的任意一种，或者两种材料的组合，或者多种材料的组合。

需要说明的是，构造梁结构20的孔洞的形状与隔振器本体的材料相关，即隔振器本体10的材料改变时，构造梁结构20的孔洞的尺寸或形状需作适应性调整。

在本实施例中，所述隔振器本体10的材料为橡胶材料中的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。

在本发明中，所述隔振器本体10为方形体，包括相对设置的两个第一表面11、相对设置的两个第二表面12和相对设置的两个第三表面13，所述第一表面11、所述第二表面12和所述第三表面13两两相互垂直。

在本实施例中，如图1所示，并结合图1所示的方位，所述隔振器本体10的前侧表面和后侧表面为第一表面11，所述隔振器本体10的左侧表面和右侧表面为第二表面12，所述隔振器本体10的上表面和下表面为第三表面13。

所述N层梁结构20用于实现至少两种不同负载下的准零刚度特性。

具体地，所述N层梁结构 20可以实现两级不同负载下的准零刚度特性、或者三级不同负载下的准零刚度特性、或者四级不同负载下的准零刚度特性等，在此不进行穷举，可以基于应用的领域和设计要求进行设计。

所述N层梁结构20沿所述隔振器本体10的高度方向间隔设置，其至少包括一级承载梁结构和二级承载梁结构，所述二级承载梁结构对应的承载力大于所述一级承载梁结构对应的承载力。

此处的包括可以理解为，将不同层且具有不同负载能力的梁结构区分为一级承载梁结构和二级承载梁结构。

优选地，所述一级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，和/或，所述二级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层。

需要说明的是，在本发明中，多层包括两层、三层、四层等。

为方便理解，举例说明，当N=2时，梁结构20的层数为2层，两层梁结构分别用于实现两级不同负载下的准零刚度特性，一级承载梁结构和二级承载梁结构对应的层数均为一层；当N=3时，梁结构 20的层数为3层，三层梁结构用于实现两级不同负载下的准零刚度特性时，一级承载梁结构对应的层数为二层或者二级承载梁结构对应的层数为二层；当N=4时，梁结构 20的层数为4层，三层梁结构用于实现两级不同负载下的准零刚度特性时，一级承载梁结构对应的层数和二级承载梁结构对应的层数之和为四层即可，两者之间的层数分配可以是1：3，或者2：2，或者3：1，在此不再穷举。

概括上述举例，具体为：当所述N层梁结构 20的层数与不同负载的级数相同时，则是每级承载结构分别对应一层梁结构；当所述N层梁结构 20的层数大于承载梁结构的级数时，则存在同级承载梁结构对应多层梁结构的情况。

在本发明中，同级承载梁结构对应的梁结构层数为多层时，可以实现在该负载能力下更宽的准零刚度区间。

具体地，同级承载梁结构对应的梁结构的层数和准零刚度区间拓宽的倍数相同。举例说明，一级承载梁结构对应的梁结构的层数为两层时，准零刚度区间拓宽的倍数则为两倍，一级承载梁结构对应的梁结构的层数为三层时，准零刚度区间拓宽的倍数则为三倍。

需要补充说明的是，在本发明中，所述二级承载结构可以位于所述一级承载结构的下侧，也可以位于一级承载结构的上侧，两者的位置关系并不作限定。所述隔振器在压缩过程中，先压缩承载力小的梁结构，再压缩承载力大的梁结构，在压缩的过程中，并不是完全从上往下逐层压缩，先压哪层梁结构是先看哪层梁结构的承载力，当承载力相同的梁结构对应多层时，同级的多层梁结构同时被压缩。

每层所述梁结构20包括多个孔洞21、通过多个所述孔洞21构造形成的沿所述第一方向排列的多个斜梁22、及设置于所述孔洞21的内壁的凸台23，所述凸台23用于实现相邻两层所述梁结构之间的连续接触变形。

在本实施例中，所述第一方向为图1所示X方向。

在本发明中，多个孔洞21沿第一方向间隔设置，每个所述孔洞21均沿第二方向贯穿所述隔振器本体10，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第一方向、所述第二方向均与所述隔振器本体10的高度方向垂直。

