CN212078864U - 一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其目的是提供一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，能够实现三维隔振且具有更好的隔振效果以及更高的安全保障。一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，包括：平台板、橡胶支座、预压弹簧组以及竖向准零刚度支座。通过橡胶支座附加组合预压弹簧组的方式进行水平隔振，所述竖向准零刚度支座，在竖向能发挥具有自适应刚度的隔振效果，在受到竖向重力荷载时，支座提供较大的“静刚度”，具有较大的竖向承载能力；***受到外界振动激励，在静力平衡位置附近作往复振动时，支座提供较小的“动刚度”，具有较好的隔振效果。

Description

一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台

技术领域

本实用新型涉及振动及噪声控制技术领域，具体来说，是涉及一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台。

背景技术

近年来，具有自适应特性的振动控制技术成为了学术和工程界的研究热点。自适应振动控制是指***的动力特性能随着响应的不同而产生有利于达到更好控制效果的变化。根据是否需要外界能量，自适应技术分为了半主动自适应和被动自适应两种。

在建筑结构和大型设备隔振领域，竖向隔振一直存在着竖向隔振***承载能力与隔振效果之间的相互矛盾。竖向隔振***较大承载能力的实现，通常需要***提供较大的竖向刚度，否则会带来较大的静态位移和显著的摇摆倾覆现象。然而，由隔振基本原理可知，刚度越大，隔振起始频率越大，隔振效果越差。

同样地，在水平隔振方向，存在着回复刚度和隔振效果的矛盾。若回复刚度过小，***回复力不足，在振动作用下易产生过大位移而破坏；而提升回复刚度则会降低隔振效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，能够实现三维隔振且具有更好的隔振效果以及更高的安全保障。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，包括：平台板、橡胶支座、预压弹簧组以及竖向准零刚度支座。

所述平台板以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构连接。

所述橡胶支座设置在所述平台板下，包括：橡胶支座上连接板和叠层橡胶支座，所述橡胶支座上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述叠层橡胶支座是由橡胶层和钢板层交替粘接而成的。

所述预压弹簧组包括：两万向节外连接板、两万向节、两万向节内连接板、预压螺旋弹簧和定位轴，所述定位轴设置在所述预压螺旋弹簧的内部，所述定位轴的两端各连接一万向节内连接板，所述万向节内连接板的外端连接所述万向节，所述万向节的外端连接所述万向节外连接板，所述万向节外连接板的外端连接至所述平台板/基础。

所述竖向准零刚度支座包括：上作板、下作板和设置在上作板和下作板之间的弹簧组，所述弹簧组包括碟形弹簧组和设置在碟形弹簧组内部下方的螺旋弹簧，在所述上作板上设有向下延伸的直线轴承，导向轴连接所述上作板和下作板之间并且一端***所述直线轴承中可沿所述直线轴承进行竖向运动。

本实用新型所提出的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，采用橡胶支座附加组合预压弹簧组的方式进行水平隔振，其中预压弹簧组主要为水平向***提供变刚度，当隔振平台水平位移较小时，预压弹簧组受压提供负刚度，促使平台产生位移，进而实现更好隔振效果；当隔振平台水平位移较大时，预压弹簧组受拉提供正刚度，限制平台过大位移，保障其不产生位移破坏。同时，所述竖向准零刚度支座，在竖向能发挥具有自适应刚度的隔振效果，在受到竖向重力荷载时，支座提供较大的“静刚度”，具有较大的竖向承载能力；***受到外界振动激励，在静力平衡位置附近作往复振动时，支座提供较小的“动刚度”，具有较好的隔振效果。

本实用新型所提出的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，在水平向利用预压螺旋弹簧组的几何非线性为水平隔振***提供自适应刚度，在竖向采用碟形弹簧和螺旋线性弹簧组合的弹簧组形成具有自适应刚度特性的竖向隔振***，采用了直线轴承和导向轴配合的方式进行水平向和竖向的运动解耦。

其中，所述碟形弹簧组是由多片碟形弹簧对合组合而成，相邻两片碟形弹簧的外端相接处之间设置外加载环，相邻两片碟形弹簧的内端相接处之间设置内加载环。

其中，所述上作板包括：上作板固定顶盘、上作板加载环和上螺旋弹簧定位槽，所述上作板加载环设置在所述上作板固定顶盘的下方中部用以对碟形弹簧组进行加载，所述上螺旋弹簧定位槽设置在所述上作板加载环的下方用以对所述螺旋弹簧进行加载并固定所述弹簧组的位置。

