CN109139760B - 一种正负刚度并联的准零刚度隔振器 - Google Patents

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Abstract

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，该隔振器包括底座、上盖、支撑杆、螺旋弹簧、垫片、环形铁芯、扇形永磁体、定子、永磁体夹持机构、工作气隙和导向板；所述扇形永磁体、定子、永磁体夹持机构、气隙构成磁通回路，组成具有磁负刚度的磁力弹簧；所述螺旋弹簧连接支撑杆与上盖，提供隔振器的初始正刚度，与磁负刚度并联，降低环形铁芯在平衡位置的动刚度；底座下部安装导向板与支撑杆滑动配合；本发明与现有准零刚度隔振器相比，具有承载力大，机构紧凑等优点，作为被动隔振器，能够有效的降低隔振***的固有频率，拓宽隔振频带，具有易维护、可靠性强等优点。

Description

一种正负刚度并联的准零刚度隔振器
技术领域
本发明涉及低频被动隔振技术领域，具体涉及一种正负刚度并联的准零刚度隔振器。
背景技术
被动振动控制由于不需要外界能源，装置结构简单，易于实现，经济性与可靠性好，已广泛地在各工程领域中得到应用。但随着科学技术的发展，以及对振动环境、对产品与结构振动特性越来越高的要求，被动振动控制的局限性就暴露出来。如被动隔振器对外扰频率大于受控对象隔振器***固有频率的
Figure BDA0001797923300000011
倍时才能起减振作用，但对低频如小于2Hz外扰的隔振在实现时就会遇到静变形过大与失稳的问题，造成低频隔振难题。准零刚度隔振是通过正负刚度并联结构，在保证***正刚度的前提下，实现***刚度的减小，从而降低***固有频率，提高隔振性能，但是此类准零刚度隔振器正刚度较低，且存在非线性，导致隔振传递率存在跳跃现象，影响隔振效果。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，本发明隔振器在其工作平衡位置附近具有高静刚度-低动刚度特性，可用于低频、超低频振动隔振，其结构简单、安装方便，承载力大，成本低的特点，能够有效降低隔振***的固有频率，拓宽隔振频带，为低频、超低频振动控制提供一种可靠的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括设置在上盖1与底座2的腔体内部的永磁体机构，所述永磁体机构包括环形永磁体夹持机构(8)和多块扇形永磁体(10)，多块扇形永磁体10安装在环形永磁体夹持机构8的内部卡槽，永磁体夹持机构8的上下端分别安装上端定子6和下端定子7，多块扇形永磁体10围绕环形铁芯9同轴布置，环形铁芯9上下表面分别与上端定子6的下表面和下端定子7的上表面之间形成工作气隙11，环形铁芯9与支撑杆3通过螺纹连接，支撑杆3的上部通过螺母与螺旋弹簧4连接，螺旋弹簧4安装在上盖1的卡槽内，螺旋弹簧4通过螺栓与上盖1连接，螺旋弹簧4的螺栓连接处的下端安装垫片12，用于调整螺旋弹簧4高度位置，从而调整环形铁芯9在工作气隙11中的静平衡位置；所述底座2的底部安装有导向板5，导向板5安装在底座2的卡槽处，导向板5中心开有通孔，与支撑杆3的下端滑动配合，导向板5通过非导磁螺栓与底座2固定连接；所述底座2、上盖1、支撑杆3、螺旋弹簧4和导向板5同轴心装配，底座2与上盖1的卡槽之间留有0.5mm间隙，用螺栓螺母固定时可以预紧腔体内的永磁体机构。
所述上盖1、底座2、支撑杆3、螺旋弹簧4和垫片12均采用硬铝合金材料。导向板5采用铜材料。
所述永磁体10采用钕铁硼材料，沿环向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯9、永磁体夹持机构8、上端定子6和下端定子7采用坡莫合金材料。
所述导向板5材料采用铜。
所述螺栓和螺母采用非导磁材料。
所述扇形永磁体10的数量为八块。
所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆3传递至环形铁芯9，使得环形铁芯9在工作气隙11中产生振动，永磁体机构与环形铁芯9、上端定子6、下端定子7和工作气隙11组成磁通回路，扇形永磁体10流出的磁通量穿过环形铁芯9，并在其上下表面的工作气隙11处产生磁应力，当环形铁芯9偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯9在工作气隙11中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧4作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接；使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振器的共振频率。螺旋弹簧4提供高的静刚度，使得隔振器的承载能力提高，静态位移减小；较低的动刚度使隔振器的固有频率很低，提高隔振器的隔振频带。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：本发明的准零刚度隔振器具有足够大的静刚度支撑隔振对象，承载力大，稳定性好，同时隔振***在静平衡位置附近振动时的动刚度很低，适用于低频、超低频隔振应用。本发明的准零刚度隔振器永磁体机构结构紧凑，加工制造方便，易于维护，安装方便。通过调节垫片，实现静平衡位置的调节，使隔振器具有更好的刚度特性。
附图说明
图1为本发明准零刚度隔振器示意图。
图2为本发明准零刚度隔振器结构剖面图。
图3为本发明永磁体与夹持机构示意图。
图4为本发明隔振器螺旋弹簧元件示意图。
图5为本发明隔振器导向板元件示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，包括上盖1、底座2、支撑杆3，螺旋弹簧4将支撑杆3与上盖1连接，螺旋弹簧4与上盖1之间安装有垫片12，用于调整螺旋弹簧4的竖直方向位置。所述螺旋弹簧4与上盖1通过螺栓固定连接。支撑杆3上端穿过螺旋弹簧4中间的通孔，支撑杆3下端穿过导向板5中间的通孔。上盖1与底座2采用螺栓固定连接。当支撑杆3受力时与隔振器的上盖1和底座2产生相对运动。
如图2所示，所述隔振器内部的永磁体机构包括：扇形永磁体10和永磁体夹持机构8，上端定子6和下端定子7分别安装在永磁体夹持机构8的上下两侧。八块扇形永磁体10围绕环形铁芯9，安装在永磁体夹持机构8的内侧凹槽中，通过粘接剂固定，环形铁芯9安装在上端定子6与下端定子7之间，并与扇形永磁体10保持水平。环形铁芯9的上下表面分别与上端定子6的下表面和下端动子7的上表面之间形成工作气隙11。环形铁芯9、永磁体10、永磁体夹持机构8、导向板5、上端定子6和下端定子7采用同轴心布置。
作为本发明的优选实施方式，上盖1、底座2、支撑杆3、螺旋弹簧4、和垫片12均采用硬铝合金材料。
作为本发明的优选实施方式，永磁体10采用钕铁硼材料，沿半径方向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯9、永磁体夹持机构8、上端定子6和下端定子7均采用坡莫合金材料。
作为本发明的优选实施方式，所述支撑杆3与环形铁芯9采用螺纹连接。
本发明的工作原理为：如图2所示，当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆3传递至环形铁芯9，使得环形铁芯9在工作气隙11中产生振动，永磁体机构与环形铁芯9、上端定子6、下端定子7和工作气隙11组成磁通回路，扇形永磁体10流出的磁通量在环形铁芯9上下表面工作气隙11处产生磁应力，当环形铁芯9偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯9在工作气隙11中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧4作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接，使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振***的共振频率。螺旋弹簧4提供高的静刚度，使得隔振器的承载能力提高，静态位移减小；较低的动刚度使隔振器的固有频率很低，拓宽隔振器的隔振频带。