在本实施例中，所述第二方向为图1所示Y方向。

在本实施例中，所述孔洞21贯穿两个相对设置的第一表面11。

每两个相邻的孔洞21之间夹设一个所述斜梁22。

优选地，多个所述孔洞21包括分设于所述斜梁22两侧的第一孔洞211和第二孔洞212，所述斜梁22相对设置的两个侧面分别为所述第一孔洞211的内壁和所述第二孔洞212的内壁，所述斜梁22的两个侧面的形状与所述隔振器100的正刚度和负刚度相关联。

本发明是基于准零刚度特性设计斜梁的形状，只要能实现准零刚度特性即可，对斜梁的形状不作要求，也就是第一孔洞和第二孔洞的形状和尺寸可以变化。

请重点参阅图2，所述第一孔洞211的纵截面包括依次连接的1/2支撑梁切圆2111、1/4弯曲梁外椭圆2112和1/4弯曲梁切圆2113；所述第二孔洞212的纵截面包括依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆2121和1/4弯曲梁内切主椭圆2122或者由依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆2121、1/4弯曲梁内切主椭圆2122和1/4弯曲梁内切附加椭圆2123。

在所述第二孔洞由弯曲梁内切主椭圆2122构造形成时，弯曲梁在受压缩时将发生屈曲进而实现准零刚度特性，但是也可能会出现正刚度特性或负刚度特性，此时通过进一步构造弯曲梁内切小椭圆2121和弯曲梁内切附加椭圆2123可以进一步调节梁在弯曲后实现准零刚度特性。

需要说明的是，上述描述是基于图2作出的详细的描述，而圆和椭圆的作用主要是形成弧形线段，在实际设计中，可以对圆和椭圆进行相互替换，并适应性修改尺寸，只要能实现准零刚度特性即可。

所述斜梁22包括相对设置的第一侧面221和第二侧面222，其中，所述第一侧面221的纵截面由第一弧形段、第二弧形段和第三弧形段依次拼接形成，且所述第二弧形段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度；所述第二侧面222的纵截面为多个弧形线段拼接形成的拼接弧形。

在本发明中，所述第一侧面的形状对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响以所述第二弧形段为主，即所述第二弧形段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响大于所述第一弧形段的尺寸参数和所述第三弧形段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响。

在本发明中，所述斜梁22的第一侧面与所述第一孔洞211的内壁相对应，所述斜梁22的第二侧面与所述第二孔洞212的内壁相对应。结合构造斜梁的第一孔洞和第二孔洞对斜梁的第一侧面和第二侧面进行说明，具体如下：

所述第一侧面（纵截面）的第一弧形段对应的是1/2支撑梁切圆2111，所述第二弧形段对应的是1/4弯曲梁外椭圆2112，所述第三弧形段对应的是1/4弯曲梁切圆2113。所述第二侧面（纵截面）对应的是依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆2121和1/4弯曲梁内切主椭圆2122，或者，依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆2121和1/4弯曲梁内切主椭圆2122和1/4弯曲梁内切附加椭圆2123。

在本发明中，所述二级承载梁结构的斜梁的厚度大于所述一级承载梁结构的斜梁的厚度。

具体地，当相邻两层梁结构20属于同级承载梁结构，则相邻两层梁结构的斜梁的厚度相同；当相邻两层梁结构20属于不同级承载梁结构且二级承载梁结构位于一级承载梁结构的下侧时，则位于下侧梁结构中的斜梁的厚度大于上侧梁结构中的斜梁的厚度；当相邻两层梁结构20属于不同级承载梁结构且一级承载梁结构位于二级承载梁结构的下侧时，则上侧梁结构中的斜梁的厚度大于下侧梁结构中的斜梁的厚度。

为方便理解，举例说明，当梁结构的层数为三层，第一层梁结构和第二层梁结构为一级承载梁结构，第三层梁结构为二级承载梁结构，此时，第一层梁结构和第二梁结构的斜梁的厚度相同，而第三层梁结构的斜梁的厚度大于第二层梁结构的斜梁的厚度。当当梁结构的层数为三层，第一层梁结构和第二层梁结构为二级承载梁结构，第三层梁结构为一级承载梁结构，此时，第一层梁结构和第二层梁结构的斜梁的厚度相同，而第二层梁结构的斜梁的厚度大于第三层梁结构的斜梁的厚度。

