高线性度准零刚度隔振器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供高线性度准零刚度隔振器，包括支撑板、上下框架、八组水平弹簧机构、八组连杆机构、一组三永磁体机构、四组垂向支撑机构以及底座，支撑板上加工有安装孔，上框架安装有四组水平弹簧机构，与支撑板之间采用螺栓连接；下框架上安装有四组水平弹簧机构，通过四组垂向支撑机构与底座连接；上下框架之间采用螺栓连接；八组水平弹簧机构与三永磁体机构之间安装有连杆机构，采用销连接；上下框架连接处中部设计有凹槽，用以固定三永磁体机构的中永磁体。本发明专利技术实现了主要非线性刚度项的抵消，确保了准零刚度隔振器的高线性度，高线性度的实现使得准零刚度的动力学行为更加稳定，隔振性能更优，可更好的用于振动的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种隔振装置，具体地说是可用于低频隔振领域的隔振装置。
技术介绍
近些年，准零刚度隔振器因其优异的高静态刚度、低动态刚度特性得到了越来越多的关注，实现准零刚度的方式亦多种多样，其中较为典型的方法有：机械弹簧式、永磁体式、橡胶弹簧式以及电磁铁式([1]R.A.Ibrahim.“Recent advances in nonlinear passive vibration isolators.”J.Sound Vib,2008)。然而，上述这些方案所实现的准零刚度特性往往存在线性度差的问题，换言之，其在实现准零刚度特性的同时不得不附加一些非线性刚度，且有时所附加的非线性很强。公开为CN 102606673 B的专利给出了一种利用受压水平弹簧来实现负刚度的准零刚度弹簧隔振器结构，指出该结构存在承重不可调的缺点，并给出了一种利用电磁弹簧技术的承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法。分析该专利所给出理论推导及刚度曲线可以看出：该专利在实现准零刚度的同时明显会附加一些非线性刚度，且所附加的非线性特性在偏离静平衡位置较大时更为明显。公开号为CN 104033535 B的专利综合利用机械弹簧式以及永磁体式准零刚度技术的同时加以辅助调节装置，提出了一款适用于低频振动的三维隔振装置。所涉及水平单一方向上永磁体式准零刚度结构包括三个在同一直线上呈等间距布置，且中间滑动磁铁与上下固定磁铁之间呈相互吸引布置。已有研究指出，该种永磁体式准零刚度技术在实现的同时会引入立方非线性刚度，其动力学行为更加复杂([2]A.Carrella.“On the design of a high-static–low-dynamic stiffness isolator using linear mechanical springs and magnets.”J.Sound Vib,2008)。综上所述，非线性(尤其是强非线性)的存在不但会对系统的动力学特性产生非常大的影响，并且使其在主动控制领域非常难于控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供实现主要非线性刚度项相互抵消的高线性度准零刚度隔振器。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术高线性度准零刚度隔振器，其特征是：包括支撑板、上框架、下框架、底座、中心轴、水平弹簧机构，上框架和下框架固定在一起，支撑板固定在上框架上方，底座设置在下框架下方，下框架与底座之间设置弹簧，上框架的中心通过上永磁体安装盖和上永磁体安装座安装上永磁体，下框架的中心通过下永磁体安装盖和底座安装下永磁体，上框架和下框架配合处固定中永磁体，中心轴下端固定在底座上，中心轴上端依次穿过下永磁体、中永磁体、上永磁体，中心轴分别与下永磁体和上永磁体固定，中心轴与中永磁体之间通过轴承配合，中心轴上套有上机械弹簧和下机械弹簧，上机械弹簧设置在上永磁体和中永磁体之间，下机械