一种新型永磁式双稳态隔振器的制作方法

本发明涉及振动控制领域，尤其是一种新型永磁式双稳态隔振器。

背景技术

航空航天等高精密仪器的使用和制造过程中，对周围环境隔振要求越来越高，这对隔振元件提出了更高的要求。现有的被动式隔振器大都为单稳态隔振器，其最优隔振能力往往受到隔振器参数的约束，隔振带宽较窄，且大多隔振器仅能实现一个方向的减振功能。若要实现多方向的隔振能力，还需在相应方向上添加隔振器，或使用机构设计进行转换，这使得隔振器的隔振结构复杂且效率低下，还降低了空间的利用率，同时工程中伴随着大量方向不确定的振动，单方向隔振器已无法满足工作要求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种新型永磁式双稳态隔振器，该隔振器应具有隔振效果好、尺寸较小、调节方便的特点。

本发明的技术方案是：

一种新型永磁式双稳态隔振器，其特征在于：包括提供线性力的质量-弹簧-阻尼模块与提供非线性力的非线性模块；所述质量-弹簧-阻尼模块包括上下布置的负载板与激励板，负载板与激励板之间分别设有固定在负载板中心的垂直振动结构以及均布在垂直振动结构四周且连接负载板与激励板的三套位移结构；所述非线性模块设有三套，均布在垂直振动结构四周且固定在激励板上。

所述垂直振动结构包括与负载板固定的上固定部、设置在固定部下方的下活动部以及连接在上固定部与下活动部之间的第一调节螺钉；所述上固定部中设有上下布置的第一圆环永磁体与第二圆环永磁体；所述下活动部中设有第三圆环永磁体。

所述位移结构包括固定在激励板上的套筒、可沿着套筒轴向滑动且与负载板固定的光轴、装套在光轴上且两端与负载板及套筒固定的线性弹簧。

所述非线性模块包括固定在激励板上且设有调节槽的支撑台、可轴向滑动地定位在一起的第一铝圆棒与第二铝圆棒、与第一铝圆棒固定且可转动地定位在支撑台上的第六铝圆环、与第二铝圆棒固定的第七铝圆环、穿过调节槽并连接第七铝圆环的第二调节螺钉、设置在第一铝圆棒前端的第四环形永磁体。

所述非线性模块包括固定在激励板上且设有调节槽的支撑台、与第十铝圆环固定的阶梯铝棒、穿过调节槽并连接第十铝圆环的第三调节螺钉、可滑动地定位在阶梯铝棒上的第五环形永磁体、可滑动地定位在阶梯铝棒上并且设置在第五环形永磁体与第十铝圆环之间的第六环形永磁体、用于调节第六环形永磁体轴向位置的调节结构。

所述非线性模块包括固定在激励板上且设有调节槽的支撑台、与第十铝圆环固定的阶梯铝棒、穿过调节槽并连接第十铝圆环的第三调节螺钉、可滑动地定位在阶梯铝棒上的第五环形永磁体、装套在阶梯铝棒上且两端连接第十铝圆环与第五环形永磁体的第二线性弹簧。

所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸，第二环形永磁体与第三环形永磁体相斥，第三环形永磁体与第四环形永磁体相斥。

所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸，第二环形永磁体与第三环形永磁体相吸，第三环形永磁体与第五环形永磁体相斥，第五环形永磁体与第六环形永磁体相斥。

所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸，第二环形永磁体与第三环形永磁体相吸，第三环形永磁体与第五环形永磁体相斥。

所述调节结构包括装套阶梯铝棒上且位于第六环形永磁体两端的第八铝圆环与第九铝圆环，多个第二调节螺钉垂直穿过第八铝圆环及第九铝圆环后与第十铝圆环螺纹啮合，第二调节螺钉上还设有调节螺母，调节螺母与第二调节螺钉配合将第六环形永磁体、第八铝圆环与第九铝圆环紧固为一体。

