本实用新型涉及一种低频或超低频非线性隔振装置，该实用新型对承受力激励、位移激励的设备均有良好的隔振效果，可适用于工程车辆、精密测量仪器、精加工机床、轮船、潜艇、航天航空器等的隔振系统中。
背景技术：
工程实际中存在的振动大都是不利因素，严重损害周围设备、装置的正常工作能力。比如，振动会损害精密仪器设备的功能，降低其工作精度，加剧构件的疲劳和磨损致其失效，缩短其使用寿命；振动还可能致使结构松弛，如螺栓因振动而脱落。系统固有频率的平方与系统刚度成正比，与被隔振体质量成反比，传统的线性隔振系统只有当激励频率大于系统固有频率的倍时才具有隔振效果，线性隔振器可较好的隔离中、高频振动。因此，线性隔振系统需降低自身固有频率才具有低频隔振性能，通常的方法是减小系统刚度。但降低刚度所导致的不良后果是会降低承载能力，导致静位移过大、系统稳定性不足。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现存技术的不足，提供一种带水平阻尼的准零刚度隔振器。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种带水平阻尼的准零刚度隔振器，包括支撑平台，支撑平台中部安装有竖直方向的用来提供支撑力的竖直弹簧，竖直弹簧的底端固定在基座的上表面，在支撑平台下设置有吊杆，在吊杆的底端固定有带水平直线导轨的水平板；水平直线导轨靠近支撑平台的一侧设置固定块，水平直线导轨靠近竖直弹簧的一端装有可沿水平直线导轨水平移动的滑动块，水平直线导轨的底面与滑动块的顶面接触；水平弹簧的两端分别与固定块及滑动块通过弹簧连接件连接，且固定块与滑动块之间设有阻尼器；滑动块靠近竖直弹簧的一侧安装有连杆，在连杆的另一端装有滚轮；竖直弹簧左右两侧安装挡板，挡板的下表面固定在基座上表面；挡板远离竖直弹簧的一侧设有竖直直线导轨，在竖直直线导轨上安装可上下滑动的带凸轮的竖直滑动板结构；在挡板上下两端共设置四个竖直调节轴；凸轮的外表面与滚轮接触；竖直弹簧左右两侧的结构对称布置。
所述固定块与滑动块上各固定有一个位置相对的弹簧连接件，水平弹簧两端分别与两个弹簧连接件连接，从而将固定块与滑动块连接起来。
所述支撑平台正对着固定块中心的位置处安装水平调节轴，水平调节轴的右端与固定块接触；所述水平直线导轨上安装固定块和滑动块。
所述支撑平台的中间位置放置有被隔振体；所述凸轮上下两侧设有竖直调节轴，两个竖直调节轴都固定在挡板上，且与竖直滑动板的上下端面接触。
与现有技术相比，本实用新型的优势为：一种带水平阻尼的准零刚度隔振器具有足够大的静承载刚度来支撑被隔振体，可应用于不同质量的被隔振体的振动隔离，通过调节凸轮高度，可使凸轮与滚轮的中心保持水平。系统在静平衡位置附近具有非常低的动刚度，因此，本实用新型非常适于低频、甚至超低频隔振。本实用新型具有高静刚度低动刚度特性，兼有高承载能力与低频隔振性能，且结构简单、易于加工制造，可实现工程化。
附图说明
图1为本实用新型一实施例组成结构示意图；
图2为隔振系统承受较小质量被隔振体时的原理结构示意图；
图3为隔振系统承受较大质量被隔振体时的原理结构示意图；
图4为本发明一实施例水平弹簧预压缩量不同时准零刚度系统无量纲刚度与位移的关系曲线；
图5为本实用新型一实施例不同水平阻尼比下准零刚度系统力传递率与频率比的关系曲线；
图6为针对位移激励的本实用新型隔振器和等效线性系统的位移传递率比较图；
