CN109723756A - 可调式超低频准零刚度隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调式超低频准零刚度隔振器，属于隔振器领域，其包括外壳，外壳内设置有第一圆筒，第一圆筒呈上端封闭下端开口的圆筒状，第一圆筒的上端水平设置，用以承载被隔振设备，第一圆筒的外侧均匀设置有若干负刚度机构，负刚度机构的数量大于两个，负刚度机构的一端与外壳的内壁固定连接，其另一端安装于水平固定设置于外壳的内壁上的第二连接杆上，第二连接杆朝向第一圆筒的中心轴设置，且负刚度机构的另一端通过第一连接杆与第一圆筒连接，第一连接杆的两端分别与第一圆筒和负刚度机构铰接，第一圆筒内设置有正弹簧，正弹簧的上端与第一圆筒的上端固定连接，正弹簧的下端通过升降装置与外壳的底部连接。本发明具有更宽的零刚度范围。

Description

可调式超低频准零刚度隔振器

技术领域

本发明涉及振动控制领域，特别涉及一种可调式超低频准零刚度隔振器。

背景技术

振动控制对结构的安全性，加工精度和人体健康有着重要的影响。长期以来，由于设计低或超低的隔振器很难隔离或减轻低频振动，低频或超低频率的振动控制一直是一个难题。

而负刚度机构为设计低刚度甚至零刚度的隔振器提供了契机，推动了低频振动控制的研究。在以往的隔振器中，采用对角正弹簧，凸轮-滚子正弹簧机构，预压缩正弹簧，仿生结构，气动直线致动器，磁铁等构造负刚度机构。首先，利用准零刚度隔振器对单方向振动进行抑制，与相应的线性***相比，准零刚度机构在低频区域具有良好的隔振性能。在对准零刚度隔振器的后续研究中，研究人员提出了一种减小轴系扭转振动的扭转隔振器和一种同时提高垂直和水平方向隔振效果的多方向隔振装置。准零刚度隔振器由于其在低频区域减振的优点，被用于改善车辆的舒适性、绝对运动测量传感器、降低机械振动传播的浮筏***和保护婴儿免受振动的新生儿运输。准零刚度机构是非线性的，随着参数的变化，非线性可以有效地增加。由于刚度与位移有关，其隔振性能与激励幅值有关。

对于传统的准零刚度隔振***，其刚度在静态平衡位置为零，在静止位置附近的一个小区域接近于零。随着位移的增加，隔振器的刚度迅速增大，非线性程度越来越强，这对准零刚度机构的隔振性能造成了危害，限制了其在超低频区域的应用。本专利目的是为了进一步扩展频带，减小激励幅值对隔离性能的影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种可调式超低频准零刚度隔振器，包括外壳，所述外壳内固定设置有第一圆筒，所述第一圆筒呈上端封闭下端开口的圆筒状，所述第一圆筒的上端水平设置，用以承载被隔振设备，所述第一圆筒的外侧均匀设置有若干负刚度机构，所述负刚度机构为准零刚度机构，所述负刚度机构的数量大于两个，所述负刚度机构的一端与所述外壳的内壁固定连接，其另一端安装于水平固定设置于所述外壳的内壁上的第二连接杆上，所述第二连接杆朝向所述第一圆筒的中心轴设置，且所述负刚度机构的另一端通过第一连接杆与所述第一圆筒连接，所述第一连接杆的两端分别与所述第一圆筒和所述负刚度机构铰接，所述第一圆筒内设置有正弹簧，所述正弹簧的上端与所述第一圆筒的上端固定连接，所述正弹簧的下端通过升降装置与所述外壳的底部连接。

其中，本申请中采用的负刚度机构其本身可独立地达到准零状态，为准零刚度机构，其可被横向压缩或者拉伸而达到准零状态，其采用现有技术的准零刚度机构，因此本申请说明书未对其具体结构进行赘述。

