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    重庆时时彩单注多少钱: 拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法.pdf

    关 键 词:
    拉伸 式准零 刚度 隔振器 及其 实现 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610338012.4

    申请日:

    2016.05.23

    公开号:

    CN106402267A

    公开日:

    2017.02.15

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16F 15/06申请日:20160523|||公开
    IPC分类号: F16F15/06; F16F7/116 主分类号: F16F15/06
    申请人: 福州大学
    发明人: 杨晓翔; 蓝双
    地址: 350108 福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号福州大学新区
    优先权:
    专利代理机构: 福州元创专利商标代理有限公司 35100 代理人: 蔡学俊
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610338012.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.07.17|||2017.03.15|||2017.02.15

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法,该隔振器是负刚度机构并联正刚度主弹簧而成的,其中负刚度机构是由拉伸弹簧、连杆、滑块和导轨组成,能在垂直方向产生负刚度,并且能够避免压缩弹簧发生失稳的缺点,在水平方向微调时能够保证结构左右对称。根据正负刚度相消原理,负刚度机构并联正刚度弹簧后,隔振器在平衡位置处的刚度接近零,固有频率也接近于零,使得开始隔振频率大大减小,增大隔振区间,具有隔离低频或超低频振动的能力。该隔振器结构简单,结构紧凑,便于装配和调试,在汽车、精密仪器、敏感设备、精密加工、航空航天工程等领域具有一定的工程应用价值。

    权利要求书

    1.一种拉伸式准零刚度隔振器,其特征在于:包括基座、主弹簧、调节螺母、螺栓座、套
    盖、载物台、拉伸弹簧、连杆、滑块、导轨、横杆、上铰链座、侧铰链座以及支撑座;所述基座中
    部安装有所述螺栓座和用以调节所述主弹簧上下移动的所述调节螺母;所述主弹簧为正刚
    度弹簧,所述主弹簧的上下两端分别由套盖与调节螺母定位支撑;所述套盖安装于用以放
    置被隔振物体的所述载物台的底部中心;所述拉伸弹簧、连杆、滑块以及导轨组成负刚度机
    构,所述连杆的一端通过侧铰链座与所述载物台连接,另一端通过上铰链座与所述滑块连
    接,所述滑块设置于所述导轨上,用以在所述轨道上左右滑动;所述横杆固定于两个滑块
    上,用以使两个滑块同时运动。
    2.根据权利要求1所述的一种拉伸式准零刚度隔振器,其特征在于:所述负刚度机构中
    的拉伸弹簧的一端通过固定座与所述横杆连接,所述拉伸弹簧的另一端设有用以调节拉伸
    弹簧的变形量的微分头微调装置,所述微分头微调装置包括一微分头,所述拉伸弹簧的另
    一端通过连接块与所述微分头连接,所述微分头固定于所述横杆上。
    3.根据权利要求1所述的一种拉伸式准零刚度隔振器,其特征在于:所述导轨安装在所
    述支撑座上,所述支撑座固定于所述基座上。
    4.一种基于权利要求1所述的拉伸式准零刚度隔振器的实现方法,其特征在于:包括以
    下步骤:
    步骤S1:将一重量为mg的被隔振物体放置在所述载物台上,所述载物台向下运动,所述
    主弹簧压缩,所述滑块在连杆的作用下向外移动,所述拉伸弹簧被拉长;
    步骤S2:所述主弹簧底端支撑的调节螺母经过调节上下移动,调节所述主弹簧的上下
    位置,使所述连杆保持在水平位置,保证系统处于平衡位置;
    步骤S3:旋转所述微分头微调所述拉伸弹簧的拉伸量,起微调作用,保证系统的准零刚
    度特性;所述被隔振物体的重量由所述主弹簧承受,所述拉伸弹簧不起支撑作用,隔振器处
    于平衡位置。
    5.根据权利要求4所述的一种拉伸式准零刚度隔振器的实现方法,其特征在于:
    所述主弹簧的刚度为kv,所述拉伸弹簧的刚度为kh,其受力如下:

    对其进行无量纲化,得到无量纲力和无量纲位移的关系:

    其中:
    对无量纲力求导,得无量纲刚度和无量纲位移的关系:

    则所述隔振器处于平衡位置时,代入上式,得平衡位置处 的刚度:

    所述隔振器在平衡位置处时,刚度为零,令上式等于零,即:

    6.根据权利要求4所述的一种拉伸式准零刚度隔振器的实现方法,其特征在于:
    所述为隔振器保证准零刚度特性所需满足的参数条件,若满足所述
    条件,该隔振器实现低频或超低频隔振。

