一种正负刚度并联低频隔振器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种正负刚度并联低频隔振器，尤其涉及一种倾斜弹簧负刚度结 构的低频隔振器，本实用新型可广泛应用于机械工业、光学工业、半导体工业、感光化学等 领域仪器设备的低频振动控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，城市轨道交通作为缓解城市交通压力的最有效方式之一，得到了迅猛发展。 然而，其诱发的环境振动却日益严重:列车运行时对轨道重力加载产生的冲击，将造成轨道 结构振动，振动沿轨枕、道床、地基等传到建筑物、仪器设备等，将导致严重的环境振动。这 些环境振动中，低频振动是环境振动治理的难点。
[0003] 另一方面，随着动力机械大型化、轻量化的发展，零部件的柔度不断加大，柔弹性 体导致的低频振动问题日益严重。而传统线性刚度隔振技术只有在
分别 为激励频率和系统的固有频率)才有隔振效果；即系统零部件柔度加大，导致上述公式左边 极具变小，即需要抗低频振动，而大型机械高承载条件下的固有频率往往保持不变，这样就 出现系统固有频率高引发的抗低频、隔离低频振动效果差的问题;严重时甚至出现静变形 过大及失稳。因此，传统钢弹簧隔振器在隔离轨道低频振动时会出现静变形过大的问题，面 临不能兼顾和低频隔振两方面的重大挑战。
[0004] 为了提高低频隔振能力就必须降低系统的固有频率，这又将导致系统刚度的降 低，必然会引起系统的承载能力的下降。因此传统线性隔振器在隔离低频、超低频振动时， 面临着低刚度与大静变形两方面的矛盾。为了减少低频振动在工程中的危害，人们研究了 各种减振方法，并产生了相应的各种振动控制装置，经检索，相关度大的文献如下：
[0005] (1)在《振动与冲击》2011年第30卷第1期文章"新型超低频非线性被动隔振系统的 设计"文章中，根据正负刚度并联隔振的刚度表达式及平衡位置处零刚度条件，设计了非线 性刚度的超低频被动隔振系统，解决了抗超低频振动的难题。然而，该文章的正负刚度并联 机构的铰接连杆只能隔离竖直向下方向的激励，具有负刚度结构设计和实现单一、不灵活 的缺陷。
[0006] (2)公开号为CN 101871505 A，题为："一种正负刚度并联三平移振动与冲击隔离 平台"的发明专利，公开了一种正负刚度并联的三平移振动与冲击隔离平台，具有承载能力 大、稳定性高、体积小、固有频率低、阻尼可控，制作和维护成本低等优点。
[0007] (3)公开号为CN 202520846 U，题为："一种针对基础激励的低频隔振器"的实用新 型专利，提出了一种利用四个倾斜线性弹簧以及一个垂直线性弹簧提供恢复力的低频隔 振器，通过合理设计垂直弹簧和倾斜弹簧的刚度系数及几何参数，使得系统在静平衡位置 处的刚度为零，达到系统动态小刚度的目的，实现低频或超低频隔振，该隔振器仅由线弹簧 构成，所以结构简单紧凑，易于实现工程化。然而，此种在超低频隔振要求复杂，系统组成复 杂且状态多变的今天，单一依据原理扩展出来的低频隔振系统，显得结构过于简单，适应 性、灵活性及可扩展性弱。
[0008] (4)公开号为CN 202520848 U，标题为"一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振 器"的实用新型专利，公开了一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器，由导向柱、套盖、 滑块、负刚度弹簧、下盖、导向座、滚珠和主弹簧构成，本实用新型可实现高静刚度、低动态 刚度的特性，实现零赫兹超低频隔振，并且隔振性能可调；采用滚珠实现滚动摩擦，减小摩 擦阻力;本实用新型可作为一个部件配备使用，适用于承受振动激励的环境，尤其是低频振 动激励的环境，如车辆座椅、悬架，精密仪器隔振、减振抗震等。但是该隔振器的负刚度特性 频率范围取决于套盖处开设的负刚度弹簧的安装孔的深度，不能自由进行负刚度的调节， 具有非常大的限制性，只能隔离特定频率或频率段的低频振动。
[0009] (5)公开号为CN 203641365 U，标题为"一种准零刚度隔振器"的实用新型公开了 一种准零刚度隔振器，利用四个水平弹簧以及一个竖直弹簧提供恢复力，利用滚轮-凸轮装 置连接水平移动装置与竖直移动装置，组成一个非线性几何机构;通过合理设计竖直弹簧 和水平弹簧的刚度系数，及调节水平弹簧的压缩量，使系统在静平衡位置处的刚度为零，从 而实现低频或超低频隔振。该隔振器具有大静刚度小动刚度特征，动静刚度比很低，不仅可 实现低频隔振，还可承受较大的设备重量，且结构简单、加工制造方便，易于实现工程化。本 实用新型隔振器对于工程加工及安装精度有非常高的要求。