在本实施例中，所述N层梁结构20的层数为三层，其中，第一层梁结构201为一级承载梁结构，第二层梁结构202为二级承载梁结构，第三层梁结构203为三级承载梁结构，三级承载梁结构的斜梁的厚度大于二级承载梁结构的斜梁的厚度大于一级承载梁结构的斜梁的厚度。

请结合图1或图2的方位，从上至下，第一层梁结构201为一级承载梁结构，对应的承载力为X1，第二层梁结构202为二级承载梁结构，对应的承载力为X2，第三层梁结构203为三级承载梁结构，对应的承载力为X3，X1<X2<X3。

在本发明中，承载力对应的单位为牛顿N。

需要说明的是，在本发明中，所述隔振器的承载力（承载能力）与第三表面的面积以及每层梁结构 20中的斜梁的数量和斜梁的厚度正相关，即第三表面的面积越大，隔振器的承载力越大；每层梁结构中的斜梁的数量越多，隔振器的承载力越大；梁结构中的斜梁的厚度越大，该层梁结构对应的承载力越大。

优选地，每层所述梁结构20的斜梁数量为偶数个，第一平面的两侧分别设置一半数量的斜梁，且所述第一平面两侧的斜梁关于所述第一平面对称设置，所述第一平面为过所述隔振器本体的中心轴且与所述第二表面平行的面。

斜梁的数量为偶数个且对称设置，这样，可以实现隔振器在受压时两侧对称变形。

优选地，分设于第一平面两侧的斜梁的厚度是相同的。

需要说明的是，分设于第一平面两侧的斜梁的厚度也可以不完全相同，这样同样能实现隔振器的准零刚度特性，只不过在受压变形时，变形度可能不完全相同。

优选地，所述斜梁为均匀等宽度斜梁或者等曲率弯曲梁。

即所述斜梁的各个位置的宽度相同或者曲率相同。

在其他实施例中，所述斜梁也可以是中间窄两侧宽、自一个方向至另一个方向宽度逐渐变大、或者中间宽两侧窄的斜梁。本发明是基于准零刚度特性设计斜梁的形状，只要能实现准零刚度特性即可，对斜梁的形状不作要求。

优选地，多个所述斜梁22包括至少一个斜梁组，每个所述斜梁组包括向不同方向倾斜设置的第一斜梁22A和第二斜梁22B，构造所述第一斜梁22A且靠近所述第二斜梁22B的第一孔洞211和构造所述第二斜梁22B且靠近所述第一斜梁22A的第一孔洞211相连通形成第一间隔孔洞213，所述第一斜梁22A和所述第二斜梁22B关于第二平面对称设置，所述第二平面为过所述第一间隔孔洞213的纵截面的对称轴且与所述第二表面平行的面。

所述斜梁组的数量和所述第一间隔孔洞的数量相同。

可以理解的是，在斜梁组的数量为两个或者两个以上时，不同斜梁组所对应的第一间隔孔洞是不相同的，因此，基于第一间隔孔洞确定的第二平面也是不相同的。

优选地，在所述斜梁组的数量为两个或者两个以上时，构造相邻两个斜梁的第二孔洞相连通围成第二间隔孔洞214。

在本发明中，所述第一间隔孔洞为下端尖的不规则形状，所述第二间隔孔洞为上端尖的不规则形状。

在本发明中，隔振器的准零刚度特性基于梁结构中斜梁的形状实现，而斜梁通过构造孔洞形成，即斜梁的形状和孔洞的形状是存在对应关系的，为方便理解，下文基于图2的方位，对第一层梁结构201的孔洞和斜梁作具体描述。

