CN112377549A - 一种多方向准零刚度隔振平台 - Google Patents

一种多方向准零刚度隔振平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多方向准零刚度隔振平台，包括底板，所述底板的左右两侧均设置有固定板，所述固定板的内侧安装有固定块，所述固定块的内侧开设有滑道，所述滑道的内部开设有容纳槽，所述底板的上方设置有基板，所述基板的中部设置为矩形，所述基板的两边设置有半圆弧形边界，所述基板与底板之间设置有隔振机构，所述基板的左右两端均设置有三角形连杆机构，所述基板的上方设置有承载平台。本发明的三角形连杆机构中的连杆的装配角度以及阻尼弹簧的刚度等结构参数方便的进行调节，可以使多方向的准零刚度的特性都严格满足需要，具有可调性的多方向的振动隔离效果，可以适用于大型装置的保护，也可适用于微小振动的环境状况。

Description

一种多方向准零刚度隔振平台
技术领域
本发明涉及隔振器技术领域，具体涉及一种多方向准零刚度隔振平台。
背景技术
随着科技的进步，近年来机械、汽车、航空航天等领域的迅猛发展，一般来说，为了保证操作人员及设备的安全、精密，需要设计有效的隔振平台来抑制振动带来的危害。对于大多数的控制***都是被动的，由振动理论可知，对于线性的被动隔振***，只有当激励频率大于***的固有频率的倍时，隔振才会有效。然而减小***的固有频率会使得***的静态承载能力降低，因此，如何解决被动的隔振***的隔振效果一直是一个问题。
近年来，在深入探索过程中，发现利用预压的线性弹簧的负刚度弹性元件存在着容易屈曲、可调参数较少等缺点，因此，如何研制出低频的高静低动的隔振***已经成为科研学者和技术人员的迫切研究任务。虽然有研究在利用预压的准零刚度隔振***的负刚度弹性元件，且引入了非线性的负刚度弹性元件和更多的可调结构参数，目前为止，虽然非线性的准零刚度隔振器被利用，但是在旋转方向上的准零刚度隔振器还很少，所以，需要开发一种具有准零刚度特性的多方向的准零刚度隔振平台，并分析其在隔振过程的利用效果，那么如何利用其特点是我们克服的重要问题。
现如今，隔振器广泛被使用，但在隔振效果中却常被人们所忽略，导致其隔振效果非常的差，虽然在理论计算过程中可以得到最佳的效果，但是在实际应用过程常忽略了隔振器的结构设计，导致在实际应用过程中出现隔振效果差等不良影响。
因此，发明一种多方向准零刚度隔振平台来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种多方向准零刚度隔振平台，与现有技术对比，本发明提供的多方向准零刚度隔振平台，通过底板受到位移激励时，具有半圆形边界的基板会有一个旋转方向的激励，而三角形连杆机构具有负刚度特性，通过建立数学模型，发现在较大振幅下，承载平台具有较好的静态稳定性，三角形连杆机构中的连杆的装配角度以及阻尼弹簧的刚度等结构参数也可以方便的进行调节，可以使多方向的准零刚度的特性都严格满足需要，故本多方向准零刚度隔振平台具有可调性的多方向的振动隔离效果，可以适用于大型装置的保护，也可适用于微小振动的环境状况，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多方向准零刚度隔振平台，包括底板，所述底板的左右两侧均设置有固定板，左右两个所述固定板之间固定有导轨，所述固定板的内侧安装有固定块，所述固定块的内侧开设有滑道，所述滑道的内部开设有容纳槽，所述底板的上方设置有基板，所述基板的中部设置为矩形，所述基板的两边设置有半圆弧形边界，所述基板和固定块均处于导轨的前方，所述基板与底板之间设置有隔振机构，所述基板的左右两端均设置有三角形连杆机构，所述基板的上方设置有承载平台；
