CN205780496U - 一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，涉及隔振装置领域，包括基座，所述基座中部设置有弹性升降机构，所述弹性升降机构的上端设置有载物台，所述载物台的两旁侧分别与设置于基座两旁部的负刚度机构相连接。不仅保证一定的承载能力和极低的刚度，而且具有行程放大的作用，提高负刚度机构的介入程度，很好地实现微幅低频振动的隔离。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，涉及隔振装置领域。
背景技术
现代科学技术的不断发展，隔振技术在工业生产和工程项目中的地位越来越重要，特别是对于低频和超低频的隔离。由于线性隔振系统存在的局限性，非线性隔振系统应用于低频隔振已经成为现在研究的热点。近年来，由具有负刚度特性的元件或机构，与正刚度弹簧并联后组成的准零刚度隔振器受到许多学者的青睐。准零刚度系统利用正负刚度相消原理，在不失承载能力的情况下，能够在一定范围内保持很低的系统刚度，大大降低隔振的起始频率，在低频或者超低频隔振中具有很好的效果。但是目前的实验研究发现，准零刚度隔振器只有在较大振动幅值状态下，才能表现出很好的隔振性能。当外界振动幅值很小时，比如1mm甚至0.5mm的振幅，则达不到理想的隔振效果。研究人员初步分析的原因是在微幅振动下，弹簧的变形量很小，负刚度机构介入很少，基本上不工作，导致正负刚度相消的效果表现不出来。所以，负刚度机构的结构形式需要改进和创新，设计出能够适应于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，不仅保证一定的承载能力和极低的刚度，而且具有行程放大的作用，提高负刚度机构的介入程度，很好地实现微幅低频振动的隔离。
本实用新型的技术方案在于：一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，包括基座，所述基座中部设置有弹性升降机构，所述弹性升降机构的上端设置有载物台，所述载物台的两旁侧分别与设置于基座两旁部的负刚度机构相连接。
进一步地，所述弹性升降机构包括设置于基座中部的轴承座，所述轴承座上纵向穿设有可活动升降的导杆，所述导杆的上端设置有与载物台固定连接的固定座，导杆上套置有夹设于固定座与轴承座之间的弹簧。
进一步地，所述负刚度机构包括与基座旁部固定连接的固定架，所述固定架内设置有下端经复位弹簧与基座相连接的剪叉机构，所述剪叉机构的上端外侧与固定架相铰接，剪叉机构的上端内侧设置有轴杆，所述轴杆穿出开设于固定架上的横槽与另一端铰接于载物台下部侧的连杆相铰接。
进一步地，所述固定架由位于前后侧的倒凵型架体组成，所述倒凵型架体下端与基座固定连接。
进一步地，所述固定架内设置有位于前后侧的两剪叉机构，所述剪叉机构的下端分别铰接有经铰链座与基座相连接的复位弹簧，两剪叉机构的上端外侧经第二轴杆相连接并与固定架相铰接，两剪叉机构的上端内侧经轴杆相连接，所述轴杆的两侧端分别穿出横槽，轴杆穿出横槽的端部分别与另一端铰接于载物台前后侧的两连杆相铰接。
进一步地，所述剪叉机构包括下端与复位弹簧的上端相铰接的剪叉短臂，所述剪叉短臂的上端分别铰接有剪叉长臂，两剪叉长臂呈交叉状且中部相铰接。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：与传统的线性隔振器相比，能够在保证系统承载能力的同时，大大降低系统的刚度，使得隔振器的固有频率接近于零，从而可以降低隔振器的隔振起始频率，扩宽隔振频率范围，提高隔振器的性能，并且能实现低频隔振。与同类其他隔振器相比，负刚度机构是由剪叉机构和弹簧组成，其中剪叉机构不仅具有较强的非线性，且具有行程放大的作用，能够增加弹簧的变形量，提高负刚度机构的介入程度，使负刚度机构在微小幅度振动下也能发挥较好的作用，实现微幅低频隔振。并且，可以承载较大质量的被隔振物体，结构简单，加工制造方便，具有较好的工程应用价值。