其中，所述上作板固定顶盘上设有直线轴承安装孔用以固定所述直线轴承。

其中，所述下作板设有螺旋弹簧定位杆和下螺旋弹簧定位槽，用以固定所述螺旋弹簧的位置。进一步地，所述下作板还设有下作板加载环，用以对所述弹簧组进行加载。

优选地，所述万向节内连接板的内端设有定位槽，所述定位轴的两端分别插设在对应的万向节内连接板的定位槽中。

其中，所述万向节内连接板的外端通过端柄紧固夹持连接所述万向节的内端，所述万向节外连接板的内端通过端柄紧固夹持在所述万向节的外端。

其中，所述万向节外连接板的外端通过螺栓与所述平台板/基础连接。

优选地，根据实际应用场景，所述叠层橡胶支座还可以设有中间铅芯，以提供水平耗能能力。

附图说明

图1为本实用新型带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台的一个较优实施例的三维结构示意图。

图2a为图1中所示实施例的橡胶支座的结构示意图；

图2b为图2a中橡胶支座的剖面结构示意图。

图3a为图1中所示实施例的预压弹簧组的结构示意图。

图3b为图3a中预压弹簧组的剖面结构示意图。

图4a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座的结构示意图。

图4b为图4a中竖向准零刚度支座的剖面结构示意图。

图5a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座上作板的结构示意图。

图5b为图5a中竖向准零刚度支座上作板的剖面结构示意图。

图6a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座下作板的结构示意图。

图6b为图6a中竖向准零刚度支座下作板剖面结构示意图。

图7a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座碟形弹簧组的结构示意图。

图7b为图7a中竖向准零刚度支座碟形弹簧组的剖面结构示意图。

其中：1平台板；2橡胶支座；3竖向准零刚度支座；4预压弹簧组；5橡胶支座上连接板；6层叠橡胶支座；7橡胶层；8钢板层；9万向节外连接板；10万向节；11万向节内连接板；12预压螺旋弹簧；13定位轴；14上作板；15碟形弹簧；16外加载环；17内加载环；18螺旋弹簧；19下作板；20直线轴承；21导向轴；22上作板加载环；23上螺旋弹簧定位槽；24直线轴承安装孔；25上作板上表面；26下作板加载环；27螺旋弹簧定位杆；28下螺旋弹簧定位槽。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。

如图1所示的三维隔振平台，由平台板1、橡胶支座2、竖向准零刚度支座3和预压弹簧组4组成。平台板1以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构(图中未示出)连接。本实施例中，如图所示是采用了四组相互配合的橡胶支座2、竖向准零刚度支座3和四组预压弹簧组4组成。图1中所示出的是本实用新型的一个较优实施例，在其他实施例中，橡胶支座2、竖向准零刚度支座3和预压弹簧组4的布置数量和方式可随上部结构隔振需求而变化设计方案。

结合图2a和图2b所示，橡胶支座2由橡胶支座上连接板5和叠层橡胶支座6组成，橡胶支座上连接板5通过螺栓与平台板1连接。如图2b所示，叠层橡胶支座6的构造为橡胶层7与钢板层8交替粘接而成，用于承接上部结构重力，通过橡胶层7的剪切变形来实现水平向的变形并提供回复力。

结合图3a和图3b所示，预压弹簧组4由两万向节外连接板9、两万向节10、两万向节内连接板11、预压螺旋弹簧12和定位轴13组成。定位轴13设置在预压螺旋弹簧12的内部，万向节内连接板11的内端设有定位槽，定位轴13的两端分别插设在对应的万向节内连接板11的定位槽中，万向节内连接板11的外端通过端柄紧固夹持连接万向节10的内端，万向节外连接板9的内端通过端柄紧固夹持在万向节10的外端，万向节外连接板9的外端通过螺栓与平台板1或基础连接。这样一来，通过万向节10的自身转动，可保证预压弹簧组4的端部能发生任意自由度的转动。预压螺旋弹簧12作用于两块万向节内连接板11 之间，在初始位置时，预压弹簧组4保持竖直状态，预压螺旋弹簧12带有预压力；随着平台板产生水平运动，预压弹簧组4由竖直状态变化为倾斜状态。由于预压弹簧组4的几何变形，在小位移情况下，预压弹簧组4为平台板1提供促使其离开初始位置的负刚度；在大位移情况下，为平台板1提供促使其回到初始位置的正刚度，由此使得水平隔振***具有自适应刚度特性。定位轴13的作用在于保证预压弹簧组4的上下两部分能协调变形。