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型一实施例包括支撑平台1，所述支撑平台1 中部安装有竖直方向的用来提供支撑力的竖直弹簧20，所述竖直弹簧20的上端与支撑平台1连接，其底端固定在基座19的上表面；在支撑平台1内部设置有吊杆2，在吊杆2的底端固定有带水平直线导轨4的水平板3；水平直线导轨4 离支撑平台1较近的一端设置固定块10，水平直线导轨4靠近竖直弹簧20的一端装有可沿水平直线导轨4水平移动的滑动块5；固定块10与滑动块5之间通过水平弹簧7和水平阻尼器11连接；滑动块5的右侧装有连杆12；连杆12靠近竖直弹簧20的一端安装有滚轮13；在竖直弹簧20的左侧安装挡板17，挡板 17的下表面固定在基座19上表面；挡板17左侧设有竖直直线导轨16，在竖直直线导轨16左侧安装竖直滑动板15，竖直滑动板15左侧固定有凸轮14；在挡板17上下两端分别设置竖直调节轴18和竖直调节轴23；竖直弹簧20左右两侧的结构对称布置。
所述滑动块5与固定块10上分别固定有一个弹簧连接件一6和弹簧连接件二8，弹簧连接件一6与弹簧连接件二8位置相对，分别与水平弹簧7两端连接。
所述固定块10与所述支撑平台1之间安装有水平调节轴11，所述水平调节轴11的位置正对着固定块的中心，水平调节轴穿过所述支撑平台1的螺纹孔，顶端与固定块10的侧面接触；所述凸轮7上下两侧设有竖直调节轴18和竖直调节轴23，都安装在挡板上17，所述竖直滑动板15可在竖直直线导轨16上滑动，且与凸轮固定连接。
本实施例中，所述挡板上对称共设置了四个竖直调节轴、两个水平调节轴，所述支撑平台的左右两侧对称设置两个固定块和两个滑动块。
本实施例中，共有两个水平阻尼器11，其参数完全相同；共有二根参数相同的水平弹簧7。
本实施例中，凸轮的位置与水平弹簧的压缩量都可以调节，确保系统在平衡位置附近振动，使其具有高静低动刚度特性。
本实施例工作原理如下：竖直弹簧20的刚度是kv，凸轮14上设置的弧形槽半径为r1，滚轮13半径为r2，滚轮13固定在滑动块5上，凸轮13安装在竖直滑动板15上，凸轮14与滚轮13的中心一直保持水平。当被隔振体22放置于支撑平台1上时，竖直弹簧20被压缩，支撑平台推动滚轮13与滑动块5沿着水平直线导轨4两边滑动。使用竖直调节轴18和竖直调节轴23，调节竖直滑动板15 在竖直直线导轨16上下移动，将凸轮14与滚轮13的中心调到同一水平线上，该位置正是隔振系统的静平衡位置，此时，被隔振体22的重量完全由竖直弹簧 20提供，如图2所示。
当承载不同的重量时，可通过调整竖直调节轴使凸轮上升或下降，保证凸轮和滚轮在静平衡时的中心在水平方向上保持平齐；当被隔振体受激励作低频振动时，振动平台上下移动，从而滚轮上下运动，由于水平弹簧预压力始终存在，滚轮在凸轮上滚动且始终保持接触，凸轮14由竖直调节轴18和竖直调节轴23固定在竖直直线导轨16上不动，滚轮13通过连杆12与滑动块5固定连接，只能在水平直线导轨4上沿水平方向左右运动，所以滚轮只能在凸轮曲面圆弧槽内滚动。
被隔振体未放置到支撑平台1上时，滚轮中心所在水平线在凸轮中心所在水平线的上方。被隔振体放置到支撑平台1上后，将竖直弹簧20压缩到一定长度，调节竖直调节轴18和竖直调节轴23，使凸轮与滚轮的中心在同一水平线上，达到平衡位置时，只要系统中弹簧、阻尼参数选择合适，可调节水平弹簧的压缩量使得系统的总刚度为零。被隔振体在平衡位置附近振动，系统固有频率低，兼有高承载能力与低频隔振性能，所以能达到低频隔振的目的。
竖直弹簧的刚度为kv，水平弹簧的刚度为kh。凸轮的圆弧槽半径为r1，滚轮半径为r2。静平衡位置处，竖直弹簧的压缩量为Δx＝Mg/kv，水平弹簧压缩量为δ。随着被隔振体质量的增加，竖直弹簧的压缩量逐渐增大。
