CN207864498U - 一种准零刚度系统及包括其的中心隔振平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种准零刚度系统，包括正刚度减振弹簧、第一弹簧座、第二弹簧座、屈曲板、负刚度减振弹簧、第三弹簧座、支撑板、浮动板以及复位板，激振通过支撑板作用于正刚度减振弹簧与负刚度减振弹簧，正刚度减振弹簧在竖直方向提供正刚度，负刚度减振弹簧在竖直方向提供负刚度，使得准零刚度系统的刚度趋于零。本实用新型还公开了一种包括上述准零刚度系统的准零刚度中心隔振平台，该隔振平台还包括桌面、多根立柱、第二连杆以及底座。该隔振平台适用于体积大、重量大、形状不规则的被隔振体，且适用于多个被隔振体的隔振，只有一个中心隔振，缩短调试周期，使用方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及减振技术领域，具体地，涉及一种准零刚度系统及包括其的中心隔振平台。
背景技术
随着科技的进步和人们生活水平的提高，人们对设备的隔振性能，尤其是低频隔振性能提出越来越高的要求。然而，在日常生活中低频振动问题一直在困扰着人们。例如，车辆的低频振动会造成人们头晕、恶心等不适；对于高精度照相机，人们走路的轻微振动就会造成结果很大的偏差等。振动控制主要有主动隔振、半主动隔振和被动隔振三种方式，考虑到复杂程度和成本等因素，目前应用最多的是被动隔振方式。根据振动理论，被动隔振起始有效隔振频率是系统固有频率的倍，系统固有频率越低其隔振范围越大，效果越好。降低固有频率就意味着需要降低系统静刚度或是增加系统质量，从而造成系统静态位移加大。为了克服上述缺点，理想的隔振系统应该同时具有较高的静态刚度和较低的动态刚度(较低动态刚意味着较低系统固有频率)，在承受较高的负载的同时保证系统固有频率较低，系统的隔振频率范围更大，隔振效果更好。对形状规则与质量较小的被隔振体而言，很容易将其质心放在减振弹簧的作用范围内，不易发生倾翻，从而进行有效隔振；但是对于结构复杂不易确定质心或是形体较大的被隔振体，很难将其质心放在减振弹簧的作用范围内，进行有效隔振，并且被隔振体很容易发生倾翻，发生安全事故或造成较大的财物损失；对两个或以上的隔振系统而言，通常是将多个隔振系统分别放在不同的隔振台上，但是，很难保证它们的振动频率、振幅及相位完全一致。
目前，现有的大型隔振平台均由多个减振器来支撑一个桌面，当减振器数量达到4个以上后，就易存在两大问题：一是调平问题，平台调平有手动和自动两种方式，手动调平要分别调所用的几个减振器，各减振器之间会相互影响，而自动调平即主动调平，需要辅助气源，属于动态调平，稳定性不是很好；二是各减振器的承载均匀问题，多个减振器中只有三个起主要作用，其余的起辅助作用，使得各减振器承载不均匀。
实用新型内容
鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种准零刚度系统及包括其的中心隔振平台，以解决现有准零刚度系统承载不均匀以及隔振平台存在的不易调平的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的一个方面是提供一种准零刚度系统，包括正刚度减振弹簧、第一弹簧座、第二弹簧座、屈曲板、负刚度减振弹簧、第三弹簧座、支撑板、浮动板以及复位板，
其中，所述正刚度减振弹簧竖直放置于所述支撑板上，所述第一弹簧座与所述第二弹簧座分别位于所述正刚度减振弹簧的两端，所述正刚度减振弹簧的每一侧分别通过第一弹簧座与两个屈曲板连接，