本发明的有益效果是：

本发明采用双稳态隔振原理工作时，具有共振频率与传递率更低、隔振带宽更宽、共振区内部分区域传递率小于1的特点，大大突破传统隔振器的限制，并且永磁体和上下平台(负载板与激励板)的耦合可引入超阻尼效应，增强了低频区减振性能；本发明采用三方向隔振原理工作时，可将垂直方向上的振动转化为径向振动，或将径向振动转化为垂直方向振动，并利用内共振进一步降低振动，极大地提升隔振效率，同时还缩小了垂直振动结构的尺寸；同时，本发明中各永磁体间的作用力为非接触力，可有效延长装置的使用寿命，还可通过调节永磁体的距离和角度来提高不同振动条件下的隔振效果。

附图说明

图1是实施例1的立体结构示意图。

图2是实施例2的立体结构示意图。

图3是实施例3的立体结构示意图。

图4是图1的部分结构示意图。

图5是实施例1中非线性模块的立体示意图。

图6是实施例2中非线性模块的立体示意图。

图7是实施例3中非线性模块的立体示意图。

图8是实施例1中永磁体磁化方向及分布位置示意图。

图9是实施例2中永磁体磁化方向及分布位置示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

如图1所示，一种新型永磁式双稳态隔振器，包括提供线性力的质量-弹簧-阻尼模块1与提供非线性力的非线性模块2。

所述质量-弹簧-阻尼模块中，负载板1-1与激励板1-3上下且水平布置，负载板与激励板之间分别设有垂直振动结构1-4与三套位移结构1-2，垂直振动结构固定在负载板中心，位移结构均布在垂直振动结构四周并且两端连接负载板与激励板。

所述垂直振动结构包括与负载板固定的上固定部、设置在固定部下方的下活动部以及连接上固定部与下活动部的第一调节螺钉1-4-7。所述上固定部包括阶梯轴1-4-6以及由上往下依次装套在阶梯轴上且固定为一体的第四铝圆环1-4-2、第一圆环永磁体1-4-3、铁圆环1-4-4与第二圆环永磁体1-4-5，阶梯轴的顶部通过第三螺钉1-4-1与负载板固定。所述下活动部包括上下布置的第五铝圆环1-4-8与第三圆环永磁体1-4-9。所述第一调节螺钉1-4-7由下往上轴向穿过下活动部并与阶梯轴的底部螺纹连接，旋转第一调节螺钉可以调节第三环形永磁体和第二环形永磁铁的间距。

所述位移结构包括固定在激励板上且轴线竖直布置的套筒、可沿着套筒轴向滑动且顶端与负载板固定的光轴1-2-4、装套在光轴上且两端与负载板及套筒固定的线性弹簧1-2-5。所述套筒包括由上往下依次设置且固定为一体的第二铝圆环1-2-6、配合光轴的直线轴承1-2-7、第三铝圆环1-2-8。所述光轴的顶端通过第一螺钉1-2-1与负载板固定。所述线性弹簧的顶端与第一铝圆环1-2-3固定，第一铝圆环通过第二螺钉1-2-2与负载板固定，线性弹簧的底端与套筒的第二铝圆环固定。

所述非线性模块设有三套，均布在垂直振动结构四周且固定在激励板上，并且非线性模块与位移结构间隔布置。

如图5所示，所述非线性模块中，第一底板2-11与两个第一支撑板2-6组成固定在激励板上的支撑台，第一支撑板上设有调节槽2-12(竖直布置的条形槽)，第一铝圆棒2-4上设有第六铝圆环2-5，第二铝圆棒2-7上设有第七铝圆环2-9，第四环形永磁体2-3通过第四螺钉2-1与垫片2-2固定在第一铝圆棒的前端(防止第四环形永磁体在工作时轴向窜动)，第二铝圆棒可轴向滑动地插装在第一铝圆棒后端(第一铝圆棒上开制有与第二铝圆棒相适合的滑孔，第二铝圆棒与第一铝圆棒滑动配合)，第六铝圆环上固定两条对称布置的第三铝圆棒2-13作为水平旋转的支撑轴，第六铝圆环通过第三铝圆棒可转动地定位在第一支撑板上；第二调节螺钉2-10穿过调节槽并连接第七铝圆环。通过改变第二调节螺钉在调节槽中的位置可以调节第四环形永磁体与第三环形永磁体之间的角度，从而与第三环形永磁体产生不同的隔振效果。