    说明书

    拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法

    技术领域

    本发明涉及隔振装置领域,特别是涉及一种拉伸式准零刚度隔振器及其实现方
    法。

    背景技术

    振动是自然界中最为普遍的一种现象,在日常生活和生产中随处可见,例如随风
    摇摆的树叶、心脏的跳动、汽车随路面的颠簸等。从简单摆到复杂体,从微观物到宏观体,振
    动现象无处不在。其中,不少振动会严重影响人们的生活和工业生产,造成大量的损失。因
    此,振动隔离是人类永恒的研究课题。

    高精尖技术的不断发展,使得隔振技术尤其是低频隔振技术的应用领域更加宽
    广,因此越来越多的人对低频隔振进行探索和研究。由于线性隔振技术已经较为成熟,对于
    中高频振动的隔离已经可以很好地实现,但对于低频或者超低频振动的隔离,仍然是一个
    技术难题。根据振动理论可知,当外界激励的振动频率大于系统固有频率的 倍时,线性
    系统才能开始隔振,即传递率小于1。隔离低频振动的前提是隔振系统的固有频率必须非常
    低,由于普通的线性隔振系统无法克服刚度和承载质量之间的权衡问题,所以无法实现。由
    正负刚度并联组成的非线性隔振系统可以解决这一问题。其利用正负刚度相消原理,使得
    系统的刚度接近于零,又称准零刚度隔振系统。在保证系统承载能力的同时,有效降低系统
    的刚度,从而使得整个系统的固有频率大大降低,使得开始隔振频率减小,增大隔振区间,
    提高了隔振能力,实现低频隔振。因此,准零刚度隔振器具有广阔的应用前景。

    发明内容

    有鉴于此,本发明的目的是提供一种拉伸式准零刚度隔振器及其实现方法,既能
    保证承载质量又能保证极低刚度,能够降低开始隔振频率,增大隔振区间,实现低频或超低
    频隔振。

    本发明采用以下方案实现:一种拉伸式准零刚度隔振器,包括基座、主弹簧、调节
    螺母、螺栓座、套盖、载物台、拉伸弹簧、连杆、滑块、导轨、横杆、上铰链座、侧铰链座以及支
    撑座;所述基座中部安装有所述螺栓座和用以调节所述主弹簧上下移动的所述调节螺母;
    所述主弹簧为正刚度弹簧,所述主弹簧的上下两端分别由套盖与调节螺母定位支撑;所述
    套盖安装于用以放置被隔振物体的所述载物台的底部中心;所述拉伸弹簧、连杆、滑块以及
    导轨组成负刚度机构,所述连杆的一端通过侧铰链座与所述载物台连接,另一端通过上铰
    链座与所述滑块连接,所述滑块设置于所述导轨上,用以在所述轨道上左右滑动;所述横杆
    固定于两个滑块上,用以使两个滑块同时运动。

    进一步地,所述负刚度机构中的拉伸弹簧的一端通过固定座与所述横杆连接,所
    述拉伸弹簧的另一端设有用以调节拉伸弹簧的变形量的微分头微调装置,所述微分头微调
    装置包括一微分头,所述拉伸弹簧的另一端通过连接块与所述微分头连接,所述微分头固
    定于所述横杆上。

    进一步地,所述导轨安装在所述支撑座上,所述支撑座固定于所述基座上。

    特别地,该隔振器主要由具有负刚度特性的负刚度机构和一个用于支撑重物的正
    刚度弹簧组成。当负刚度机构和正刚度弹簧并联后能使系统的刚度接近于零,具有准零刚
    度特性。

    本发明还采用以下方法实现:一种拉伸式准零刚度隔振器的实现方法,包括以下步骤:

    步骤S1:将一重量为mg的被隔振物体放置在所述载物台上,所述载物台向下运动,所述
    主弹簧压缩,所述滑块在连杆的作用下向外移动,所述拉伸弹簧被拉长;

    步骤S2:所述主弹簧底端支撑的调节螺母经过调节上下移动,调节所述主弹簧的上下
    位置,使所述连杆保持在水平位置,保证系统处于平衡位置。;

    步骤S3:旋转所述微分头微调所述拉伸弹簧的拉伸量,起到微调的作用,便于调试,保
    证系统的准零刚度特性;所述被隔振物体的重量由所述主弹簧承受,所述拉伸弹簧不起支
    撑作用,隔振器处于平衡位置。