所述隔振机构包括隔振弹簧，所述隔振弹簧的上下两端分别与基板和底板相连接，所述隔振弹簧的左右两侧对称设置有减震组件，所述减震组件的下端设置有固定座，所述固定座与底板连接，所述减震组件包括套筒，所述套筒的内腔嵌套有内杆，所述内杆的顶端伸出套筒与基板相连，所述内杆的底端固定有限位块，所述限位块的底部设置有第一减震弹簧，所述第一减震弹簧的底端与套筒的内腔底部壁连接，所述内杆上套接有第二减震弹簧，所述套筒的底端与固定座相连接；
所述三角形连杆机构包括滚动轴承、连杆和阻尼弹簧，所述阻尼弹簧嵌套在容纳槽内，所述连杆设置有两根，两根所述连杆的一端分别与阻尼弹簧的上下两端铰接相连，所述两根所述连杆的另一端与滚动轴承铰接，所述滚动轴承与基板的半圆弧形边界接触，所述滚动轴承的后侧固定有滑块，所述滑块安装在导轨上。
优选的，所述底板与两个所述固定板之间一体化设置。
优选的，所述承载平台与基板之间等间距设置有支撑杆，所述支撑杆的下端与基板间固定连接，所述支撑杆的上端与承载平台间固定连接。
优选的，所述限位块的直径小于套筒的内腔直径，所述限位块的直径大于套筒的端口直径，所述限位块与套筒的内腔滑动连接。
优选的，所述内杆的顶端固定套接有挡块，所述第二减震弹簧的上端与挡块连接，所述第二减震弹簧的下端与套筒的顶端连接。
优选的，所述滑块与导轨之间滑动连接。
优选的，所述隔振弹簧的上端固定有第一法兰，所述第一法兰通过螺栓与基板的下侧中部连接，所述隔振弹簧的下端固定有第二法兰，所述第二法兰通过螺栓与底板连接。
优选的，所述内杆的顶端伸出套筒外铰接有第一铰链座，所述第一铰链座通过螺栓与基板连接，所述套筒的底端铰接有第二铰链座，所述第二铰链座与固定座相连接。
优选的，所述所述固定座的左右两侧均设置有安装板，所述安装板上开设有安装孔，所述安装孔内嵌套有螺栓，所述安装板通过螺栓与底板连接。
优选的，所述所述固定座的表面开设有滑槽，所述滑槽的底部开设有移动槽，所述第二铰链座的四角均开设有通孔，所述通孔的内部嵌套有螺纹杆，所述螺纹杆的下端贯穿滑槽连接有移动块，所述移动块嵌套在移动槽内，所述移动块与移动槽间滑动连接，所述螺纹杆的顶端螺纹套接有螺母。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、与现有技术对比，本发明提供的多方向准零刚度隔振平台，通过底板受到位移激励时，具有半圆形边界的基板会有一个旋转方向的激励，而三角形连杆机构具有负刚度特性，通过建立数学模型，发现在较大振幅下，承载平台具有较好的静态稳定性，三角形连杆机构中的连杆的装配角度以及阻尼弹簧的刚度等结构参数也可以方便的进行调节，可以使多方向的准零刚度的特性都严格满足需要，故本多方向准零刚度隔振平台具有可调性的多方向的振动隔离效果，可以适用于大型装置的保护，也可适用于微小振动的环境状况；
2、隔振机构由隔振弹簧和减震组件构成，提高了对基板的支撑效果，使得基板安装稳定，且隔振机构安装简单，同时便于拆卸维修，能够改变减震组件的倾斜程度，改变第一减震弹簧和第二减震弹簧的刚度参数，提高了振动隔离效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的三角形连杆机构示意图；
图3为本发明的固定块侧视图；
图4为本发明的固定块剖视图；
图5为本发明的滚动轴承与滑块连接图；
图6为本发明的减震组件剖视图；
图7为本发明的固定座俯视图；
图8为本发明的固定座侧视图。
附图标记说明：
1底板、2固定板、3导轨、4固定块、5滑道、6容纳槽、7基板、8三角形连杆机构、9承载平台、10隔振弹簧、11减震组件、12固定座、13套筒、14内杆、15第一铰链座、16限位块、17第一减震弹簧、18挡块、19第二减震弹簧、20第二铰链座、21滚动轴承、22连杆、23阻尼弹簧、24滑块、25支撑杆、26第一法兰、27第二法兰、28安装板、29安装孔、30滑槽、31移动槽、32通孔、33螺纹杆、34移动块、35螺母。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明提供了如图1-6所示的一种多方向准零刚度隔振平台，包括底板1，所述底板1的左右两侧均设置有固定板2，左右两个所述固定板2之间固定有导轨3，所述固定板2的内侧安装有固定块4，所述固定块4的内侧开设有滑道5，所述滑道5的内部开设有容纳槽6，所述底板1的上方设置有基板7，所述基板7的中部设置为矩形，所述基板7的两边设置有半圆弧形边界，所述基板7和固定块4均处于导轨3的前方，所述基板7与底板1之间设置有隔振机构，所述基板7的左右两端均设置有三角形连杆机构8，所述基板7的上方设置有承载平台9；