所述第四环形永磁体的轴线方向与第三环形永磁体的轴线方向相交，第三铝圆棒的轴线同时垂直于第三环形永磁体的轴线方向以及第四环形永磁体的轴线方向。

如图8所示，所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸(m1与m2相吸)，第二环形永磁体与第三环形永磁体相斥(m2与m3相斥)，第三环形永磁体与第四环形永磁体相斥(m3与m4相斥)。

本实施例为双稳态隔振原理，具体工作方式如下：

振动传递到基平台上，非线性模块与垂直振动结构发生相对振动，由于磁力产生的刚度为负，使得系统总刚度降低，进而降低了固有频率，与此同时由于双稳态的存在，使得固有频率进一步降低，最终提高了隔振带宽。

实施例2

如图2所示，一种新型永磁式双稳态隔振器，包括提供线性力的质量-弹簧-阻尼模块1与提供非线性力的非线性模块3。与实施例1的不同之处在于：

如图6所示，所述非线性模块中，第二底板3-11与两个第二支撑板3-9组成固定在激励板上的支撑台，第二支撑板上设有调节槽3-12(调节槽为竖直布置的条形槽)，阶梯铝棒3-1与第十铝圆环3-8固定，第三调节螺钉3-10穿过调节槽并连接第十铝圆环，第五环形永磁体3-2与第六环形永磁体3-4可滑动地定位在阶梯铝棒上(阶梯铝棒上的阶梯用于防止第五环形永磁体轴向滑出)，第六环形永磁体位于第五环形永磁体与第十铝圆环之间，第六环形永磁体通过调节结构连接第十铝圆环。通过改变第三调节螺钉在调节槽中的位置可以调节第五环形永磁体、第六环形永磁体与第三环形永磁体之间的角度及高度，从而与第三环形永磁体产生不同的隔振效果。

所述调节结构包括装套阶梯铝棒上且位于第六环形永磁体两端的第八铝圆环3-3与第九铝圆环3-6，多个第二调节螺钉3-5垂直穿过第八铝圆环及第九铝圆环后与第十铝圆环螺纹啮合，第二调节螺钉上还设有调节螺母3-7，调节螺母与第二调节螺钉配合将第六环形永磁体、第八铝圆环与第九铝圆环紧固为一体。旋转第二调节螺钉就能调节第六环形永磁体与第十铝圆环的间距，从而改变第五环形永磁体与第三环形永磁体之间的距离。

所述第五环形永磁体的轴线方向与第六环形永磁体的轴线方向同轴并且还与第三环形永磁体的轴线方向相交。

如图9所示，所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸(m1与m2相吸)，第二环形永磁体与第三环形永磁体相吸(m2与m3相吸)，第三环形永磁体与第五环形永磁体相斥(m3与m5相斥)，第五环形永磁体与第六环形永磁体相斥(m5与m6相斥)。

本实施例为三方向隔振原理，具体工作方式如下：

1)振动传递到基平台上，非线性模块与垂直振动结构发生相对振动；

2)竖直方向的振动一部分转化为水平方向上的振动，即第五环形永磁体在第三环形永磁体的非线性力作用下产生振动，从而降低了竖直方向上的振动；

3)垂直振动结构与每一套非线性模块构成两个自由度，且都为非线性振动，利用内共振进一步降低了系统的固有频率。

实施例3

如图3所示，一种新型永磁式双稳态隔振器，包括提供线性力的质量-弹簧-阻尼模块1与提供非线性力的非线性模块4。与实施例2的不同之处在于：

如图7所示，所述非线性模块中，第二底板3-11与两个第二支撑板3-9组成固定在激励板上的支撑台，第二支撑板上设有调节槽3-12(调节槽为竖直布置的条形槽)，阶梯铝棒3-1固定在第十铝圆环3-8上，第三调节螺钉3-10穿过调节槽并连接第十铝圆环，第五环形永磁体3-2可滑动地定位在阶梯铝棒上，第二线性弹簧4-1装套在阶梯铝棒上且两端连接第十铝圆环与第五环形永磁体，第五环形永磁体可沿阶梯铝棒轴向振动。

所述第五环形永磁体的轴线方向与第三环形永磁体的轴线方向相交。

所述第一环形永磁体与第二环形永磁体相吸，第二环形永磁体与第三环形永磁体相吸，第三环形永磁体与第五环形永磁体相斥。

实施例3的工作原理与实施例2的工作原理相同。