    进一步地,所述主弹簧的刚度为kv,所述拉伸弹簧的刚度为kh,其受力如下:


    对其进行无量纲化,得到无量纲力和无量纲位移的关系:


    其中:

    对无量纲力求导,得无量纲刚度和无量纲位移的关系:


    则所述隔振器处于平衡位置时,代入上式,得平衡位置处的刚度:


    所述隔振器在平衡位置处时,刚度为零,令上式等于零,即:


    进一步地,所述为隔振器保证准零刚度特性所需满足的参数条件,
    若满足所述条件,该隔振器能够实现低频或超低频隔振。

    与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:与传统的线性隔振器相比,本发明的
    拉伸式准零刚度隔振器,能够在保证系统承载能力的同时,有效降低系统的刚度,从而使得
    整个系统的固有频率接近于零,使得开始隔振频率减小,增大隔振区间,提高了隔振能力,
    实现低频或超低频隔振。与同类其他隔振器相比,本发明的负刚度机构由拉伸弹簧、连杆和
    滑块组成,能够避免压缩弹簧发生失稳的缺点,并且结构简单,空间紧凑,便于装配,在水平
    方向微调时能够保证结构左右对称。并且该隔振器在垂直和水平方向设置有调节机构,便
    于装配后的调试,并适应不同质量的被隔振物体。

    附图说明

    图1 为拉伸式准零刚度隔振器初始状态的结构简图。

    图2 为拉伸式准零刚度系统的力-位移特性曲线。

    图3为拉伸式准零刚度系统的刚度-位移特性曲线。

    图4 为拉伸式准零刚度系统和线性系统的位移传递率曲线对比图。

    图5为拉伸式准零刚度隔振器的初始状态立体结构示意图。

    图6为拉伸式准零刚度隔振器的初始状态结构示意图。

    图7为拉伸式准零刚度隔振器放置重物后的结构示意图。

    图中:1-基座;2-支撑座;3-导轨;4-滑块;5-横杆;6-固定座;7-上铰链座;8-连杆;
    9-拉伸弹簧;10-侧铰链座;11-载物台;12-套盖;13-连接块;14-安装座;15-微分头;16-主
    弹簧;17-调节螺母;18-螺栓座;19-被隔振物体。

    具体实施方式

    下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

    本实施例提供一种拉伸式准零刚度隔振器,如图5至图7所示,包括基座1、主弹簧
    16、调节螺母17、螺栓座18、套盖12、载物台11、拉伸弹簧9、连杆8、滑块4、导轨3、横杆5、上铰
    链座7、侧铰链座10以及支撑座2;所述基座1中部安装有所述螺栓座18和用以调节所述主弹
    簧16上下移动的所述调节螺母17;所述主弹簧16为正刚度弹簧,所述主弹簧16的上下两端
    分别由套盖12与调节螺母17定位支撑;所述套盖12安装于用以放置被隔振物体19的所述载
    物台11的底部中心;所述拉伸弹簧9、连杆8、滑块4以及导轨3组成负刚度机构,所述连杆8的
    一端通过侧铰链座10与所述载物台11连接,另一端通过上铰链座7与所述滑块4连接,所述
    滑块4设置于所述导轨3上,用以在所述轨道3上左右滑动;所述横杆5固定于两个滑块4上,
    用以使两个滑块同时运动。

    在本实施例中,所述负刚度机构中的拉伸弹簧9的一端通过固定座6与所述横杆5
    连接,所述拉伸弹簧9的另一端设有用以调节拉伸弹簧的变形量的微分头微调装置,所述微
    分头微调装置包括一微分头15,所述拉伸弹簧9的另一端通过连接块13与所述微分头15连
    接,所述微分头15固定于所述横杆5上。

    在本实施例中,所述导轨3安装在所述支撑座2上,所述支撑座2固定于所述基座1
    上。

    在本实施例中,该隔振器主要由具有负刚度特性的负刚度机构和一个用于支撑重
    物的正刚度弹簧组成。当负刚度机构和正刚度弹簧并联后能使系统的刚度接近于零,具有
    准零刚度特性。

    在本实施例中,一种拉伸式准零刚度隔振器的实现方法,包括以下步骤:

    步骤S1:将一重量为mg的被隔振物体放置在所述载物台上,所述载物台向下运动,所述
    主弹簧压缩,所述滑块在连杆的作用下向外移动,所述拉伸弹簧被拉长;