如图2和图3所示，将不同质量的被隔振体放置到支撑平台上，由于竖直弹簧的压缩量不同，导致滚轮相对凸轮的位置也各不相同。放置被隔振体的过程中，支撑平台受被隔振体的重力作用下降，带动吊杆、固定块、滑动块以及滚轮共同下降同一距离，滚轮是沿着凸轮的圆弧槽下降，使滚轮轮心与凸轮中心的距离越来越远，直到两心到达同一水平线。所以，滚轮推动滑动块移动，水平弹簧被压缩。
当滚轮轮心在凸轮中心以上时，需要升高凸轮的位置高度。操作步骤是：旋紧竖直调节轴18，旋松竖直调节轴23，使竖直滑动板带动凸轮上升，直到滚轮与凸轮的中心平齐；反之，需要降低凸轮的位置高度，旋松竖直调节轴18，旋紧竖直调节轴23，使竖直滑动板带动凸轮下降，直到滚轮与凸轮的中心平齐。
在垂直方向的力作用下，当被隔振设备M在垂直方向上，滚轮与凸轮保持接触，位移X满足时，凸轮与滚轮保持接触，当位移超出这个范围时，负刚度结构就失去了作用，此时，系统变为一个只有竖直弹簧发挥作用的线性隔振系统。
令所述水平弹簧7与所述竖直弹簧20的刚度比为α，当α取定值时，可通过调节水平弹簧7的预压缩量，改变系统刚度；当α和δ满足一定条件时，系统在平衡位置处具有零刚度特性。
如图4，当α一定时，随着水平弹簧7预压缩量δ的增大，系统的刚度逐渐减小；当预压缩量较小时，正刚度弹簧20作主导作用，系统总刚度为正；反之，负刚度结构作主导作用，系统的刚度为负。
被隔振体22置于支撑平台1上时，竖直弹簧20产生静变形，要使系统处于平衡位置，可以通过调节凸轮14位置与水平弹簧7的压缩量来实现。因此，对于任意质量的被隔振体22，均可合理设计系统参数，使系统具有准零刚度的特性，从而实现低频隔振。
隔振的目的是减少振动机械对基础的作用或减小基础振动所引起的被隔振物体的振动响应。隔振效果的评价指标包括力传递率与位移传递率。力传递率的定义是传递到基座的力与激励力的比值；而位移传递率是被隔振体的响应位移幅值与激励位移幅值的比值。
当简谐激励力(幅值为F0)作用在被隔振体22时，质量块承受竖直弹簧弹性力、阻尼力、负刚度结构以及激励力的共同作用，在平衡位置做上下运动。
其中，f＝F0/kv(r1+r2)，ξ1＝c1/(2Mω0)，ξ2＝c2/(2Mω0)，c1， c2分别为竖直阻尼系数及水平阻尼系数。
图5为传递到基座的力幅值与激振力幅值的比值(即力传递率)，并将其与等效的线性隔振系统的力传递率进行对比。参数选择为：竖直阻尼比为ξ1＝0.1，激振力为f＝0.03，刚度比为α＝1。
从图5可以清楚地看出，水平弹簧与竖直弹簧的刚度比选取合适，调节水平弹簧压缩量使系统具有零刚度。在一定的激振力下，本发明起始隔振频率比线性弹簧要低得多，ξ2越大时隔振效果越好，而且传递率的幅值也比等效的线性系统低得多。此外，增大水平阻尼比可抑制系统共振，降低共振区的力传递率，且对非共振区的力传递率影响甚微，可进一步的改善准零刚度隔振系统的隔振效果。
类似地，在简谐基础激励(幅值为B)作用下，该隔振器的作用是减小被隔振体的振动幅值。
当竖直阻尼比ξ1＝0.1，激振力为刚度比为α＝1，该隔振系统的位移传递率与线性隔振系统的对比图如图6所示
从图6中可以看出，对于低幅值的基础激励，本发明可实现低频隔振，抑制系统的共振，而且传递率比相应的线性系统要低得多，达到了运动隔振的目的，效果优越。
上述内容是结合附图对本发明进行的示例性描述，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进、或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。