一种准零刚度压杆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种准零刚度压杆，可应用于各类隔振平台，可使平台在各自由度上 具有高静低动刚度特性，从而实现低频隔振。
【背景技术】
[0002] 在汽车、舰船、航天航空等高精密工程领域中，由于运些精密仪器对周围的振动环 境都非常敏感，微小的不良振动都会大大影响到其精密性甚至造成损伤，因而其隔振性能 常常影响其运用性能。传统的隔振系统无法做到权衡静承载力和低刚度之间的矛盾，故低 频及超低频振动的隔离成为研究的重点和难点。随着低频隔振技术研究的不断深入，研究 者提出了一系列的低频隔振系统，且对于一些需要弹性支承的低频或超低频振动环境，也 提出了具有隔振性能的压杆装置。目前，运些隔振装置有利用弹黃装置，也有利用负刚度机 构来获得其低频隔振的效果，但由于结构不够紧凑，很难应用在狭小空间去实现隔振，也不 便于组合成复合性准零刚度机构实现多向准零刚度的功能特性
[0003] 经检索，申请号为200610150921.1的中国发明专利申请公开了一种名称为"非线 性压杆弹黃装置"的发明专利申请，该专利申请将压杆作为弹性元件，利用导向滑块在导向 槽中滑动保持压杆受力为轴向力。该专利依据压杆失稳机理，实现高静态刚度和低动态刚 度，从而期望获得低频隔振效果。该专利可能存在几个问题：1)压杆屈曲导致滑块摩擦力增 加，损害中高频隔振;2)其结构设计对于微幅振动达不到预期的隔振效果;3)与本专利申请 所依据的机理完全不同，本专利是通过半球环形凸起-万向滚轮-黃片来实现准零刚度的高 静态刚度和低动态刚度特性，并且对微幅振动有较好的隔振效果。
[0004] 中国发明专利"承重可调准零刚度隔振器及其控制方法(201210081938.1)"、"滑 动梁和弹黃组合非线性超低频隔振器（【申请号】201210145254.3)"、"屈曲板型准零刚度隔 振器（【申请号】201310330357.1)"、"滚球型准零刚度隔振器（【申请号】201310330359. or、 "碟形橡胶准零刚度隔振器（【申请号】201310330360.3)"、"扭转准零刚度隔振器（【申请号】 201410558315.8)"、"一种采用环形永磁铁产生负刚度的准零刚度隔振器（【申请号】 20 1410582655.4 )"、"一种采用螺旋弹黃与磁性弹黃并联的准零刚度隔振器 (201510097824. X)"，实用新型专利"具有准零刚度的非线性磁力隔振器（【申请号】 201120223834.〇r、"具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统(201320230643.6)"、"一种准 零刚度隔振器(201420008107.6)"提出了若干种准零刚度隔振器，但其结构设计形式与本 专利申请完全不同，在正负刚度实现机理上，也并未检测到利用半球环形凸起-万向滚轮-黃片的负刚度机构和正刚度弹黃组合实现准零特性的准零刚度压杆。
【发明内容】
[0005] 基于正负刚度并联的原理，本发明旨在提供一种半球环形凸起-万向滚轮-黃片 (其中黃片W两端固支的梁的形式起作用）复合型负刚度机构与弹黃正刚度组成的准零刚 度压杆，该准零刚度压杆可W实现对低频振动的隔离，具有结构紧凑、便于组合成多种复合 性准零刚度机构实现多向准零刚度的功能特性的特点，例如将其应用到隔振平台上实现平 台的准零特性，便于解决多向低频隔振的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种准零刚度压杆，其结构特点是，包括细长内杆，套装在细长内杆外的外套筒， 半开口式圆柱套筒，W及用于调节外套筒与半开口式圆柱套筒之间距离的内套筒;所述细 长内杆的一端伸出所述外套筒外且另一端与一竖直弹黃相连，具有正刚度的该竖直弹黃的 一端定位于细长内杆的端部，且竖直弹黃另一端定位于开设在半开口式圆柱套筒上的定位 孔内；所述细长内杆的外壁面上具有环状半球环形凸起，该半球环形凸起的外表面为半球 面;所述外套筒内壁上装有环形套，该环形套内壁上装有至少=个黃片，每个黃片内壁上均 装有与所述半球环形凸起接触的万向滚轮;所述半球环形凸起、黃片和万向滚轮之间构成 负刚度元件。
[000引由此，本发明的半球环形凸起-万向滚轮-黃片与竖直弹黃并联，具有良好的高静 低动刚度特性，可组合成各类准零刚度隔振平台，可使平台在各自由度上具有高静低动刚 度特性，从而实现多向低频隔振。
[0009] 根据本发明的实施例，还可W对本发明作进一步的优化，W下为优化后形成的技 术方案：