    步骤S2:所述主弹簧底端支撑的调节螺母经过调节上下移动,调节所述主弹簧的上下
    位置,使所述连杆保持在水平位置,保证系统处于平衡位置;

    步骤S3:旋转所述微分头微调所述拉伸弹簧的拉伸量,起到微调的作用,便于调试,保
    证系统的准零刚度特性,所述被隔振物体的重量由所述主弹簧承受,所述拉伸弹簧不起支
    撑作用,隔振器处于平衡位置。

    在本实施例中,考虑到制造和装配误差,以及适应不同质量的物体,在垂直方向和
    水平方向设置有调节装置。所述主弹簧16底端支撑的调节螺母17,可以上下移动,调节主弹
    簧16的上下位置,保证不同质量的物体放上后能在平衡位置。在水平方向上,所述拉伸弹簧
    9的一端与微分头15连接,旋转微分头15可微调拉伸弹簧9的拉伸量。垂直方向和水平方向
    的调节机构便于隔振器装配后的调试,能够保证系统的准零刚度特性。

    在本实施例中,对隔振器进行静力学分析,结构简图和系统参数见图1;所述主弹
    簧的刚度为kv,原长为Lv0,所述拉伸弹簧的刚度为 kh,原长为Lh0,任意时刻的长度为Lh。连
    杆长度为a,连杆与水平线之间的夹角为β。A点偏离平衡位置的位移为u。C点与F点之间的距
    离为D。初始状态时A点到平衡位置的距离为h0。其受力如下:


    对其进行无量纲化,得到无量纲力和无量纲位移的关系:


    其中:

    对无量纲力求导,得无量纲刚度和无量纲位移的关系:


    则所述隔振器处于平衡位置时,代入上式,得平衡位置处的刚度:


    为了保证所述隔振器在平衡位置处的刚度为零,令上式等于零,得:


    上式为实现零刚度的前提条件,只有当α、和参数满足上述条件时,所述隔振器在
    平衡位置才能够实现准零刚度,保证系统的固有频率极低。

    根据条件,可得一组参数,,所述隔振
    器在平衡位置具有准零刚度特性,具有低频隔振性能。

    由参数,,可得到力-位移特性曲线和刚度-位移特性曲
    线,如图2和图3所示。从图中可以看出系统在平衡位置()附近的小范围内,系统刚度
    接近于零。说明系统在平衡位置附近时,固有频率很低,适合隔离低频小幅度的振动。在平
    衡位置处,被隔振物体的重量都是由主弹簧支撑的,负刚度机构不起承载作用。为了保证不
    同质量的被隔振物体都能处于平衡位置,在主弹簧的下端设有调节机构,根据被隔振物体
    的重量进行调节,使系统处于平衡位置处。

    在本实施例中,对隔振器进行动力学分析,当基础受到位移简谐激励y=Y sinωt
    时,被隔振物体会在平衡位置处上下运动,设物体的位移为x,建立运动学方程如下:


    令u=x-y,代入上式得:


    将上式无量纲化,得:


    其中,


    采用谐波平衡法来求解上式,设系统的周期解为 代入运动方程中,
    可得系统的幅频特性方程和相频特性方程,如下:



    因此,系统的位移传递率如下:


    当选定系统的各个参数后,代入传递率公式中,得到系统的传递率曲线,如图4所示。由
    图可知,在不同幅值的激励下,拉伸式准零刚度系统与线性系统相比,开始隔振频率更低,
    隔振区间更大,低频隔振效果更佳。

    在本实施例中,根据以上分析得到的隔振器的工作原理如下:如图7所示,当确定
    被隔振物体的质量后,选择一定的系统参数,被隔振物体放置在载物台上后保证系统处于
    平衡位置。正刚度的主弹簧支撑物体的重量,负刚度机构在垂直方向上产生负刚度,根据正
    负刚度相消原理,系统在平衡位置处于零刚度状态,并且在平衡位置附近的系统刚度也同
    样很低,接近于零。因此,系统在平衡位置附近一定范围内,固有频率极低。当基础的振动传
    递到被隔振物体时,由于系统的固有频率极低,开始隔振的频率很低,能够隔离低频或超低
    频振动。

    综上所述,本实施例中的拉伸式准零刚度隔振器在低频或超低频隔振中具有很好
    地效果,是传统线性隔振系统(即拆除负刚度机构)无法比拟的。并且结构简单,结构紧凑,
    便于装配和调试,在汽车、精密仪器、敏感设备、精密加工、航空航天工程等领域具有一定的
    工程应用价值。

    以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与
    修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

    关于本文
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