需要说明的是，下文中的第一个斜梁、第二个斜梁、第三个斜梁、第四个斜梁、第五个斜梁和第六个斜梁是按从左至右的顺序，依次命名。

第一层梁结构包括6个斜梁，6个斜梁被分为三个斜梁组，第一个斜梁和第二个斜梁组成斜梁组01，第三个斜梁和第四个斜梁组成斜梁组02，第五个斜梁和第六个斜梁组成斜梁组03。其中，第一个斜梁的第二孔洞自所述隔振器本体的左侧表面向内凹陷形成，构造第一个斜梁的第一孔洞与构造第二个斜梁的第一孔洞相连通围成第一间隔孔洞A，构造第二个斜梁的第二孔洞与构造第三个斜梁的第二孔洞相连通围成第二间隔孔洞A，构造第三个斜梁的第一孔洞与构造第四个斜梁的第一孔洞相连通围成所述第一间隔孔洞B，构造第四个斜梁的第二孔洞与构造第五个斜梁的第二孔洞相连通围成所述第二间隔孔洞B，构造第五个斜梁的第一孔洞与构造第六个斜梁的第一孔洞相连通围成所述第一间隔孔洞C，第六个斜梁的第二孔洞自所述隔振器本体的右侧表面向内凹陷形成。

所述第一间隔孔洞A、所述第一间隔孔洞B和所述第一间隔孔洞C的形状相同，且纵截面为轴对称图形，三个第一间隔孔洞沿第一方向均匀分布。

在本实施例中，所述第一间隔孔洞B的纵截面的对称轴与所述隔振器本体的纵截面的对称轴位于同一直线上。

所述第一间隔孔洞A的纵截面和所述第一间隔孔洞C的纵截面关于所述隔振器本体的纵截面的对称轴对称设置。

所述第二间隔孔洞A、所述第二间隔孔洞B的形状相同，且纵截面为轴对称图形。

所述第二间隔孔洞A的纵截面和所述第二间隔孔洞B的纵截面关于所述隔振器本体的纵截面的对称轴对称设置。

优选地，所述第一斜梁22A的第一侧面和所述第二斜梁22B的第一侧面均为所述第一间隔孔洞的内壁，自所述隔振器本体的下端至上端方向，所述第一斜梁22A的第一侧面和所述第二斜梁22B的第一侧面均逐渐向远离所述第二平面方向倾斜。

优选地，在所述斜梁组的数量大于等于2个时，每层所述梁结构还包括位于两个所述第一间隔孔洞之间且竖直设置的支撑梁24，所述支撑梁24位于所述斜梁22的斜上方且与相邻的所述斜梁22相连接。

在本实施例中，支撑梁24的数量为两个，其中，一个支撑梁夹设于所述第一间隔孔洞A与第二间隔孔洞B之间，另一个支撑梁夹设于所述第二间隔孔洞B和所述第三间隔孔洞C之间。

在本实施例中，沿所述第一方向，所述支撑梁的宽度为a，1.15mm≤a≤3.15mm。

在本发明中，所述支撑梁24需要具有一定的宽度，以保证在所述隔振器的顶端承受负载时，所述支撑梁不会被压弯，在具体应用时，根据实际载荷计算强度来确定，现有技术提供的计算方法即可。

在本发明中，每层所述梁结构中设置的所述凸台23可以为一个，两个，或者多个，所述凸台23的数量与所述斜梁22的数量正相关。

优选地，所述凸台23位于所述支撑梁的正下方，且设置于所述第二间隔孔洞的内壁。

在本实施例中，所述凸台23自所述第二间隔孔洞214的底端向内凹陷形成，所述凸台23的数量与所述第二间隔孔洞214的数量相同。

需要说明的是，所述凸台是用于实现相邻层梁结构的接触变形，由于最后一层梁结构不再需要和下一层的接触变形，所述最后一层梁结构无须设置凸台，但是设置了凸台也不会影响本方案的实施。

在本发明中，所述隔振器的两端可以通过螺栓、胶水等连接方式与被隔振物和激励源连接。

在所述被隔振物固设于所述隔振器的上端时，激励源则固设于所述隔振器的下端，在所述激励源固设于所述隔振器上端时，被隔振物则固设于所述隔振器下端。

需要说明的是，在本发明中，所述隔振器的上端和下端可以理解为隔振器本体的两个第三表面。

实施例一对应的三级准零刚度隔振器的参数设计如下：

隔振器本体：所述隔振器本体的长*宽*高的尺寸为80mm*46mm*50mm，其中，所述第一表面11的尺寸数据为50mm *46 mm，所述第二表面12的尺寸数据为80mm *46 mm，所述第三表面13的尺寸数据为50mm *80mm。