结合图4a和图4b所示，竖向准零刚度支座3由上作板14、碟形弹簧15、外加载环16、内加载环17、螺旋弹簧18、下作板19、直线轴承20和导向轴21组成。结合图5a和图5b 所示，上作板14包括上作板固定顶盘、上作板加载环22和上螺旋弹簧定位槽23。上作板固定顶盘上设有直线轴承安装孔24用以固定直线轴承20，上作板加载环22设置在上作板固定顶盘的下方中部用以对碟形弹簧组进行加载。上螺旋弹簧定位槽23设置在上作板加载环22的下方用以对螺旋弹簧18进行加载并固定螺旋弹簧18和碟形弹簧15的位置。结合图6a和图6b所示，下作板19设有螺旋弹簧定位杆27和下螺旋弹簧定位槽28用以固定螺旋弹簧18的位置，螺旋弹簧定位杆27可防止螺旋弹簧18失稳变形，下螺旋弹簧定位槽28 用于实现对螺旋弹簧18的加载。下作板14还设有下作板加载环26用以对碟形弹簧组和螺旋弹簧18进行加载，螺旋弹簧18位于碟形弹簧组的内部。结合图7a和图7b所示，碟形弹簧组由多片碟形弹簧15对合组合而成，相邻两片碟形弹簧的外端相接处之间设置外加载环16，相邻两片碟形弹簧15的内端相接处之间设置内加载环17。通过与外加载环16和内加载环17的交替叠放，碟形弹簧实现组合使用，以对弹簧组的力学性能灵活调整。

上作板14、碟形弹簧15、外加载环16、内加载环17、螺旋弹簧18和下作板19组成竖向准零刚度隔振部分；直线轴承20和导向轴21组成运动解耦部分。导向轴21连接上作板14和下作板19之间并且通过安装在直线轴承安装孔24中向下的直线轴承20被约束，使得导向轴21能顺畅进行竖向运动而不发生水平向运动，进而实现隔振***的水平向和竖向运动解耦。竖向准零刚度隔振部分主要利用了碟形弹簧15的非线性弹性变形特性，结合螺旋弹簧18并联受力，从而形成了带刚度自适应的特性的竖向准零刚度隔振***。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非是对本实用新型范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于，包括：

平台板，以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构连接；

橡胶支座，设置在所述平台板下，包括：橡胶支座上连接板和叠层橡胶支座，所述橡胶支座上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述叠层橡胶支座是由橡胶层和钢板层交替粘接而成的；

预压弹簧组，包括：两万向节外连接板、两万向节、两万向节内连接板、预压螺旋弹簧和定位轴，所述定位轴设置在所述预压螺旋弹簧的内部，所述定位轴的两端各连接一万向节内连接板，所述万向节内连接板的外端连接所述万向节，所述万向节的外端连接所述万向节外连接板，所述万向节外连接板的外端连接至所述平台板/基础；以及

竖向准零刚度支座，包括：上作板、下作板和设置在上作板和下作板之间的弹簧组，所述弹簧组包括碟形弹簧组和设置在碟形弹簧组内部下方的螺旋弹簧，在所述上作板上设有向下延伸的直线轴承，导向轴连接所述上作板和下作板之间并且一端***所述直线轴承中可沿所述直线轴承进行竖向运动。

2.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述碟形弹簧组是由多片碟形弹簧对合组合而成，相邻两片碟形弹簧的外端相接处之间设置外加载环，相邻两片碟形弹簧的内端相接处之间设置内加载环。

3.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述上作板包括：上作板固定顶盘、上作板加载环和上螺旋弹簧定位槽，所述上作板加载环设置在所述上作板固定顶盘的下方中部用以对碟形弹簧组进行加载，所述上螺旋弹簧定位槽设置在所述上作板加载环的下方用以对所述螺旋弹簧进行加载并固定所述弹簧组的位置。

4.如权利要求3所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述上作板固定顶盘上设有直线轴承安装孔用以固定所述直线轴承。

5.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述下作板设有螺旋弹簧定位杆和下螺旋弹簧定位槽，用以固定所述螺旋弹簧的位置。

6.如权利要求5所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述下作板还设有下作板加载环，用以对所述弹簧组进行加载。

7.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述万向节内连接板的内端设有定位槽，所述定位轴的两端分别插设在对应的万向节内连接板的定位槽中。

8.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述万向节内连接板的外端通过端柄紧固夹持连接所述万向节的内端，所述万向节外连接板的内端通过端柄紧固夹持在所述万向节的外端。

9.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述万向节外连接板的外端通过螺栓与所述平台板/基础连接。

10.如权利要求1所述的带水平和竖向自适应刚度特性的三维隔振平台，其特征在于：所述叠层橡胶支座还设有中间铅芯。

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