另外，本申请中采用的负刚度机构其本身可独立地达到准零状态，形成了双准零刚度机构，从而使得本发明与传统的准零刚度隔振器相比较该隔振器具有更宽的零刚度范围。

其中，第二连接杆亦环绕所述第一圆筒的中心线均匀设置，且第二连接杆远离所述外壳的一端朝向所述第一圆筒设置，因此能保证负刚度机构能保持水平地沿着第二连接杆的轴向方向即朝向第一圆筒的中心轴的方向被压缩和拉伸。

另外，由于第一连接杆的两端反分别与第一圆筒和负刚度机构铰接，因此第一连接杆可以分别以其两端为转动中心上下摆动，进而使得第一圆筒在被隔振设备的压力下，可以相对于外壳上下移动，又由于多个负刚度机构均匀地环绕所述第一圆筒设置，因此第一圆筒可以竖直的在外壳内上下移动。

第一圆筒上未放置有被隔振设备时，第一连接杆处于水平状态，负刚度机构处于准零状态；对设备进行隔振时，将被隔振设备放置在第一圆筒的顶端，此时正弹簧被压缩，第一圆筒竖直下移，第一连接杆被第一圆筒向下拉，负刚度机构被第一连接杆沿着第二连接杆拉伸；然后，通过调节升降装置的高度，可以调节正弹簧的压缩量，使得第一连接杆重新处于水平位置，负刚度机构重新回到准零状态，此时本发明整体亦回到准零状态，进而使得本发明处于双准零刚度状态，从而使得本发具有更宽的零刚度范围，有效地拓宽了频带，提高了超低频段的隔离性能。

优选的，所述负刚度机构为负刚度屈曲结构。

负刚度准零结构为屈曲结构，可以有效节省安装空间。

优选的，所述第一连接杆远离所述第一圆筒的一端铰接有第二圆筒，所述第二圆筒远离所述第一连接杆的一端与所述负刚度准零结构远离所述外壳的一端固定连接，且所述第二圆筒沿着所述第二连接杆的轴向方向可往复移动地套设于所述第二连接杆。

负刚度机构的一端固定在外壳的内壁上，其另一端固定在第二圆筒上，第一圆筒上下运动时，会拉动第一连接杆，从而拉动第二圆筒沿着第二连接杆水平移动，此时负刚度机构会被第二圆筒沿着第二连接杆的轴向防线拉伸或者压缩。

优选的，所述升降装置包括设置于所述外壳的底部的底座和通过螺纹结构与所述底座连接的蜗轮，所述外壳内还可转动地设置有与所述蜗轮配合的蜗杆，所述正弹簧的下端与所述蜗轮的上表面相抵。

进一步的，所述底座的上表面设置有支撑柱，所述支撑柱的外表面设置有第一外螺纹，所述蜗轮对应所述支撑柱设置有支撑腔，所述支撑腔套设于所述支撑柱，且所述支撑腔的内壁对应所述调节外螺纹设置有与之配合的第一内螺纹，且所述支撑柱、所述蜗轮以及所述第一圆筒同中心轴设置。

通过转动蜗杆可以带动蜗轮的转动，蜗轮转动时会沿着支撑柱表面的第一外螺纹上升或者下降，从而压缩或者拉伸正弹簧，从而达到调整正弹簧的压缩量的目的。

进一步的，所述蜗杆延伸出所述外壳。

延伸出外壳的蜗杆可以便于对其进行转动操作。

进一步的，所述外壳内还设置有第三圆筒，所述第三圆筒通过支架设置于所述外壳的内壁，所述第一圆筒壳可上下移动的设置于所述第三圆筒内，且所述第三圆筒与所述第一圆筒同中心轴设置。

进一步的，所述第三圆筒套设于所述第一圆筒外，且所述第三圆筒通过直线轴承与所述第一圆筒连接。

第三圆筒环绕正弹簧设置，且通过支架固定设置在外壳的内壁，第一圆筒的外壁通过直线轴承与第三圆筒的外壁连接，因此第一圆筒可以沿着其自身的轴向方向上下移动，即在竖直方向上下移动。