Claims (7)

1.一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：包括设置在上盖(1)与底座(2)的腔体内部的永磁体机构，所述永磁体机构包括环形永磁体夹持机构(8)和多块扇形永磁体(10)，多块扇形永磁体(10)安装在环形永磁体夹持机构(8)的内部卡槽中并围绕环形铁芯(9)同轴布置，永磁体夹持机构(8)的上下端分别安装上端定子(6)和下端定子(7)，环形铁芯(9)上下表面分别与上端定子(6)的下表面和下端定子(7)的上表面之间形成工作气隙(11)，支撑杆(3)穿过环形铁芯(9)并与环形铁芯(9)通过螺纹连接，支撑杆(3)的上部通过螺母与螺旋弹簧(4)连接，螺旋弹簧(4)安装在上盖(1)的卡槽内，螺旋弹簧(4)通过螺栓与上盖(1)连接，螺旋弹簧(4)的螺栓连接的下端安装垫片(12)，用于调整螺旋弹簧(4)高度位置，从而调整环形铁芯(9)在工作气隙(11)中的静平衡位置；所述底座(2)的底部安装有导向板(5)，导向板(5)安装在底座(2)的卡槽处，导向板(5)中心开有通孔，与支撑杆(3)的下端滑动配合，导向板(5)通过非导磁螺栓与底座(2)固定连接；所述底座(2)、上盖(1)、支撑杆(3)、螺旋弹簧(4)和导向板(5)同轴心装配，底座(2)与上盖(1)的卡槽之间留有间隙，用螺栓和螺母固定时能够预紧腔体内的永磁体机构；
当隔振对象受到竖直方向的扰动时，该扰动会通过支撑杆(3)传递至环形铁芯(9)，使得环形铁芯(9)在工作气隙(11)中产生振动，永磁体机构与环形铁芯(9)、上端定子(6)、下端定子(7)和工作气隙(11)组成磁通回路，扇形永磁体(10)流出的磁通量穿过环形铁芯(9)，并在其上下表面的工作气隙(11)处产生磁应力，当环形铁芯(9)偏离平衡位置时，该磁应力沿环形铁芯(9)在工作气隙(11)中的位移方向形成负刚度，与螺旋弹簧(4)作为支撑元件提供隔振器的正刚度并联连接，使得隔振器在平衡位置的总刚度降低并趋近于零，从而降低隔振器的共振频率。
2.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述上盖(1)、底座(2)、支撑杆(3)、螺旋弹簧(4)和垫片(12)采用硬铝合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述扇形永磁体(10)采用钕铁硼材料，辐射充磁方向由内向外，沿环向内侧面为N极，外侧面为S极；所述环形铁芯(9)、永磁体夹持机构(8)、上端定子(6)和下端定子(7)采用高磁导率的坡莫合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述导向板(5)材料采用铜。
5.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述螺栓和螺母采用非导磁材料。
6.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述底座(2)与上盖(1)的卡槽之间留有0.5mm间隙。
7.根据权利要求1所述的一种正负刚度并联的准零刚度隔振器，其特征在于：所述扇形永磁体(10)的数量为八块。
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