所述负刚度减振弹簧水平安装在所述正刚度减振弹簧一侧的所述第三弹簧座中，所述负刚度减振弹簧位于同一侧的两个屈曲板之间，且安装有所述负刚度减振弹簧侧的每个屈曲板与所述第三弹簧座连接，且每个屈曲板分别与同一侧的浮动板连接，两侧的所述复位板竖直安装于所述支撑板的两侧并分别与两侧的浮动板连接，
激振通过支撑板作用于所述正刚度减振弹簧与所述负刚度减振弹簧，所述正刚度减振弹簧在竖直方向提供正刚度，所述负刚度减振弹簧在竖直方向提供负刚度，使得所述准零刚度系统的刚度趋于零。
优选地，所述准零刚度系统还包括第一调节机构，所述第一调节机构安装于所述第二弹簧座与所述支撑板之间，调整所述第二弹簧座的位置，以调整所述正刚度减振弹簧的承载能力。
进一步地，所述第一调节机构包括载荷调整杆、调整轮以及第一调整杆，所述载荷调整杆一端安装于所述支撑板，另一端依次穿过所述调整轮和所述第二弹簧座，所述调整轮与所述第一调整杆连接，旋转所述第一调整杆，带动所述调整轮以及所述载荷调整杆旋转，以调整所述第二弹簧座的位置。
优选地，所述准零刚度系统还包括第二调整杆，所述第二调整杆依次穿过位于同一侧的所述浮动板、所述负刚度减振弹簧和所述第三弹簧座，旋转所述第二调整杆，以调整所述第三弹簧座的位置，从而调整所述负刚度减振弹簧的压紧力。
优选地，所述准零刚度系统还包括第一连杆，所述第一连杆两端分别连接位于两侧的浮动板。
进一步地，优选地，所述第一连杆与所述第二调整杆位于同一水平面上。
为了实现上述目的，本实用新型的另一个方面是提供一种准零刚度中心隔振平台，其特征在于，包括桌面、多根立柱、第二连杆、底座以及如上所述的准零刚度系统，
其中，被隔振体放置于所述桌面上，每根立柱的一端连接所述桌面，另一端固定在所述第二连杆上，支撑所述桌面，所述准零刚度系统的两侧均设置有所述第二连杆，所述第二连杆的一端与所述底座铰接，另一端连接所述准零刚度系统的正刚度减振弹簧，所述准零刚度系统安装在所述底座上，
激振作用于所述底座，传递至所述第二连杆，通过所述准零刚度系统减振传递至所述多根立柱，作用于所述被隔振体。
优选地，所述立柱是柔性立柱，所述柔性立柱在水平方向的安装位置可调节。
优选地，所述立柱在所述第二连杆上的安装位置可调节。
优选地，所述被隔振体可以有一个或多个，所述准零刚度中心隔振平台具有一个固有频率。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
本实用新型所述准零刚度系统通过正刚度减振弹簧与负刚度减振弹簧并联，形成高静刚度低动刚度的准零刚度系统，使得该系统的刚度趋于零。
本实用新型所述准零刚度中心隔振平台适用于体积较大、重量较大、形状不规则被隔振体的隔振，对被隔振体的质心没有特别的要求，只要被隔振体的质心放置于立柱之间的桌面上即可。
所述隔振平台尤其适用于两件或两件以上有相互关联被隔振体的隔振，只有一个中心减振，不同于传统的大载荷、大型平台需要多个减振弹簧，便于调平和调整减振弹簧的承载力，缩短调试周期，使用方便，且无需提供电源和气源，通过准零刚度系统，实现高频隔振，以及0.5～1Hz或更低频率的隔振，负载从几十公斤到几吨不等，节省能源，可在真空和洁净室内使用。
附图说明
图1是本实用新型所述准零刚度系统结构示意图；
图2a是本实用新型所述正刚度减振弹簧的无量纲的位移载荷关系特性曲线图；
图2b是本实用新型所述负刚度减振弹簧的无量纲的位移载荷关系特性曲线图；
图2c是本实用新型所述准零刚度系统形成的无量纲的位移载荷关系特性曲线图；
图3是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台结构示意图；
图4是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台实施例示意图；