弹簧设置在中永磁体和下永磁体之间；上框架以上永磁体为中心伸出第一-第四上悬臂梁，下框架以下永磁体为中心伸出第一-第四下悬臂梁，所述水平弹簧机构包括第一水平弹簧单元和第二水平弹簧单元，第一水平弹簧单元包括弹簧安装座、滑块、直线导轨、连杆机构，弹簧安装座里安装水平弹簧，水平弹簧连接滑块，滑块安装在直线导轨上，连杆机构包括第一连杆、第二连杆以及安装在第一连杆和第二连杆之间的两个滚动轴承，第一销轴和第二销轴均穿过第一连杆和第二连杆，并分别与一个滚动轴承相配合，第二水平弹簧单元与第一水平弹簧单元结构相同；第一上悬臂梁上安装第一水平弹簧单元，第一水平弹簧单元的弹簧安装座和直线导轨与第一上悬臂梁相连，第一销轴安装在滑块上，第二销轴安装在上永磁体安装座上，第一连杆和第二连杆顶在滑块上并推动滑块移动，第二-第四上悬臂梁上也安装第一水平弹簧单元，其安装方式与第一上悬臂梁相同；第一下悬臂梁上安装第二水平弹簧单元，第二水平弹簧单元的弹簧安装座和直线导轨与第一下悬臂梁相连，第一销轴安装在滑块上，第二销轴安装在底座上，第一连杆和第二连杆顶在滑块上并推动滑块移动，第二-第四下悬臂梁上也安装第二水平弹簧单元，其安装方式与第一下悬臂梁相同。本专利技术还可以包括：1、弹簧安装座里设置导槽，导槽里安装调节螺母，调节螺母与水平弹簧相连，调节螺母里安装调节螺栓，调节螺栓伸出端与弹簧安装座之间安装推力轴承。2、中永磁体与上永磁体和下永磁体皆呈极性相吸布置。3、下框架与底座之间的弹簧内部装有导向轴，导向轴的下端与底座固定，导向轴的上端穿过下框架并与下框架配合，导向轴与下框架配合处安装直线轴承。本专利技术的优势在于：本专利技术针对现有准零刚度隔振器在实现准零刚度时不得不引入非线性刚度项这一技术问题，综合利用具有渐硬刚度特性的机械弹簧式准零刚度结构以及具有渐软刚度特性的永磁体式准零刚度结构，合理调整结构参数，实现主要非线性刚度项的相互抵消，最终提供一种高线性度准零刚度隔振器，同时给出了其机构参数需要满足的一些必要条件，实现更宽的隔振频带，增强低频隔振能力及动力学稳定性。本专利技术首次提出了一种综合利用分别具有渐硬与渐软特性的准零刚度结构的准零刚度隔振器，并通过合理调整结构参数，实现了主要非线性刚度项的抵消，确保了准零刚度隔振器的高线性度，这一点是现有专利技术所做不到的。高线性度的实现使得准零刚度的动力学行为更加稳定，隔振性能更优，可更好的用于振动问题(尤其是低频振动领域)的控制。附图说明图1为本专利技术的结构原理图；图2为本专利技术正等测图；图3为本专利技术剖视图；图4为上框架正三轴测图；图5为下框架正三轴测图；图6为水平弹簧机构正三轴测图；图7为连杆机构爆炸图；图8为三永磁体机构正三轴测图；图9为垂向支撑机构半剖图；图10为不同结构参数下的力-位移曲线图；图11为不同结构参数下的刚度-位移曲线图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-11，本专利技术高线性度准零刚度隔振器，包括支撑板1、上下框架、八组水平弹簧机构、八组连杆机构、一组三永磁体机构、四组垂向支撑机构以及底座22。支撑板1上加工有安装通孔，用于支撑被隔振物体，并通过螺栓与上框架14连接。八组水平弹簧机构分别安装于上下框架所伸出的悬臂梁之上，上框架14与下框架21各安装四组，水平弹簧机构与三永磁体机构之间设计有连杆机构，通过销连接。上框架14与下框架21之间采用螺栓固定，两者配合处设计有凹槽，用以固定三永磁体机构的中永磁体17。此外，下框架21与底座22之间设计有四组垂向支撑机构，用以提供正刚度支撑。需要说明的是，上框架14与下框架21皆采用不导磁的304不锈钢加工制作，避免对中永磁体17的磁场分布产生影响。图6为本专利技术高线性度准零刚度隔振器中水平弹簧机构的正三轴测图。所述水平弹簧机构包括弹簧安装座2、调整螺栓10、推力轴承11、调节螺母12、机械弹簧9、滑块15以及直线导轨16。机械弹簧9在工作时始终处于压缩状态，其一端固定于弹簧安装座2卡槽内的调节螺母12之上，另一端随滑块15而沿着直线导轨16单向自由移动。弹簧安装座2和直线导轨16皆通过螺栓与上下框架的悬臂梁相连接。此外，为实现机械弹簧9固定端位置的人工可调节，弹簧安装座2内部设计有调整螺栓10、推力轴承11以及调节螺母12等部件，调节螺母12卡于弹簧安装座2的导槽之中，用以抵住机械弹簧9，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
