CN208203901U - 基于负刚度机构的低频隔振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于负刚度机构的低频隔振装置，载物台设在底座上方的中心，载物台的下部前后两侧对称地设有两个U形滑槽，在两个U形滑槽之间具有滑道，在两个U形滑槽的左、右部各设有一对通过转轴连接的滚轮，两个四杆机构对称地设在载物台的两侧；四杆机构中，杆I与底座的侧面固定连接，杆I的上端和下端分别与杆IV外端和杆II外端铰接，杆III的上端和下端分别与杆IV里端和杆II中部铰接；两个四杆机构中的杆II的里端均伸入滑道中，且分别可转动地套设于两个转轴的外部；阻尼器和正刚度弹簧均竖直连接在底座与载物台之间。该装置低频隔振性能好。

Description

基于负刚度机构的低频隔振装置

技术领域

本实用新型涉及一种隔振装置，具体是一种基于负刚度机构的低频隔振装置，属于低频隔振技术领域。

背景技术

振动是自然界最常见的现象之一，不利的振动会破坏机械装备的稳定性，有利的振动则可以加以利用并提高工作效率。

大多数情况下的振动都是有害的，影响人们正常的工作与生活。因此，研究各种有效的减振、隔振装置具有重大的意义。

隔振技术分为有线性隔振和非线性被动隔振，其中，线性隔振技术已经比较成熟，其隔振简单且效果好，但有着较大的静态位移，因此，在低频被动隔振的研究中，逐渐向非线性被动隔振转移。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于负刚度机构的低频隔振装置，该装置能够实现非线性被动隔振，具有低静刚度、高动刚度、结构简单、成本低的优点。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于负刚度机构的低频隔振装置，包括底座、载物台、四杆机构、阻尼器和正刚度弹簧；底座包括水平设置的底面和竖直设置在底面两侧的侧面；

所述载物台水平地设置在底座上方的中心，载物台的下部前后两侧对称地设置有左右方向延伸的两个U形滑槽，在两个U形滑槽之间具有左右方向延伸的滑道，在两个U形滑槽的左部和右部各设置有一对滚轮，一对滚轮之间通过转轴连接；

两个四杆机构对称地设置在载物台的左右两侧；所述的四杆机构包括位于上部的杆IV、竖直地设置在外侧的杆I、设置在底部的杆II和设置在内侧的杆III，其中，杆I与底座的侧面固定连接，杆I的上端和下端分别与杆IV外端和杆II外端铰接，杆III的上端和下端分别与杆IV里端和杆II中部铰接；两个四杆机构中的杆II的里端均伸入滑道中，且分别可转动地套设于两个转轴的外部；

所述阻尼器和正刚度弹簧均竖直设置，其底端均与底座的底面上端面连接，顶端均与载物台的底端连接。

进一步，为了提高隔振性能，所述杆IV为柔性杆，且杆I、杆II和杆III均为刚性杆。

进一步，为了方便安装与拆卸，所述杆I通过T形块与底座的侧面固定连接。

本实用新型通过将两个四杆机构对称安装在底座的左右两侧，在上部的一个杆为柔性杆，与其相对的杆为可旋转360度的主动杆，且主动杆的端部与载物台内的滚轮连接，这样的四杆机构在运动过程中存在负刚度，利用四杆机构的负刚度来抵消掉弹簧的正刚度，从而可以实现被动非线性低频隔振，其结构简单、成本低，且易于实现。具体地，载物台的底端通过正刚度弹簧和阻尼器连接底座，当底座存在振动时，负刚度机构存在的负刚度能够与弹簧的正刚度相互抵消，从而有效地减小了载物台上被隔振物体的振动。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中T形块的结构示意图；

图3是本实用新型中四杆机构的结构示意图；

图4是本实用新型中载物台的结构示意图；

图5是本实用新型中载物台内滚轮与四杆机构连接结构示意图；

图6是本实用新型中四杆机构的矢量关系示意图。

图中：1、底座，2、T形块，3、四杆机构，3-1、杆I,3-2、杆II,3-3、杆III，3-4、杆IV，4、被隔振物体，5、载物台，6、滚轮，7、阻尼器，8、正刚度弹簧，9、转轴，10、U形滑槽，11、滑道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中的上、下、左、右、前、后都以图1中的的上、下、左、右、前、后为基准。

如图1所示，一种基于负刚度机构的低频隔振装置，包括底座1、载物台5、四杆机构3、阻尼器7和正刚度弹簧8；底座1包括水平设置的底面和竖直设置在底面两侧的侧面；

所述载物台5水平地设置在底座1上方的中心，如图1和4所示，载物台5的下部前后两侧对称地设置有左右方向延伸的两个U形滑槽10，在两个U形滑槽10之间具有左右方向延伸的滑道11，在两个U形滑槽10的左部和右部各设置有一对滚轮6，一对滚轮6之间通过转轴9连接；滚轮6在U形滑槽10内也不会滑落，具体可以在每个U形滑槽10的左右两端均设置限位块或挡板，以防止滚轮6滚出U形滑槽10，每对滚轮6的运动是对称同步的，且两个滚轮6不会相互干涉。