图5是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台再一实施例示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本实用新型所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1至图5来详细说明本实施例。
图1是本实用新型所述准零刚度系统结构示意图，如图1所示，本实用新型所述准零刚度系统包括正刚度减振弹簧7、第一弹簧座6、第二弹簧座8、屈曲板15、负刚度减振弹簧12、第三弹簧座14、支撑板19、浮动板16以及复位板18。
其中，正刚度减振弹簧7竖直放置于支撑板19上，第一弹簧座6与第二弹簧座8分别位于正刚度减振弹簧7的两端，正刚度减振弹簧7的每一侧分别通过第一弹簧座6与两个屈曲板15连接，，负刚度减振弹簧12水平安装在正刚度减振弹簧7一侧的第三弹簧座14中，负刚度减振弹簧12位于同一侧的两个屈曲板15之间，且安装有负刚度减振弹簧12一侧的每个屈曲板15与第三弹簧座14连接，且每个屈曲板15分别与同一侧的浮动板16连接，两侧的复位板18竖直安装于支撑板19的两侧并分别与两侧的浮动板16连接。浮动板16可以水平移动，在屈曲板15工作时提供水平方向位移，复位板18为浮动板16提供支撑，且为浮动板16的移动提供辅助作用，辅助浮动板16复位。
激振通过支撑板19作用于正刚度减振弹簧7与负刚度减振弹簧12，所述正刚度减振弹簧7在竖直方向提供正刚度，所述负刚度减振弹簧12在竖直方向提供负刚度，使得该系统的刚度趋于零。优选地，正刚度减振弹簧7位于支撑板19的中心。
本实用新型所述准零刚度系统是高静刚度低动刚度的准零刚度系统，在承受较高负载的同时保证系统的固有频率较低，隔振频率范围大，隔振效果好。
图2a是本实用新型所述正刚度减振弹簧的无量纲的位移载荷关系特性曲线图，图2b是本实用新型所述负刚度减振弹簧的无量纲的位移载荷关系特性曲线图，图2c是本实用新型所述准零刚度系统形成的无量纲的位移载荷关系特性曲线图。如图2a所示，正刚度减振弹簧7的弹簧所受载荷增量与对应的弹簧变形增量符号相同，在竖直方向提供正刚度，承担被隔振体的质量，其载荷与位移的关系是线性的，其中Kp表示正刚度弹簧的弹性系数。如图2b所示，负刚度减振弹簧12的弹簧所受载荷增量与对应的弹簧变形增量符号相反，在水平方向载荷与位移的关系是线性的，其中Kn表示负刚度弹簧的弹性系数，在竖直方向上负刚度减振弹簧12提供的是负刚度，载荷与位移的曲线关系是正弦曲线。如图2c所示，该准零刚度系统中的正刚度减振弹簧7与负刚度减振弹簧12形成高静刚度低动刚度的准零刚度系统，载荷与位移的关系曲线存在刚度趋于零的曲线区间，其中，K＝Kp+Kn表示正刚度减振弹簧7与负刚度减振弹簧12并联形成的系统的弹性系数。其中，cefd虚线表示的是负刚度减振弹簧在竖直方向上载荷与位移的正弦曲线，X0为cedf虚线与x轴的交点，cefd虚线表示的正弦曲线与正刚度减振弹簧在竖直方向上载荷与位移之间的线性曲线进行叠加，形成OABD实线表示的准零刚度系统的载荷与位移关系曲线，ef所对应的位移坐标区间在实线OABD上对应的曲线区间为系统刚度趋于零的曲线区间。
该准零刚度系统加工完成出厂时，正刚度减振弹簧7有一定的预压缩，屈曲板15处于水平位置，是该准零刚度系统的最佳工作状态。当正刚度减振弹簧7承载被隔振体的质量时，正刚度减振弹簧7的压缩量会发生变化，第一弹簧座6的高度会升高或者降低，使得屈曲板15不再处于水平位置。优选地，该准零刚度系统还包括第一调节机构，其中，第一调节机构安装于第二弹簧座8与支撑板19之间，用于调整第二弹簧座8的位置，进而调整正刚度减振弹簧7的承载能力，以便使得该准零刚度系统适用不同载荷，使得屈曲板15在静态时处于水平状态，保持最佳工作状态。
