准零刚度隔振器及其设计方法

本发明属于隔振器，具体涉及一种准零刚度隔振器及其设计方法。

背景技术：

1、高端制造业对隔振设备的性能要求严苛，尤其在航空、航天、精密仪器与特种运输等领域。隔振设备主要为隔振器，隔振器是连接设备和基础的弹性元件，用以减少和消除由设备传递到基础的振动力和由基础传递到设备的振动。

2、传统的隔振器由双稳态负刚度结构与线性弹簧并联构成，该结构在使用过程中无法避免使用多稳态结构，在隔振器的结构稳定性方面存在安全隐患，并且振幅较大的情况下平衡点易切换，产生结构失稳(如梁板屈曲突跳)，隔振失效甚至放大振幅，发生安全事故。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种准零刚度隔振器及其设计方法，旨在解决传统隔振器结构容易切换平衡点造成失稳，存在安全隐患的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种准零刚度隔振器，包括：

3、底座；

4、导向仓，设于所述底座，所述导向仓的轴向平行于上下方向，所述导向仓内设有压杆，所述压杆的底端与所述导向仓的内底壁之间设有第一弹簧，所述第一弹簧具有使所述压杆伸出于所述导向仓顶面的预紧力；

5、导轨，设于所述底座，且沿上下方向延伸；

6、承载组件，包括承载板，所述承载板上设有与所述导向仓滑动配合的通孔、与所述压杆固接的连接部，以及与所述导轨滑动配合的滑动部；

7、连杆组件，包括通过转轴转动配合的第一连接杆和第二连接杆，所述转轴处于所述承载板的竖直投影范围内，所述第一连接杆背离所述转轴的一端与所述承载板转动配合，所述第二连接杆背离所述转轴的一端与所述底座转动配合；

8、第二弹簧，连接于所述导轨和所述转轴之间，所述第二弹簧水平设置。

9、本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，在使用时，将待隔离的物体安装在承载板上，物体初放置的时候由于自重使得承载板发生初步的位移，在进行上下振幅的过程中，承载板带动压杆挤压或拉伸导向仓内的第一弹簧，并且随着承载板的上下移动，连杆组件的竖直高度随承载板的高度变化而变化，第一连接杆和第二连接杆之间的转轴发生水平位移，转轴水平位移时拉动或挤压第二弹簧，实现隔振效果。本发明准零刚度隔振器中的连杆组件连接在承载板和底座之间，在承载板上下运动的过程中，转轴始终处于承载板的竖直投影范围内，例如向下变化的时候，转轴靠近过承载板中心的竖直线，此时整体的体积减小，承载能力更高，因此隔振效果更好，相比于传统结构可有效避免失稳情况的发生，安全系数更高。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述转轴端部与所述第二弹簧之间通过挂接板连接，所述挂接板上设有长圆孔，所述长圆孔的一端与所述转轴端部配合，所述长圆孔另一端安装有插杆，所述第二弹簧的一端套设于所述插杆。

11、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述承载板的底部设有第一连接座，所述底座的顶部设有第二连接座，所述第一连接座和所述第二连接座上均设有连接耳板，所述第一连接杆背向所述转轴的一端与所述第一连接座上的连接耳板转动配合，所述第二连接杆背向所述转轴的一端与所述第二连接座上的连接耳板转动配合。

12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述承载板为圆形板，所述导向仓和所述导轨绕所述承载板的轴向均匀分布。

13、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述导向仓上设有沿其径向贯穿的滑槽，所述滑槽沿上下方向延伸；

14、所述承载板上设有横杆，所述横杆的两端分别固设于所述通孔的内壁，并与所述通孔的径向平行，所述横杆与所述压杆固接，且与所述滑槽滑动配合，所述横杆形成所述连接部。

15、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述承载组件还包括连接于所述承载板的法兰轴承，所述法兰轴承形成所述滑动部。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述承载板的外周面与所述导轨间隔分布，所述承载组件还包括固设于所述承载板上的基座，所述法兰轴承连接于所述基座并凸出于所述承载板的外周。