所述隔振机构包括隔振弹簧10，所述隔振弹簧10的上下两端分别与基板7和底板1相连接，所述隔振弹簧10的左右两侧对称设置有减震组件11，所述减震组件11的下端设置有固定座12，所述固定座12与底板1连接，所述减震组件11包括套筒13，所述套筒13的内腔嵌套有内杆14，所述内杆14的顶端伸出套筒13与基板7相连，所述内杆14的底端固定有限位块16，所述限位块16的底部设置有第一减震弹簧17，所述第一减震弹簧17的底端与套筒13的内腔底部壁连接，所述内杆14上套接有第二减震弹簧19，所述套筒13的底端与固定座12相连接；
所述三角形连杆机构8包括滚动轴承21、连杆22和阻尼弹簧23，所述阻尼弹簧23嵌套在容纳槽6内，所述连杆22设置有两根，两根所述连杆22的一端分别与阻尼弹簧23的上下两端铰接相连，所述两根所述连杆22的另一端与滚动轴承21铰接，所述滚动轴承21与基板7的半圆弧形边界接触，所述滚动轴承21的后侧固定有滑块24，所述滑块24安装在导轨3上。
进一步的，在上述技术方案中，所述底板1与两个所述固定板2之间一体化设置，提高了底板1与两个固定板2间的连接强度，提高了连接的牢靠性；
进一步的，在上述技术方案中，所述承载平台9与基板7之间等间距设置有支撑杆25，所述支撑杆25的下端与基板7间固定连接，所述支撑杆25的上端与承载平台9间固定连接，通过支撑杆25对承载平台9进行支撑，提高了承载平台9安装的稳定性能；
进一步的，在上述技术方案中，所述限位块16的直径小于套筒13的内腔直径，所述限位块16的直径大于套筒13的端口直径，所述限位块16与套筒13的内腔滑动连接，避免限位块16脱离套筒13，从而提高了套筒13与内杆14连接的稳定性，方便内杆14在套筒13内滑动；
进一步的，在上述技术方案中，所述内杆14的顶端固定套接有挡块18，所述第二减震弹簧19的上端与挡块18连接，所述第二减震弹簧19的下端与套筒13的顶端连接，对第二减震弹簧19进行限位，使得第二减震弹簧19安装稳定；
进一步的，在上述技术方案中，所述滑块24与导轨3之间滑动连接，使得滑块24在水平方向上运动，即使得滚动轴承21在水平方向上运动；
实施方式具体为：在底板1产生位移激励时，基板7会受到竖直和旋转两个方向的振动，基板7两端的三角形连杆机构8受到预压后，沿连杆22的方向会有斜向上的力，这个力在竖直方向上有一个分量，这就使得三角形连杆机构8产生负刚度特性，而在受到激励后，三角形连杆机构8也会产生较大变形，连杆22在容纳槽6内的阻尼弹簧23的作用下会产生转动，三角形连杆机构8会对承载平台9的隔振效果产生影响，通过建立数学模型可以分析出，在大振幅下，承载平台9的刚度特性具有较好的静态稳定性；刚度的非线性非线性程度会随着振动幅值的增大而增大，承载平台9在达振幅的振动下其非线性特性会愈加增大；增大三角形连杆机构8中阻尼弹簧23的预压量，可以有效地使三角形连杆机构8的预压增大，随着三角形连杆机构8中阻尼弹簧23的预压长度的增大，三角形连杆机构8的预压增大，负刚度特性就更明显，当三角形连杆机构8的预压达到一定的临界值时，平衡点附近的刚度由正变为负，此时零平衡点的静态稳定性被破坏，基板7在竖直和旋转两个方向的线性刚度可以同时减小且趋近于零；滚动轴承21与具有半圆形界面的基板7相接触，在底板1受到位移激励时，具有半圆弧形界面的基板7会有相对的竖直位移和旋转位移；由于滚动轴承21当基板7在竖直方向和水平方向振动时，只能沿导轨3在水平方向上运动，且与半圆弧边界接触的两端的滚动轴承21的水平位移不相同，导致具有半圆弧边界的基板7左右两边的旋转偏移量不尽相同；在此受到竖直和旋转两方向力的基板7中，改变结构参数可以调节非线性刚度特性，在调节阻尼弹簧23的预拉范围来调节在频带中的改变，不仅如此，三角形连杆机构8中的连杆22的装配角度以及阻尼弹簧23的刚度等结构参数也可以方便的进行调节，同样可以使***的共振频率在较大范围的频带中改变。