N层梁结构：图1所示隔振器包括三层粗细不同的斜梁，自上而下，第一层梁结构的斜梁的厚度小于第二层梁结构的斜梁的厚度，第二层梁结构的斜梁的厚度小于第三层梁结构的斜梁的厚度，可以实现三级准零刚度。三层梁结构的各个孔洞的构造参数详见表1所示。

可以理解的是，由于每层梁结构的斜梁的厚度不相同，相应的，各层梁结构的第一孔洞和第二孔洞的参数也是不相同的。

图1所示的隔振器采用TPU材质（硬度为80A）进行构造并在底部施加固定约束，在隔振器的顶部施加竖直向下的13.5mm位移加载后得到的力-位移曲线如图4所示，可以发现由弯曲梁构造的隔振器可以实现三级不同载荷下的准零刚度特性，承载力分别为4.2N、11.9N和23.9N。

请参阅图5至图7，其中，图5为第一层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图；图6为第二层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图；图7为第三层梁结构被压缩后的隔振器的结构示意图。

实施例二

请结合参阅图8和图9，实施例二所示的隔振器200的结构与实施例一基本相同，包括隔振器本体30、及通过在所述隔振器本体30的内部构造的三行孔洞41形成的三层梁结构40。

其主要区别在于，所述斜梁42的第一侧面421和第二侧面422形状不相同，主要为将所述斜梁的第一侧面的第二弧形段替换为直线，由于所述斜梁42的形状通过构造所述斜梁42的所述第一孔洞411和所述第二孔洞412的形状决定，相应的，所述第一孔洞411和所述第二孔洞412的形状和尺寸也不完全相同。

在本实施例中，所述第一孔洞411的纵截面包括依次连接的1/2支撑梁切圆4111、直线4112和1/4弯曲梁切椭圆4113；所述第二孔洞412的纵截面可以为1/4弯曲梁内切主椭圆4122，也可以包括依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122，也可以由依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122和1/4弯曲梁内切附加椭圆4123。

需要说明的是，第一层梁结构中的第一个斜梁（从左往右数）对应的第二孔洞的纵截面为1/4弯曲梁内切主椭圆4122；第一层梁结构中的第二个斜梁（从左往右数）对应的第二孔洞的纵截面包括依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122；第二层梁结构中的第二个斜梁（从左往右数）对应的第二孔洞的纵截面包括依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122和1/4弯曲梁内切附加椭圆4123。

需要说明的是，上述描述是基于图9作出的详细的描述，而圆和椭圆的作用主要是形成弧形线段，在实际设计中，可以对圆和椭圆进行相互替换，并适应性修改尺寸，只要能实现准零刚度特性即可。

所述斜梁42包括相对设置的第一侧面421和第二侧面422，其中，所述第一侧面421的纵截面由第一弧形段、直线段和第三弧形段依次拼接形成，且所述第二弧形段/直线段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度；所述第二侧面422的纵截面为椭圆的弧形线段或者多个弧形线段拼接形成的拼接弧形。

所述第一侧面（纵截面）的第一弧形段对应的是1/2支撑梁切圆4111，所述第二弧形段对应的直线段4112，所述第三弧形段对应的是1/4弯曲梁切椭圆4113。所述第二侧面（纵截面）对应的是1/4弯曲梁内切主椭圆4122，或者，依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122，或者，依次连接的1/4弯曲梁内切小椭圆4121和1/4弯曲梁内切主椭圆4122和1/4弯曲梁内切附加椭圆4123。

在本发明中，所述斜梁的第一侧面的形状对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响以所述直线段4112为主，即所述直线段4112的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响大于所述第一弧形段4111的尺寸参数和所述第三弧形段4113的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响。

实施例二所示隔振器的三层梁结构的各个孔洞的构造参数详见表2所示。

图8所示的隔振器采用TPU材质（硬度为80A）进行构造并在底部施加固定约束，在隔振器的顶部施加竖直向下的13.5mm位移加载后得到的力-位移曲线如图10所示，可以发现由弯曲梁构造的隔振器可以实现三级不同载荷下的准零刚度特性，承载力分别为6.6N、12.4N和35.7N。