进一步的，所述蜗轮的上表面设置有螺纹管，所述螺纹管的内壁设置有第二内螺纹，所述第三圆筒插设于所述螺纹管内，且所述第三圆筒的外壁对应所述内螺纹设置有与之配合的第二外螺纹。

第三圆筒的下端距离蜗轮的上表面具有一定的距离，用以使蜗轮可以沿着支撑柱上下移动一定的距离，其中，第三圆筒上的第二外螺纹与支撑柱上的第一外螺纹的规格一致，第一内螺纹和第二内螺纹的规格一致，因此在转动蜗轮时，蜗轮会同时沿着支撑柱和第三圆筒的外表面上升或者下降，从而顶升或者下拉与蜗轮的顶端相抵的正弹簧，调节正弹簧的收缩量，以保证本发明保持在准零的状态。

优选的，所述负刚度机构的数量为四个。

下面结合上述技术方案对本发明的原理、效果进一步说明：

本发明通过将传统的准零刚度隔振器的负刚度机构改成其本身即可独立的达到准零状态的负刚度机构，从而使得本发明可以形成双准零刚度机构，通过调整负刚度机构的刚度比，可以有效地调节隔振器的刚度特性，进而使得本发明与传统的准零刚度隔振器相比较具有更宽的零刚度范围。另外，本发明还可以调节正弹簧的压缩量，从而有效地调节隔振器的刚度特性，有效地拓宽了频带，提高了超低频段的隔离性能。

附图说明

图1为本发明实施例所述可调式超低频准零刚度隔振器的结构示意图；

图2为本发明实施例所述可调式超低频准零刚度隔振器的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例所述可调式超低频准零刚度隔振器和传统准零刚度隔振***的刚度曲线图；

图4为本发明实施例所述负刚度机构的剖面结构示意图。

附图标记说明

1-第一圆筒，11-第一连接杆，21-第二连接杆，22-第二圆筒，23-负刚度机构，3-正弹簧，4-底座，41-支撑柱，51-蜗轮，511-支撑腔，512-螺纹管，52-蜗杆，6-第三圆筒，7-被隔振设备。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述：

如图1-2，一种可调式超低频准零刚度隔振器，包括外壳，所述外壳内固定设置有第一圆筒1，所述第一圆筒1呈上端封闭下端开口的圆筒状，所述第一圆筒1的上端水平设置，用以承载被隔振设备7，所述第一圆筒1的外侧均匀设置有若干负刚度机构23，所述负刚度机构23为准零刚度机构，所述负刚度机构23的数量大于两个，所述负刚度机构23的一端与所述外壳的内壁固定连接，例如螺纹连接，其另一端安装于水平固定设置于所述外壳的内壁上的第二连接杆21上，所述第二连接杆21朝向所述第一圆筒1的中心轴设置，且所述负刚度机构23的另一端通过第一连接杆11与所述第一圆筒1连接，所述第一连接杆11的两端分别与所述第一圆筒1和所述负刚度机构23铰接，所述第一圆筒1内设置有正弹簧3，所述正弹簧3的上端与所述第一圆筒1的上端固定连接，所述正弹簧3的下端通过升降装置与所述外壳的底部连接。

其中，本申请中采用的负刚度机构23其本身可独立地达到准零状态，为准零刚度机构，其可被横向压缩或者拉伸而达到准零状态，其采用现有技术的准零刚度机构，因此本申请说明书未对其具体结构进行赘述。

另外，本申请中采用的负刚度机构23其本身可独立地达到准零状态，形成了双准零刚度机构，从而使得本发明与传统的准零刚度隔振器相比较该隔振器具有更宽的零刚度范围。

其中，第二连接杆21亦环绕所述第一圆筒1的中心线均匀设置，且第二连接杆21远离所述外壳的一端朝向所述第一圆筒1设置，因此能保证负刚度机构23能保持水平地沿着第二连接杆21的轴向方向即朝向第一圆筒1的中心轴的方向被压缩和拉伸。