17、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述导向仓还包括：

18、仓体；

19、仓座，设于所述仓体内底部，并与所述底座连接；

20、固定片，压设于所述第一弹簧顶端，所述固定片与所述压杆的底端固接；

21、所述第一弹簧抵接于所述固定片和所述仓座之间。

22、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述承载板的中部设有减重孔，所述承载板上还设有位于所述减重孔内的交叉臂，所述交叉臂与所述减重孔的内壁固接，以承托被隔离物体。

23、第二方面，本发明实施例还提供了一种准零刚度隔振器的设计方法，用于对上述准零刚度隔振器进行校验，包括如下步骤：

24、s10：将被隔离物体固设于所述承载板，计算偏移量△0和第一弹簧的刚度系数

25、

26、其中，p＝2l2sinθ-δ0，为不为0的任意正数，l2为所述第二连接杆的长度，θ为初始状态时所述第二连接杆与所述底座的夹角；

27、s20：将所述s10计算得到的△0带入下述公式，计算所述第一弹簧的实际刚度系数k1和所述第二弹簧的实际刚度系数k0

28、

29、

30、其中，ma为被隔离物体的质量，g为重力加速度；

31、s30：将所述s20步骤中的k1替换所述s10步骤中的所述s20步骤中的k0替换所述s10步骤中的并按照s10步骤中的公式进行计算，得到若则k0和k1符合要求，以k0和k1的值选取对应规格的第一弹簧和第二弹簧。

技术特征：

1.一种准零刚度隔振器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述转轴端部与所述第二弹簧之间通过挂接板连接，所述挂接板上设有长圆孔，所述长圆孔的一端与所述转轴端部配合，所述长圆孔另一端安装有插杆，所述第二弹簧的一端套设于所述插杆。

3.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述承载板的底部设有第一连接座，所述底座的顶部设有第二连接座，所述第一连接座和所述第二连接座上均设有连接耳板，所述第一连接杆背向所述转轴的一端与所述第一连接座上的连接耳板转动配合，所述第二连接杆背向所述转轴的一端与所述第二连接座上的连接耳板转动配合。

4.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述承载板为圆形板，所述导向仓和所述导轨绕所述承载板的轴向均匀分布。

5.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述导向仓上设有沿其径向贯穿的滑槽，所述滑槽沿上下方向延伸；

6.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述承载组件还包括连接于所述承载板的法兰轴承，所述法兰轴承形成所述滑动部。

7.如权利要求6所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述承载板的外周面与所述导轨间隔分布，所述承载组件还包括固设于所述承载板上的基座，所述法兰轴承连接于所述基座并凸出于所述承载板的外周。

8.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述导向仓还包括：

9.如权利要求1所述的准零刚度隔振器，其特征在于，所述承载板的中部设有减重孔，所述承载板上还设有位于所述减重孔内的交叉臂，所述交叉臂与所述减重孔的内壁固接，以承托被隔离物体。

10.如权利要求1所述的准零刚度隔振器的设计方法，其特征在于，用于对如权利要求1-9任一项所述的准零刚度隔振器进行设计，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种准零刚度隔振器及其设计方法，所述准零刚度隔振器包括底座、导向仓、导轨、承载组件、连杆组件以及第二弹簧，所述导向仓设于所述底座，所述导向仓的轴向平行于上下方向，所述导向仓内设有压杆，所述压杆的底端与所述导向仓的内底壁之间设有第一弹簧；所述导轨设于所述底座；所述承载组件包括承载板，所述承载板上设有与所述导向仓滑动配合的通孔、与所述压杆固接的连接部，以及与所述导轨滑动配合的滑动部；所述连杆组件包括通过转轴转动配合的第一连接杆和第二连接杆；所述第二弹簧连接于所述导轨和所述转轴之间。本发明提供的准零刚度隔振器及其设计方法隔振效果更好，相比于传统结构可有效避免失稳情况的发生，安全系数更高。

技术研发人员：田瑞兰,王明昊,张寅硕,李绅,王秋宝,张小龙,薛强,郭秀英,关淮桐,韦方怡
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14