本发明可以使多方向的准零刚度的特性都严格满足需要，故本多方向准零刚度隔振平台具有可调性的多方向的振动隔离效果，可以适用于大型装置的保护，也可适用于微小振动的环境状况，该实施方式具体解决了现有技术中存在的隔振器在实际应用过程中出现隔振效果差的问题。
如图1和6-8所示的一种多方向准零刚度隔振平台，在上述技术方案中，所述隔振弹簧10的上端固定有第一法兰26，所述第一法兰26通过螺栓与基板7的下侧中部连接，所述隔振弹簧10的下端固定有第二法兰27，所述第二法兰27通过螺栓与底板1连接，使得隔振弹簧10安装简单，便于安装，同时便于将隔振弹簧10拆卸下来进行更换；
进一步的，在上述技术方案中，所述内杆14的顶端伸出套筒13外铰接有第一铰链座15，所述第一铰链座15通过螺栓与基板7连接，所述套筒13的底端铰接有第二铰链座20，所述第二铰链座20与固定座12相连接，安装简单，便于减震组件11与基板7间的固定；
进一步的，在上述技术方案中，所述固定座12的左右两侧均设置有安装板28，所述安装板28上开设有安装孔29，所述安装孔29内嵌套有螺栓，所述安装板28通过螺栓与底板1连接，固定座12安装简单方便，同时便于拆卸；
进一步的，在上述技术方案中，所述固定座12的表面开设有滑槽30，所述滑槽30的底部开设有移动槽31，所述第二铰链座20的四角均开设有通孔32，所述通孔32的内部嵌套有螺纹杆33，所述螺纹杆33的下端贯穿滑槽30连接有移动块34，所述移动块34嵌套在移动槽31内，所述移动块34与移动槽31间滑动连接，所述螺纹杆33的顶端螺纹套接有螺母35，转松螺母35，便于调节第二铰链座20在固定座12上的位置，从而调节减震组件11的角度；
实施方式具体为：隔振机构处于底板1和基板7之间，隔振机构由两个减震组件11和隔振弹簧10组成，两个减震组件11关于隔振弹簧10的中心轴线对称，通过两个减震组件11和隔振弹簧10对基板7进行支撑，提高了基板7安装的稳定性，且保证了基板7的隔振效果，减震组件11与隔振弹簧10的上端与基板7间通过螺栓连接，减震组件11与隔振弹簧10的下端与底板1间通过螺栓连接，使得隔振机构安装简单，同时便于拆卸下来进行维修更换，第二铰链座20安装在固定座12上，通过转松螺母35，便于根据实际需求移动第二铰链座20，调节第二铰链座20在固定座12上的位置，从而调节减震组件11的角度，提高了对基板7的支撑效果和隔振效果，该实施方式具体解决了现有技术中存在的隔振机构安装繁琐，不便维修更换的问题。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种多方向准零刚度隔振平台，包括底板(1)，其特征在于：所述底板(1)的左右两侧均设置有固定板(2)，左右两个所述固定板(2)之间固定有导轨(3)，所述固定板(2)的内侧安装有固定块(4)，所述固定块(4)的内侧开设有滑道(5)，所述滑道(5)的内部开设有容纳槽(6)，所述底板(1)的上方设置有基板(7)，所述基板(7)的中部设置为矩形，所述基板(7)的两边设置有半圆弧形边界，所述基板(7)和固定块(4)均处于导轨(3)的前方，所述基板(7)与底板(1)之间设置有隔振机构，所述基板(7)的左右两端均设置有三角形连杆机构(8)，所述基板(7)的上方设置有承载平台(9)；