两个四杆机构3对称地设置在载物台5的左右两侧；所述的四杆机构3包括位于上部的杆IV3-4、竖直地设置在外侧的杆I3-1、设置在底部的杆II3-2和设置在内侧的杆III3-3，其中，杆I3-1与底座1的侧面固定连接，杆I3-1的上端和下端分别与杆IV3-4外端和杆II3-2外端铰接，杆III3-3的上端和下端分别与杆IV3-4里端和杆II3-2中部铰接；两个四杆机构3中的杆II3-2的里端均伸入滑道中，且分别可转动地套设于两个转轴9的外部；

所述阻尼器7和正刚度弹簧8均竖直设置，其底端均与底座1的底面上端面连接，顶端均与载物台5的底端连接。

为了提高隔振性能，所述杆IV3-4为柔性杆，且杆I3-1、杆II3-2和杆III3-3均为刚性杆。如图3是本实用新型中四杆机构3最基本的形式，其杆IV3-4、杆II3-2和杆III3-3均外低里高倾斜地设置，其中，杆I3-1是机架，在实际运动中静止不动，杆II3-2为主动杆，在运动过程中旋转360°，其里端与连接一对滚轮6的转轴9相连。

为了方便安装和拆卸，所述杆I3-1通过T形块2与底座1的侧面固定连接。如图2所示，T形块2由与底座1的侧面相平行的连接板一与垂直连接板一的连接板二组成，在连接板一和二上均设置有多个螺纹孔，连接板一通过螺栓与底座1的侧面固定连接，连接板二通过螺栓与杆I3-1固定连接；

由于刚度是力与其位移的比值，表达式为dF/dX，其中，dX表示形变量。对于具有负刚度特性且只含一个柔性杆的四杆机构，它的主动杆上的作用力可以通过拉格朗日方程求得。由图3和图6中柔性四杆模型可以得到封闭环矢量方程：

并设θ₂是对应的主动角，是已知变量。将其分别向X轴方向，Y轴方向投影得到投影方程：

根据已知，系统的动能来自于杆II3-2、杆III3-3和杆IV3-4的动能之和，最后，求出四杆机构3的总动能和总势能，带入第二类拉格朗日方程，选择θ₂作为广义坐标。得到动力学微分方程：

然后，根据刚度对应的表达式dF/dX，得出四杆机构3具有负刚度，当底座1存在振动时，负刚度四杆机构3存在的负刚度能够与正刚度弹簧8的刚度相互抵消，有效的减小载物台5上被隔振物体4的振动。

本实用新型基于一种负刚度机构的低频隔振装置，也是以正负刚度并联抵消的形式，提出了一种具有负刚度特性的柔性四杆机构代替传统的弹簧。这种新型的非线性被动隔振装置对低频隔振效果好，结构简单、成本低且易实现。

Claims (3)

1.一种基于负刚度机构的低频隔振装置，包括底座(1)，底座(1)包括水平设置的底面和竖直设置在底面两侧的侧面；其特征在于，还包括载物台(5)、四杆机构(3)、阻尼器(7)和正刚度弹簧(8)；

所述载物台(5)水平地设置在底座(1)上方的中心，载物台(5)的下部前后两侧对称地设置有左右方向延伸的两个U形滑槽(10)，在两个U形滑槽(10)之间具有左右方向延伸的滑道(11)，在两个U形滑槽(10)的左部和右部各设置有一对滚轮(6)，一对滚轮(6)之间通过转轴(9)连接；

两个四杆机构(3)对称地设置在载物台(5)的左右两侧；所述的四杆机构(3)包括杆I(3-1)、II(3-2)、杆III(3-3)杆IV(3-4)，其中，杆I(3-1)与底座(1)的侧面固定连接，杆I(3-1)的上端和下端分别与杆IV(3-4)外端和杆II(3-2)外端铰接，杆III(3-3)的上端和下端分别与杆IV(3-4)里端和杆II(3-2)中部铰接；两个四杆机构(3)中的杆II(3-2)的里端均伸入滑道中，且分别可转动地套设于两个转轴(9)的外部；

所述阻尼器(7)和正刚度弹簧(8)均竖直设置，其底端均与底座(1)的底面上端面连接，顶端均与载物台(5)的底端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于负刚度机构的低频隔振装置，其特征在于，所述杆IV(3-4)为柔性杆，且杆I(3-1)、杆II(3-2)和杆III(3-3)均为刚性杆。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于负刚度机构的低频隔振装置，其特征在于，所述杆I(3-1)通过T形块(2)与底座(1)的侧面固定连接。