附图说明
图1为本实用新型的初始状态结构示意图；
图2为本实用新型放置被隔振物体后处于平衡位置的结构示意图；
图3为本实用新型的结构简图；
图4为本实用新型的力-位移特性曲线；
图5为本实用新型的刚度-位移特性曲线；
图中：10-基座 20-弹性升降机构 21-轴承座 22-导杆 23-固定座 24-弹簧30-载物台 40-负刚度机构 41-固定架 42-复位弹簧 43-剪叉短臂 44-剪叉长臂45-轴杆 46-横槽 47-连杆 48-铰链座 49-第二轴杆 50-被隔振物体。
具体实施方式
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。
参考图1至图5
一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，包括基座10，所述基座中部设置有弹性升降机构20，所述弹性升降机构的上端设置有载物台30，所述载物台的两旁侧分别与设置于基座两旁部的负刚度机构40相连接。
本实施例中，所述弹性升降机构包括设置于基座中部的轴承座21，所述轴承座上纵向穿设有可在轴承座内上下移动的导杆22，所述导杆的上端设置有与载物台固定连接的固定座23，导杆上套置有夹设于固定座与轴承座之间的弹簧24。
本实施例中，所述负刚度机构包括与基座旁部固定连接的固定架41，所述固定架内设置有下端经复位弹簧42与基座相连接的剪叉机构，所述剪叉机构的上端外侧与固定架相铰接，剪叉机构的上端内侧设置有轴杆45，所述轴杆穿出开设于固定架上部的横槽46与另一端铰接于载物台下部侧的连杆47相铰接。
本实施例中，所述固定架由位于前后侧的倒凵型架体组成，所述倒凵型架体下端与基座固定连接。
本实施例中，所述固定架内设置有位于前后侧的两剪叉机构，所述剪叉机构的下端分别铰接有经铰链座48与基座相连接的复位弹簧42，两剪叉机构的上端外侧经第二轴杆49相连接，所述第二轴杆的两端分别与固定架相铰接，两剪叉机构的上端内侧经轴杆45相连接，所述轴杆的两侧端分别穿出横槽46，轴杆可在横槽内左右滑动。轴杆穿出横槽的端部分别与另一端对应铰接于载物台前后侧的两连杆47相铰接，从而保证两个剪叉机构同步运动。
本实施例中，所述剪叉机构包括下端与复位弹簧的上端相铰接的剪叉短臂43，所述剪叉短臂的上端分别铰接有剪叉长臂44，两剪叉长臂呈交叉状且中部相铰接。将水平滑动转变成垂直运动，具有行程放大的功能。可根据实际需要，增加剪叉机构的层数。
本实施例中，固定架的横槽内可设置滑块或类似装置，减少与轴杆之间的摩擦。
该隔振器的使用步骤：
步骤1：将一个适当重量的被隔振物体50放置在载物台上，弹簧被压缩，载物台向下移动并带动连杆，所述连杆推动轴杆在固定架的横槽内水平滑动，剪叉机构向下伸展，复位弹簧被压缩；
步骤2：连杆处于水平位置，隔振器处于平衡位置；
步骤3：当外界的振动激励作用在基座时，振动传递到隔振器上，隔振器开始工作，隔离微幅低频振动。
在本实施例中，对隔振器进行静力学分析，隔振器结构和系统参数见图3；所述弹簧的刚度为 ，复位弹簧的刚度为，连杆长度为，剪叉机构的固定端离中心线的距离为；连杆与水平线的夹角为，剪叉长臂与竖直线的夹角为，A点偏离平衡位置的距离为且向下为正，复位弹簧所产生的作用为。当A点作用一个竖直向下的作用力F时，A点向平衡位置运动，且参数、和会随着作用力F的变化而变化。
其受力如下：
其中，
将其代入上式可得如下力F与位移u之间的关系式：