[0010] 所述细长内杆的伸出端装有单杆型球头杆端关节轴承，所述半开口式圆柱套筒的 外端部上装有单杆型球头杆端关节轴承。
[0011] 所述内套筒具有外螺纹，所述外套筒和半开口式圆柱套筒的内壁均开有与所述内 套筒的外螺纹配合的内螺纹。由此，该可调节的圆柱内套筒是利用螺纹的旋进与旋出来实 现弹黃压缩量的调节，进而调整半球环形凸起与万向滚轮的接触情况，且该圆筒两端的螺 纹之间存在一道宽槽，便于螺纹的旋进。
[0012] 所述细长内杆通过多个直线轴承装在外套筒内壁，并可相对外套筒轴向移动。
[0013] 所述环形套有两个，设置在所述半球环形凸起的上下两侧，所述黃片的两端分别 固定在相应的环形套上。由此，黃片W两端固支的梁的形式起作用。
[0014] 所述外套筒由=段串接而成;所述环形套固定在中间的外套筒内壁上。优选地，圆 柱外套筒与圆柱外套筒之间的连接通过螺纹来实现，组装成一个长的圆柱外套筒，有利于 内部元件的装配。
[0015] 所述竖直弹黃为机械螺旋弹黃。
[0016] 优选地，所述黃片为=个，=个黃片均匀设置在半球环形凸起的外侧。
[0017] 所述半球环形凸起的半球面圆屯、与万向滚轮的圆屯、位于同一水平面时的准零刚 度压杆处于静平衡位置;所述准零刚度压杆的无量纲回复力和无量纲刚度玄0ZS分 别为：
[0020] 其中^为半球环形凸起偏离静平衡位置的无量纲位移量，式，,,、.为零刚度条件下黃 片到细长内杆间的无量纲距离。
[0021] 藉由上述结构，本发明设计的准零刚度压杆包括加工有半球环形凸起的细长内 杆，并利用半球环形凸起、万向滚轮与黃片的组合来实现负刚度，且万向滚轮用螺栓固定在 黃片上，用万向滚轮-黃片均匀分布固定在两个环形套并安装在一圆柱外套筒上来保证半 球环形凸起与万向滚轮接触的对中效果，使其不易发生偏转;具有正刚度的竖直弹黃一端 套在细长内杆的下端通过其轴肩来限定弹黃上端的位置，另一端卡在半开口式圆柱筒的圆 槽中；两个一上一下安装在圆柱外套筒上的直线轴承，确保了细长内杆与竖直弹黃的竖直 性，使其在竖直运动时不会发生偏移;可调节式圆柱内套筒可通过螺纹来调节弹黃的压缩 量进而调节圆柱筒的位置来确保万向滚轮圆屯、与半球环形凸起圆屯、连线垂直通过细长内 杆与竖直弹黃的轴屯、线;两个单杆型球头杆端关节轴承分别安装在细长内杆和半开口式圆 柱套筒上，并可通过它们将该准零刚度压杆组合到其他隔振平台上来实现平台的多向准零 刚度特性。
[0022] 优选地，所述半球环形凸起为细长内杆的阶梯轴上的一部分，形状为半圆形圆环， 即便该半球环形凸起在接触平面上发生旋转，也不会影响半球环形凸起与万向滚轮的接触 情况。
[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0024] 1)本发明准零刚度压杆通过具有正刚度的竖直弹黃和具有负刚度的半球环形凸 起-万向滚轮-黃片机构的并联组合使其具有高静刚度、低动刚度的特征，并在静平衡位置 处实现零刚度，且在静平衡位置附近呈现微小刚度特性，可W实现对低频的振动隔离；
[0025] 2)本发明准零刚度压杆结构更加紧凑，可使用在很多空间受限的场合；
[0026] 3)本发明准零刚度压杆便于组合成多种复合性准零刚度机构实现多向准零刚度 的功能特性。
[0027] W下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明一种实施例的剖面示意图；
[0029] 图2是本发明的受力分析图，其中(a)为万向滚珠与凸起接触状态受力图；（b)为凸 起偏离万向滚轮的状态受力图；（C)为万向滚轮与凸起未接触状态受力图；
[0030] 图3是本发明在0=1时的无量纲回复力-位移曲线；
[0031] 图4是本发明在0=1时的无量纲刚度-位移曲线；
[0032] 图5是本发明在准零刚度条件下的无量纲刚度-位移曲线；
[0033] 图6是图1的局部放大图。
[0034] 在图中：
[0035] 1-单杆型球头杆端关节轴承;2-细长内杆;3-直线轴承;4-5-6-外套筒;7-可调节 式圆柱内套筒;8-竖直弹黃;9-半开口式圆柱套筒；10-环形套；11-黃片；12-万向滚轮；13-螺栓。
【具体实施方式】
[0036] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例W本发明技术方案为前提条件进行 实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0037] 本实施例所述