所述隔振机构包括隔振弹簧(10)，所述隔振弹簧(10)的上下两端分别与基板(7)和底板(1)相连接，所述隔振弹簧(10)的左右两侧对称设置有减震组件(11)，所述减震组件(11)的下端设置有固定座(12)，所述固定座(12)与底板(1)连接，所述减震组件(11)包括套筒(13)，所述套筒(13)的内腔嵌套有内杆(14)，所述内杆(14)的顶端伸出套筒(13)与基板(7)相连，所述内杆(14)的底端固定有限位块(16)，所述限位块(16)的底部设置有第一减震弹簧(17)，所述第一减震弹簧(17)的底端与套筒(13)的内腔底部壁连接，所述内杆(14)上套接有第二减震弹簧(19)，所述套筒(13)的底端与固定座(12)相连接；
所述三角形连杆机构(8)包括滚动轴承(21)、连杆(22)和阻尼弹簧(23)，所述阻尼弹簧(23)嵌套在容纳槽(6)内，所述连杆(22)设置有两根，两根所述连杆(22)的一端分别与阻尼弹簧(23)的上下两端铰接相连，所述两根所述连杆(22)的另一端与滚动轴承(21)铰接，所述滚动轴承(21)与基板(7)的半圆弧形边界接触，所述滚动轴承(21)的后侧固定有滑块(24)，所述滑块(24)安装在导轨(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述底板(1)与两个所述固定板(2)之间一体化设置。
3.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述承载平台(9)与基板(7)之间等间距设置有支撑杆(25)，所述支撑杆(25)的下端与基板(7)间固定连接，所述支撑杆(25)的上端与承载平台(9)间固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述限位块(16)的直径小于套筒(13)的内腔直径，所述限位块(16)的直径大于套筒(13)的端口直径，所述限位块(16)与套筒(13)的内腔滑动连接。
5.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述内杆(14)的顶端固定套接有挡块(18)，所述第二减震弹簧(19)的上端与挡块(18)连接，所述第二减震弹簧(19)的下端与套筒(13)的顶端连接。
6.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述滑块(24)与导轨(3)之间滑动连接。
7.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述隔振弹簧(10)的上端固定有第一法兰(26)，所述第一法兰(26)通过螺栓与基板(7)的下侧中部连接，所述隔振弹簧(10)的下端固定有第二法兰(27)，所述第二法兰(27)通过螺栓与底板(1)连接。
8.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述内杆(14)的顶端伸出套筒(13)外铰接有第一铰链座(15)，所述第一铰链座(15)通过螺栓与基板(7)连接，所述套筒(13)的底端铰接有第二铰链座(20)，所述第二铰链座(20)与固定座(12)相连接。
9.根据权利要求1所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述固定座(12)的左右两侧均设置有安装板(28)，所述安装板(28)上开设有安装孔(29)，所述安装孔(29)内嵌套有螺栓，所述安装板(28)通过螺栓与底板(1)连接。
10.根据权利要求8所述的一种多方向准零刚度隔振平台，其特征在于：所述固定座(12)的表面开设有滑槽(30)，所述滑槽(30)的底部开设有移动槽(31)，所述第二铰链座(20)的四角均开设有通孔(32)，所述通孔(32)的内部嵌套有螺纹杆(33)，所述螺纹杆(33)的下端贯穿滑槽(30)连接有移动块(34)，所述移动块(34)嵌套在移动槽(31)内，所述移动块(34)与移动槽(31)间滑动连接，所述螺纹杆(33)的顶端螺纹套接有螺母(35)。
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