另外，由于第一连接杆11的两端反分别与第一圆筒1和负刚度机构23铰接，因此第一连接杆11可以分别以其两端为转动中心上下摆动，进而使得第一圆筒1在被隔振设备7的压力下，可以相对于外壳上下移动，又由于多个负刚度机构23均匀地环绕所述第一圆筒1设置，因此第一圆筒1可以竖直的在外壳内上下移动。

第一圆筒1上未放置有被隔振设备7时，第一连接杆11处于水平状态，负刚度机构23处于准零状态；对设备进行隔振时，将被隔振设备7放置在第一圆筒1的顶端，此时正弹簧3被压缩，第一圆筒1竖直下移，第一连接杆11被第一圆筒1向下拉，负刚度机构23被第一连接杆11沿着第二连接杆21拉伸；然后，通过调节升降装置的高度，可以调节正弹簧3的压缩量，使得第一连接杆11重新处于水平位置，负刚度机构23重新回到准零状态，此时本发明整体亦回到准零状态，进而使得本发明处于双准零刚度状态，从而使得本发具有更宽的零刚度范围，有效地拓宽了频带，提高了超低频段的隔离性能。

其中一种实施例，所述负刚度机构23为负刚度屈曲结构。

负刚度准零结构为屈曲结构，可以有效节省安装空间。

其中一种实施例，所述第一连接杆11远离所述第一圆筒1的一端铰接有第二圆筒22，所述第二圆筒22远离所述第一连接杆11的一端与所述负刚度准零结构远离所述外壳的一端固定连接，且所述第二圆筒22沿着所述第二连接杆21的轴向方向可往复移动地套设于所述第二连接杆21。

负刚度机构23的一端固定在外壳的内壁上，其另一端固定在第二圆筒22上，第一圆筒1上下运动时，会拉动第一连接杆11，从而拉动第二圆筒22沿着第二连接杆21水平移动，此时负刚度机构23会被第二圆筒22沿着第二连接杆21的轴向防线拉伸或者压缩。

其中一种实施例，所述升降装置包括设置于所述外壳的底部的底座4和通过螺纹结构与所述底座4连接的蜗轮51，所述外壳内还可转动地设置有与所述蜗轮51配合的蜗杆52，所述正弹簧3的下端与所述蜗轮51的上表面相抵。

其中一种实施例，所述底座4的上表面设置有支撑柱41，所述支撑柱41的外表面设置有第一外螺纹，所述蜗轮51对应所述支撑柱41设置有支撑腔511，所述支撑腔511套设于所述支撑柱41，且所述支撑腔511的内壁对应所述调节外螺纹设置有与之配合的第一内螺纹，且所述支撑柱41、所述蜗轮51以及所述第一圆筒1同中心轴设置。

通过转动蜗杆52可以带动蜗轮51的转动，蜗轮51转动时会沿着支撑柱41表面的第一外螺纹上升或者下降，从而压缩或者拉伸正弹簧3，从而达到调整正弹簧3的压缩量的目的。

其中一种实施例，所述蜗杆52延伸出所述外壳。

延伸出外壳的蜗杆52可以便于对其进行转动操作。

其中一种实施例，所述外壳内还设置有第三圆筒6，所述第三圆筒6通过支架设置于所述外壳的内壁，所述第一圆筒1壳可上下移动的设置于所述第三圆筒6内，且所述第三圆筒6与所述第一圆筒1同中心轴设置。

其中一种实施例，所述第三圆筒6套设于所述第一圆筒1外，且所述第三圆筒6通过直线轴承与所述第一圆筒1连接。

第三圆筒6环绕正弹簧3设置，且通过支架固定设置在外壳的内壁，第一圆筒1的外壁通过直线轴承与第三圆筒6的外壁连接，因此第一圆筒1可以沿着其自身的轴向方向上下移动，即在竖直方向上下移动。

其中一种实施例，所述蜗轮51的上表面设置有螺纹管512，所述螺纹管512的内壁设置有第二内螺纹，所述第三圆筒6插设于所述螺纹管512内，且所述第三圆筒6的外壁对应所述内螺纹设置有与之配合的第二外螺纹。