优选地，第一调节机构包括载荷调整杆10、调整轮9以及第一调整杆11，其中，载荷调整杆10一端安装于支撑板19，另一端依次穿过调整轮9和第二弹簧座8，调整轮9与第一调整杆11连接，旋转第一调整杆11，带动调整轮9以及载荷调整杆10旋转，以调整第二弹簧座8的位置，从而调整正刚度减振弹簧7的承载能力。载荷调整杆10与调整轮9通过紧定螺钉连接。
优选地，所述准零刚度系统还包括第二调整杆13，第二调整杆13依次穿过位于同一侧的浮动板16、负刚度减振弹簧12和第三弹簧座14，旋转第二调整杆13，以调整第三弹簧座14的位置，从而调整负刚度减振弹簧12的压紧力。负刚度减振弹簧12的压紧力不同，则该系统的刚度不同，系统刚度不同则固有频率不同，使得该系统的隔振频率范围较大，且可在旋转第二调整杆13的同时，观察系统振动频率的变化，使得该系统的振动频率达到预先设计要求，保证系统的隔振效果。
优选地，所述准零刚度系统还包括第一连杆17，第一连杆17的两端分别连接位于两侧的浮动板16，使得两侧的浮动板16同步移动。进一步地，第一连杆17与第二调整杆13位于同一水平面上。
本实用新型的另一个方面提供一种准零刚度中心隔振平台，图3是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台结构示意图，如图3所示，所述准零刚度中心隔振平台包括桌面1、多根立柱2、第二连杆3、底座5以及如上所述的准零刚度系统4。
其中，被隔振体放置于桌面1上，每根立柱2的一端连接桌面1，另一端固定在第二连杆3上，支撑桌面1，准零刚度系统4的两侧均设置有第二连杆3，第二连杆3的一端与底座5铰接，另一端连接准零刚度系统4的正刚度减振弹簧7，准零刚度系统4安装在所述底座5上，激振作用于底座5，传递至第二连杆3，通过准零刚度系统4减振传递至多根立柱2，作用于被隔振体。优选地，准零刚度系统4安装在底座5的中心。
优选地，立柱2是柔性立柱，且柔性立柱2在水平方向的安装位置可调节。立柱2不仅起到支撑作用，还可以通过调节柔性立柱与水平方向的夹角，实现所述隔振平台在水平方向任意角度的减振。
优选地，立柱2在第二连杆3上的安装位置可调节。通过改变立柱2的安装位置，使得立柱2支撑桌面1的位置不同，从而使所述隔振平台可以适用于不同质量的被隔振体。
本实用新型所述准零刚度中心隔振平台适用于体积较大、重量较大、形状不规则被隔振体的隔振，对被隔振体的质心没有特别的要求，只要被隔振体的质心放置于立柱之间的桌面1上即可。图4是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台实施例示意图，如图4所示，被隔振体M为不规则形状物体，放置于桌面1上，激振作用于底座5，传递至第二连杆3，通过准零刚度系统4减振传递至立柱2，作用于被隔振体。
本实用新型所述隔振平台还适用于两件或两件以上有相互关联被隔振体的隔振，例如光学测量，只有一个中心减振，不同于传统的大载荷、大型平台需要多个减振弹簧，图5是本实用新型所述准零刚度中心隔振平台再一实施例示意图，如图5所示，被隔振体M1和M2为不同质量的物体，同时放置于桌面1上，激振作用于底座5，传递至第二连杆3，通过准零刚度系统4减振传递至立柱2，作用于被隔振体。