图8所示的隔振器采用TPU材质（硬度为95A）进行构造并在底部施加固定约束，在隔振器的顶部施加竖直向下的13.5mm位移加载后得到的力-位移曲线如图11所示，可以发现由弯曲梁构造的隔振器可以实现三级不同载荷下的准零刚度特性，承载力分别为520.5N、800.3N和1357.5N。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，包括：

隔振器本体；

N层梁结构，所述N层梁结构用于实现至少两种不同负载下的准零刚度特性，所述N层梁结构沿所述隔振器本体的高度方向间隔设置，所述N层梁结构至少包括一级承载梁结构和二级承载梁结构，且所述二级承载梁结构对应的承载力大于所述一级承载梁结构对应的承载力，N为正整数且N≥2，其中，每层所述梁结构包括：

多个斜梁，多个所述斜梁沿第一方向排列且倾斜设置，所述二级承载梁结构的斜梁的厚度大于所述一级承载梁结构的斜梁的厚度；

多个孔洞，多个所述孔洞用于构造多个所述斜梁，所述孔洞沿第二方向贯穿所述隔振器本体，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第一方向、所述第二方向均与所述隔振器本体的高度方向垂直；

凸台，所述凸台用于实现相邻两层梁结构之间的连续接触变形，所述凸台设置于所述孔洞的内壁且所述凸台的凸起方向朝向所述隔振器本体的顶端。

2.根据权利要求1所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述一级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，和/或，所述二级承载梁结构对应的梁结构的层数为一层或者多层，且同级承载梁结构中的斜梁厚度相同。

3.根据权利要求1或2所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，多个所述孔洞包括分设于所述斜梁两侧的第一孔洞和第二孔洞，所述斜梁相对设置的两个侧面分别为所述第一孔洞的内壁和所述第二孔洞的内壁，所述斜梁的两个侧面的形状与所述隔振器的正刚度和负刚度相关联。

4.根据权利要求3所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述斜梁包括相对设置的第一侧面和第二侧面，其中，所述第一侧面的纵截面由第一弧形段、第二弧形段和第三弧形段依次拼接形成，且所述第二弧形段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度；

或者，

所述第一侧面的纵截面由第一弧形段、直线段和第三弧形段依次拼接形成，且所述直线段的长度大于所述第一弧形段的长度和所述第三弧形段的长度；

所述第二弧形段/所述直线段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响大于所述第一弧形段的尺寸参数和所述第三弧形段的尺寸参数对所述隔振器的正刚度和负刚度的影响。

5.根据权利要求4所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述第二侧面的纵截面为椭圆的弧形线段或者多个弧形线段拼接形成的拼接弧形。

6.根据权利要求3所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述隔振器本体为方形结构，包括相对设置的两个第一表面、相对设置的两个第二表面和相对设置的两个第三表面，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面两两相互垂直，所述孔洞贯穿两个所述第一表面，所述第二表面与所述第一方向垂直。

7.根据权利要求6所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，每层所述梁结构的斜梁数量为偶数个，第一平面的两侧分别设置一半数量的斜梁，且所述第一平面两侧的斜梁关于所述第一平面对称设置，所述第一平面为过所述隔振器本体的中心轴且与所述第二表面平行的面。

8.根据权利要求7所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，多个所述斜梁包括至少一个斜梁组，每个所述斜梁组包括向不同方向倾斜且相邻设置的第一斜梁和第二斜梁，构造所述第一斜梁且靠近所述第二斜梁的第一孔洞和构造所述第二斜梁且靠近所述第一斜梁的第一孔洞相连通形成第一间隔孔洞，所述第一斜梁和所述第二斜梁关于第二平面对称设置，所述第二平面为过所述第一间隔孔洞的纵截面的对称轴且与所述第二表面平行的面。

9.根据权利要求8所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述斜梁组的数量和所述第一间隔孔洞的数量相同，在所述斜梁组的数量大于等于2个时，每层所述梁结构还包括位于两个所述第一间隔孔洞之间且竖直设置的支撑梁，所述支撑梁位于所述斜梁的斜上方且与相邻的所述斜梁相连接，所述凸台位于所述支撑梁的正下方。

10.根据权利要求1所述的多级承载的一体化准零刚度隔振器，其特征在于，所述隔振器本体的材料为工程塑料、橡胶材料、光敏树脂和金属材料中的至少一种。