选定一组系统参数：a=117.73mm，b=33.84 mm，D=179.48 mm，=30 mm， =4.7N/mm，=15 N/ mm。代入可得系统的力-位移特性曲线，如图4所示。将作用力F对u求导可得系统的刚度K与u的关系式，即可得系统的刚度-位移特性曲线，如图5所示。从图中可以看出，隔振系统在平衡位置处（u=0）的刚度为零，且在平衡位置附近有一段平缓区，刚度很小并接近于零。说明隔振系统具有准零刚度特性，系统在平衡位置不仅具有较好的承载能力，而且在该位置附近的一定范围内固有频率很低。所以隔振系统具有很低的隔振起始频率，能够实现低频隔振。
在本实施例中，根据以上分析得到的隔振器的工作原理如下：如图2所示，根据被隔振物体的重量确定隔振器的各个参数，确保被隔振物体放置载物台后，系统处于平衡位置，即连杆处于水平位置。弹簧为线性正刚度弹簧，起到支撑重物的作用。负刚度机构在垂直方向上具有负刚度特性。根据刚度正负相消原理，弹簧与负刚度机构并联后能够使隔振系统在平衡位置的总体刚度很低，保证系统很低的固有频率。从而大大降低系统的起始隔振频率，实现低频隔振。
本实施例中，负刚度机构采用了剪叉机构，与普通的负刚度机构相比，具有行程放大的作用。当隔振器的激励振动为微小振幅时，剪叉机构能将微小振幅放大并传至复位弹簧，复位弹簧的变形量增大，负刚度机构的介入程度提高，使得隔振器正负刚度相消的效果更明显，发挥出隔振器非线性的隔振效果，实现微幅低频振动的隔离。
综上所述，本实例中的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器能够实现微幅低频振动的隔离。与传统线性隔振器和同类隔振器相比，本实例中的隔振器在微幅低频隔振方面有较明显的优势。并且结构简单，无需外界提供能源，适应性能强，在精密仪器、敏感设备、精密加工、航空航天工程等领域具有一定的工程应用价值。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，包括基座，其特征在于，所述基座中部设置有弹性升降机构，所述弹性升降机构的上端设置有载物台，所述载物台的两旁侧分别与设置于基座两旁部的负刚度机构相连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，其特征在于，所述弹性升降机构包括设置于基座中部的轴承座，所述轴承座上纵向穿设有可活动升降的导杆，所述导杆的上端设置有与载物台固定连接的固定座，导杆上套置有夹设于固定座与轴承座之间的弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，其特征在于，所述负刚度机构包括与基座旁部固定连接的固定架，所述固定架内设置有下端经复位弹簧与基座相连接的剪叉机构，所述剪叉机构的上端外侧与固定架相铰接，剪叉机构的上端内侧设置有轴杆，所述轴杆穿出开设于固定架上的横槽与另一端铰接于载物台下部侧的连杆相铰接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，其特征在于，所述固定架由位于前后侧的倒凵型架体组成，所述倒凵型架体下端与基座固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，其特征在于，所述固定架内设置有位于前后侧的两剪叉机构，所述剪叉机构的下端分别铰接有经铰链座与基座相连接的复位弹簧，两剪叉机构的上端外侧经第二轴杆相连接并与固定架相铰接，两剪叉机构的上端内侧经轴杆相连接，所述轴杆的两侧端分别穿出横槽，轴杆穿出横槽的端部分别与另一端铰接于载物台前后侧的两连杆相铰接。
6.根据权利要求3所述的一种适用于隔离微幅低频振动的准零刚度隔振器，其特征在于，所述剪叉机构包括下端与复位弹簧的上端相铰接的剪叉短臂，所述剪叉短臂的上端分别铰接有剪叉长臂，两剪叉长臂呈交叉状且中部相铰接。
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