本实用新型对于被隔振体的数量没有要求，被隔振体可以有一个或多个，当被隔振体有多个时，各个被隔振体的质量可以相同或不同，准零刚度中心隔振平台只有一个中心隔振，具有一个固有频率，不同于传统的大型隔振平台需要多个减振弹簧，避免了多个减振器之间不易调平的问题，缩短调试周期，使用方便，只需根据不同的载荷调整平衡点。本实用新型通过准零刚度系统4的第一调节机构调整正刚度减振弹簧7的承载能力，使得该隔振平台适用于不同的被隔振体，通过第二调整杆13调整负刚度减振弹簧12的压紧力，从而调整整个系统的刚度，使得隔振平台的固有频率达到需求的固有频率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种准零刚度系统，其特征在于，包括正刚度减振弹簧、第一弹簧座、第二弹簧座、屈曲板、负刚度减振弹簧、第三弹簧座、支撑板、浮动板以及复位板，
其中，所述正刚度减振弹簧竖直放置于所述支撑板上，所述第一弹簧座与所述第二弹簧座分别位于所述正刚度减振弹簧的两端，所述正刚度减振弹簧的每一侧分别通过所述第一弹簧座与两个屈曲板连接，
所述负刚度减振弹簧水平安装在所述正刚度减振弹簧一侧的所述第三弹簧座中，所述负刚度减振弹簧位于同一侧的两个屈曲板之间，且安装有所述负刚度减振弹簧侧的每个屈曲板与所述第三弹簧座连接，且每个屈曲板分别与同一侧的浮动板连接，两侧的所述复位板竖直安装于所述支撑板的两侧并分别与两侧的浮动板连接，
激振通过支撑板作用于所述正刚度减振弹簧与所述负刚度减振弹簧，所述正刚度减振弹簧在竖直方向提供正刚度，所述负刚度减振弹簧在竖直方向提供负刚度，使得所述准零刚度系统的刚度趋于零。
2.根据权利要求1所述的准零刚度系统，其特征在于，所述准零刚度系统还包括第一调节机构，所述第一调节机构安装于所述第二弹簧座与所述支撑板之间，调整所述第二弹簧座的位置，以调整所述正刚度减振弹簧的承载能力。
3.根据权利要求2所述的准零刚度系统，其特征在于，所述第一调节机构包括载荷调整杆、调整轮以及第一调整杆，所述载荷调整杆一端安装于所述支撑板，另一端依次穿过所述调整轮和所述第二弹簧座，所述调整轮与所述第一调整杆连接，旋转所述第一调整杆，带动所述调整轮以及所述载荷调整杆旋转，以调整所述第二弹簧座的位置。
4.根据权利要求1所述的准零刚度系统，其特征在于，所述准零刚度系统还包括第二调整杆，所述第二调整杆依次穿过位于同一侧的所述浮动板、所述负刚度减振弹簧和所述第三弹簧座，旋转所述第二调整杆，以调整所述第三弹簧座的位置，从而调整所述负刚度减振弹簧的压紧力。
5.根据权利要求4所述的准零刚度系统，其特征在于，所述准零刚度系统还包括第一连杆，所述第一连杆两端分别连接位于两侧的浮动板。
6.根据权利要求5所述的准零刚度系统，其特征在于，所述第一连杆与所述第二调整杆位于同一水平面上。
7.一种准零刚度中心隔振平台，其特征在于，包括桌面、多根立柱、第二连杆、底座以及如权利要求1至6任一所述的准零刚度系统，
其中，被隔振体放置于所述桌面上，每根立柱的一端连接所述桌面，另一端固定在所述第二连杆上，支撑所述桌面，所述准零刚度系统的两侧均设置有所述第二连杆，所述第二连杆的一端与所述底座铰接，另一端连接所述准零刚度系统的正刚度减振弹簧，所述准零刚度系统安装在所述底座上，
激振作用于所述底座，传递至所述第二连杆，通过所述准零刚度系统减振传递至所述多根立柱，作用于所述被隔振体。
8.根据权利要求7所述的准零刚度中心隔振平台，其特征在于，所述立柱是柔性立柱，所述柔性立柱在水平方向的安装位置可调节。
9.根据权利要求7所述的准零刚度中心隔振平台，其特征在于，所述立柱在所述第二连杆上的安装位置可调节。
10.根据权利要求7所述的准零刚度中心隔振平台，其特征在于，所述被隔振体有多个，所述准零刚度中心隔振平台具有一个固有频率。
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