[0010] (6)公开号为CN 102678804 B，题目为："滑动弹性梁和弹簧组合非线性超低频隔 振器"的发明专利，公开了一种由负刚度滑动弹性梁及正刚度弹簧组成的非线性超低频隔 振器，本发明整体系统具有近似动态准零刚度特性，可以对实现超低频率的振动隔离并兼 有抗冲效果。然而，此发明的隔振器在实际工程中对于滑动弹性梁的材料特性及安装精度 有非常严格的要求，不利于工程推广。
[0011] 本申请与实用新型（5)的本质区别是:本实用新型的正刚度装置和负刚度装置引 入了可以进行准确调节的设计;与实用新型(4)的本质区别是:负刚度结构的设计方案及垂 直弹簧调节装置设计方案不同。
【发明内容】
[0012] 本实用新型的目的在于针对现有低频隔振器安装不方便、结构复杂、工况适应性 差等问题，提出一种正负刚度并联低频隔振器。
[0013] 本实用新型的核心技术特点为:应用正负刚度并联原理，使用正刚度元件和负刚 度元件并联，结合加装的阻尼装置抑制系统共振及针对过激情况提供保护;正、负刚度调节 装置来实现正、负刚度范围的有效及准确调节以满足不同承载质量与隔振要求。
[0014] 本实用新型采用的具体技术方案如下：
[0015] 包括正刚度元件调节装置、正刚度元件、负刚度元件装置、负刚度元件调节装置、 阻尼装置、承载装置、负刚度元件支撑柱及底座支撑装置：
[0016] 其中，所述的正刚度元件即垂直弹簧主体；
[0017] 其中，所述的正刚度元件调节装置由圆形套筒、调节旋钮及轮辐式压力传感器组 成；
[0018] 所述的负刚度元件装置由水平弹簧主体、水平弹簧套筒、滑动块固定螺杆、滑动 块、球形块、连接杆及侧壁支撑铰接装置组成；
[0019] 所述的负刚度元件调节装置由双头螺柱、固定框架、预压弹簧、预压调节螺母、螺 柱调节旋钮、紧固螺母及S型压力传感器组成；
[0020] 所述的阻尼装置由连接板、活塞阻尼器、调整垫板组成；
[0021] 所述的承载装置由承载台及侧壁支撑组成；
[0022] 所述的底座支撑装置由支撑板、圆盘底座、支撑垫脚、支撑柱及直线轴承组成；
[0023] 所述的水平弹簧主体、垂直弹簧主体及预压弹簧的弹簧个数不唯一且可调整更 换；
[0024] 所述的活塞阻尼器个数不唯一且阻尼器型号可调整更换；
[0025] 本实用新型以底座支撑装置的支撑柱为中心面对称分布，各组成部分的连接与安 装关系为：
[0026] 正刚度元件调节装置固定于底座支撑装置下方，轮辐式压力传感器与调节旋钮相 连，该传感器一端与通过直线轴承穿过承载装置的侧壁支撑下端直杆连接，另一端连接垂 直弹簧主体;与正刚度元件调节装置的圆形套筒中间孔配合连接的调节旋钮可对垂直弹簧 主体进行调节，其中圆形套筒固定在支撑板的下表面上；垂直弹簧主体安装于正刚度元件 调节装置的圆形套筒内，上端与轮辐式压力传感器连接，下端与调节旋钮连接;负刚度元件 装置安装于负刚度元件支撑柱上部开设的通孔处，其水平弹簧主体外部安装有水平弹簧套 筒，水平弹簧套筒的固定端连接在负刚度元件支撑柱通孔处外壁，水平弹簧主体的活动端 连接滑动块，滑动块另一端连接有负刚度元件调节装置的S型压力传感器;水平弹簧主体预 压操作后使用滑动块固定螺杆对滑动块进行固定;水平弹簧主体另一端安装有可在水平弹 簧套筒内做直线运动的球形块，在球形块上开设有铰接孔与连接杆相连，连接杆另一端也 通过铰接方式与侧壁支撑铰接装置连接;S型压力传感器的另一端连接到一根通过固定框 架固定在负刚度元件支撑柱内壁的双头螺柱上，紧固螺母固定连接双头螺柱和S型压力传 感器，在双头螺柱上安装有预压弹簧，并通过双头螺柱一端的预压调节螺母进行压力调节； 双头螺柱通过螺柱调节旋钮与固定框架连接，螺柱调节旋钮能够调节双头螺柱的固定位 置;所述负刚度元件调节装置中的调节螺母与双头螺柱连接;双头螺柱与预压弹簧连接，并 与反馈调节螺母压力值的S型压力传感器连接；
[0027] 活塞阻尼器通过阻尼装置的连接板、调整垫板和侧壁支撑内侧与支撑板连接:阻 尼装置的调整垫板和侧壁支撑连接到底座支撑装置的支撑板上方，调整垫板上固定有活塞 阻尼器，活塞阻尼器上部通过连接板连接到侧壁支撑的内壁;承载装置的侧壁支撑下部直 杆通过底座支撑装置的直线轴承并穿过其支撑板与正刚度元件调节装置的轮辐式压力传 感器