高线性度准零刚度隔振器，其特征是：包括支撑板、上框架、下框架、底座、中心轴、水平弹簧机构，上框架和下框架固定在一起，支撑板固定在上框架上方，底座设置在下框架下方，下框架与底座之间设置弹簧，上框架的中心通过上永磁体安装盖和上永磁体安装座安装上永磁体，下框架的中心通过下永磁体安装盖和底座安装下永磁体，上框架和下框架配合处固定中永磁体，中心轴下端固定在底座上，中心轴上端依次穿过下永磁体、中永磁体、上永磁体，中心轴分别与下永磁体和上永磁体固定，中心轴与中永磁体之间通过轴承配合，中心轴上套有上机械弹簧和下机械弹簧，上机械弹簧设置在上永磁体和中永磁体之间，下机械弹簧设置在中永磁体和下永磁体之间；上框架以上永磁体为中心伸出第一‑第四上悬臂梁，下框架以下永磁体为中心伸出第一‑第四下悬臂梁，所述水平弹簧机构包括第一水平弹簧单元和第二水平弹簧单元，第一水平弹簧单元包括弹簧安装座、滑块、直线导轨、连杆机构，弹簧安装座里安装水平弹簧，水平弹簧连接滑块，滑块安装在直线导轨上，连杆机构包括第一连杆、第二连杆以及安装在第一连杆和第二连杆之间的两个滚动轴承，第一销轴和第二销轴均穿过第一连杆和第二连杆，并分别与一个滚动轴承相配合，第二水平弹簧单元与第一水平弹簧单元结构相同；第一上悬臂梁上安装第一水平弹簧单元，第一水平弹簧单元的弹簧安装座和直线导轨与第一上悬臂梁相连，第一销轴安装在滑块上，第二销轴安装在上永磁体安装座上，第一连杆和第二连杆顶在滑块上并推动滑块移动，第二‑第四上悬臂梁上也安装第一水平弹簧单元，其安装方式与第一上悬臂梁相同；第一下悬臂梁上安装第二水平弹簧单元，第二水平弹簧单元的弹簧安装座和直线导轨与第一下悬臂梁相连，第一销轴安装在滑块上，第二销轴安装在底座上，第一连杆和第二连杆顶在滑块上并推动滑块移动，第二‑第四下悬臂梁上也安装第二水平弹簧单元，其安装方式与第一下悬臂梁相同。...

【技术特征摘要】
1.高线性度准零刚度隔振器，其特征是：包括支撑板、上框架、下框架、底座、中心轴、水平弹簧机构，上框架和下框架固定在一起，支撑板固定在上框架上方，底座设置在下框架下方，下框架与底座之间设置弹簧，上框架的中心通过上永磁体安装盖和上永磁体安装座安装上永磁体，下框架的中心通过下永磁体安装盖和底座安装下永磁体，上框架和下框架配合处固定中永磁体，中心轴下端固定在底座上，中心轴上端依次穿过下永磁体、中永磁体、上永磁体，中心轴分别与下永磁体和上永磁体固定，中心轴与中永磁体之间通过轴承配合，中心轴上套有上机械弹簧和下机械弹簧，上机械弹簧设置在上永磁体和中永磁体之间，下机械弹簧设置在中永磁体和下永磁体之间；上框架以上永磁体为中心伸出第一-第四上悬臂梁，下框架以下永磁体为中心伸出第一-第四下悬臂梁，所述水平弹簧机构包括第一水平弹簧单元和第二水平弹簧单元，第一水平弹簧单元包括弹簧安装座、滑块、直线导轨、连杆机构，弹簧安装座里安装水平弹簧，水平弹簧连接滑块，滑块安装在直线导轨上，连杆机构包括第一连杆、第二连杆以及安装在第一连杆和第二连杆之间的两个滚动轴承，第一销轴和第二销轴均穿过第一连杆和第二连杆，并分别与一个滚动轴承相配合，第二水平弹簧单元与第一水平弹簧单元结构相同；第一上悬臂梁上安装第一水平弹簧单元，第一水平弹簧单元的弹簧安装座和直线导轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学广，韩超，吴牧云，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23