第三圆筒6的下端距离蜗轮51的上表面具有一定的距离，用以使蜗轮51可以沿着支撑柱41上下移动一定的距离，其中，第三圆筒6上的第二外螺纹与支撑柱41上的第一外螺纹的规格一致，第一内螺纹和第二内螺纹的规格一致，因此在转动蜗轮51时，蜗轮51会同时沿着支撑柱41和第三圆筒6的外表面上升或者下降，从而顶升或者下拉与蜗轮51的顶端相抵的正弹簧3，调节正弹簧3的收缩量，以保证本发明保持在准零的状态。

其中一种实施例，所述负刚度机构23的数量为四个。

图3给出了本发明的隔振器和传统准零刚度隔振***在静刚度比为2时的刚度曲线，其中的虚线表示传统准零刚度隔振***的刚度，实线表示本发明的隔振器的刚度。如图3所示，本发明的隔振器与传统的准零刚度隔振***相比，本发明的隔振器的整个位移区的刚度大于零，大位移区的刚度接近于零，因此，其能有效隔离超低频率振荡。

因此，与传统的准零刚度隔振***相比较本发明的隔振器具有更宽的零刚度范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，包括外壳，所述外壳内固定设置有第一圆筒，所述第一圆筒呈上端封闭下端开口的圆筒状，所述第一圆筒的上端水平设置，用以承载被隔振设备，所述第一圆筒的外侧均匀设置有若干负刚度机构，所述负刚度机构为准零刚度机构，所述负刚度机构的数量大于两个，所述负刚度机构的一端与所述外壳的内壁固定连接，其另一端安装于水平固定设置于所述外壳的内壁上的第二连接杆上，所述第二连接杆朝向所述第一圆筒的中心轴设置，且所述负刚度机构的另一端通过第一连接杆与所述第一圆筒连接，所述第一连接杆的两端分别与所述第一圆筒和所述负刚度机构铰接，所述第一圆筒内设置有正弹簧，所述正弹簧的上端与所述第一圆筒的上端固定连接，所述正弹簧的下端通过升降装置与所述外壳的底部连接。

2.根据权利要求1所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述负刚度机构为负刚度屈曲结构。

3.根据权利要求1所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述第一连接杆远离所述第一圆筒的一端铰接有第二圆筒，所述第二圆筒远离所述第一连接杆的一端与所述负刚度准零结构远离所述外壳的一端固定连接，且所述第二圆筒沿着所述第二连接杆的轴向方向可往复移动地套设于所述第二连接杆。

4.根据权利要求1所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述升降装置包括设置于所述外壳的底部的底座和通过螺纹结构与所述底座连接的蜗轮，所述外壳内还可转动地设置有与所述蜗轮配合的蜗杆，所述正弹簧的下端与所述蜗轮的上表面相抵。

5.根据权利要求4所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述蜗杆延伸出所述外壳。

6.根据权利要求4所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述底座的上表面设置有支撑柱，所述支撑柱的外表面设置有第一外螺纹，所述蜗轮对应所述支撑柱设置有支撑腔，所述支撑腔套设于所述支撑柱，且所述支撑腔的内壁对应所述调节外螺纹设置有与之配合的第一内螺纹，且所述支撑柱、所述蜗轮以及所述第一圆筒同中心轴设置。

7.根据权利要求4所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述外壳内还设置有第三圆筒，所述第三圆筒通过支架设置于所述外壳的内壁，所述第一圆筒壳可上下移动的设置于所述第三圆筒内，且所述第三圆筒与所述第一圆筒同中心轴设置。

8.根据权利要求7所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述第三圆筒套设于所述第一圆筒外，且所述第三圆筒通过直线轴承与所述第一圆筒连接。

9.根据权利要求7所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述蜗轮的上表面设置有螺纹管，所述螺纹管的内壁设置有第二内螺纹，所述第三圆筒插设于所述螺纹管内，且所述第三圆筒的外壁对应所述内螺纹设置有与之配合的第二外螺纹。

10.根据权利要求1所述的可调式超低频准零刚度隔振器，其特征在于，所述负刚度机构的数量为四个。