一种无角位移的零刚度隔振装置

摘要

本发明提供了一种无角位移的零刚度隔振装置，包括上支撑架和下支撑架，及设置在上支撑架和下支撑架间的中间支撑架；上支撑架和下支撑架分别为正方形框结构，上、下支撑架中每相邻两个边框各自通过连接件连接；所述中间支撑架包括四个各自分布在正方形顶点上的中间连接件，每相邻两个中间连接件间通过弹簧连接机构连接。本发明所述的一种无角位移的零刚度隔振装置中，利用正负刚度弹簧并联产生零刚度的原理，同时引入无角位移的设计原理，设计出的一种全新的被动无源隔振装置，其中零刚度装置可以实现隔振装置的超低频隔振效果，无角位移装置可以大大减小被隔振物体的摇摆位移量，由此实现竖直及水平X、Y方向的隔震作用。

权利要求

1.一种无角位移的零刚度隔振装置，包括正对设置的上支撑架(3)和下支撑架(1)，及设置在上支撑架(3)和下支撑架(1)间的中间支撑架(3)；其特征在于：上支撑架(3)和下支撑架(1)分别为正方形框结构，上支撑架(3)中每相邻两个边框通过上连接件(302)连接，下支撑架(1)中每相邻两个边框通过下连接件(102)连接，上连接件(302)和其对应的下连接件(102)间通过第一弹簧(103)连接支撑；

所述中间支撑架(3)包括呈正方形布置的四个中间连接件(202)，每相邻两个中间连接件(202)间通过弹簧连接机构连接；

每一个中间连接件(202)和其对应的上连接件(302)间、该中间连接件(202)和其对应的下连接件(102)间各自通过一铰接杆(205)连接，每一个中间连接件(202)对应的两个铰接杆(205)等长设置，该两个铰接杆(205)和其对应第一弹簧(103)形成可变夹角的等腰三角形支撑结构。

2.根据权利要求1所述的一种无角位移的零刚度隔振装置，其特征在于：所述弹簧连接机构包括第二弹簧(203)及该第二弹簧(203)两端各自连接的连接轴(201)，每一个所述连接轴(201)外端和其对应的中间连接件(202)连接。

3.根据权利要求2所述的一种无角位移的零刚度隔振装置，其特征在于：所述第二弹簧(203)为压缩状态。

4.根据权利要求2所述的一种无角位移的零刚度隔振装置，其特征在于：每一个第二弹簧(203)外活动套装有套筒(206)，套筒(206)铰接有支撑杆(204)，该支撑杆(204)外端铰接在下支撑架(1)的对应边框上。

5.根据权利要求4所述的一种无角位移的零刚度隔振装置，其特征在于：所述支撑杆(204)铰接在套筒(206)中间位置。

6.根据权利要求1所述的一种无角位移的零刚度隔振装置，其特征在于：所述上连接件(302)、下连接件(102)及中间连接件(202)分别为连接角件结构。

说明书

一种无角位移的零刚度隔振装置

技术领域

[0001] 本发明属于零刚度隔震领域，尤其是涉及一种无角位移的零刚度隔振装置。

背景技术

[0002] 随着卫星技术的不断发展，卫星上的各种试验测量仪器设备，精度越来越高，从而使这些试验测量仪器设备在地面测试过程中，对周围环境的要求也越来越高，由其是对振
动环境的要求。

[0003] 隔振装置设计中刚度是一个重要的设计指标，隔振装置总刚度增大可以提高其承载能力，总刚度减小可以降低固有频率，从而可以增大隔振装置的隔振区间，实现超低频的
隔振效果，但使用刚度更低的隔振装置虽然能增大隔振区间减小隔振频率，同时其静位移
也随之增大。在实际卫星上的各种试验测量仪器设备在地面测试过程中，振动频率通常是
在0.5Hz～70Hz范围内，尤其是对于低于2Hz的低频干扰，通常传统隔振系统的固有频率很
难低于2Hz，而且固有频率越低也会遇到结构失稳或者静变形过大等问题。综合以上因素，
采用正负刚度并联的隔振装置，可以有效解决上述问题，正刚度可以为隔振装置提供足够
大的承载能力同时保证隔振装置具有足够强的稳定特性，同时并联负刚度可以减小装置的
总刚度，从而解决了传统被动隔振系统隔离超低频振动的难题。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种无角位移的零刚度隔振装置，以实现对物体超低频隔震及最大限度减小该物体摇摆位移量。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种无角位移的零刚度隔振装置，包括正对设置的上支撑架和下支撑架，及设置在上支撑架和下支撑架间的中间支撑架；

[0007] 上支撑架和下支撑架分别为正方形框结构，上支撑架中每相邻两个边框通过上连接件连接，下支撑架中每相邻两个边框通过下连接件连接，上连接件和其对应的下连接件
间通过第一弹簧连接支撑；

[0008] 所述中间支撑架包括呈正方形布置的四个中间连接件，每相邻两个中间连接件间通过弹簧连接机构连接；

[0009] 每一个中间连接件和其对应的上连接件间、该中间连接件和其对应的下连接件间各自通过一铰接杆连接，每一个中间连接件对应的两个铰接杆等长设置，该两个铰接杆和
其对应第一弹簧形成可变夹角的等腰三角形支撑结构。

[0010] 进一步的，所述弹簧连接机构包括第二弹簧及该第二弹簧两端各自连接的连接轴，所述第二弹簧为压缩状态，每一个所述连接轴外端和其对应的中间连接件连接。

[0011] 进一步的，每一个第二弹簧外活动套装有套筒，套筒铰接有支撑杆，该支撑杆外端铰接在下支撑架的对应边框上。

[0012] 进一步的，所述支撑杆铰接在套筒中间位置。

[0013] 进一步的，所述上连接件、下连接件及中间连接件分别为连接角件结构。

[0014] 相对于现有技术，本发明所述的一种无角位移的零刚度隔振装置具有以下优势：

[0015] 本发明所述的一种无角位移的零刚度隔振装置中，利用正负刚度弹簧并联产生零刚度的原理，同时引入无角位移的设计原理，设计出的一种全新的被动无源隔振装置，其中
零刚度装置可以实现隔振装置的超低频隔振效果，无角位移装置可以大大减小被隔振物体
的摇摆位移量，由此实现竖直及水平X、Y方向的隔震作用。

附图说明

[0016] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0017] 图1为本无角位移的零刚度隔振装置原理示意图；

[0018] 图2为本无角位移的零刚度隔振装置立体结构示意图；

[0019] 图3为本装置中中间支撑架结构立体示意图；

[0020] 图4为中间支撑架中的弹簧连接机构示意图。

[0021] 附图标记说明：

[0022] 1-下支撑架；                102-下连接件；

[0023] 103-第一弹簧；              2-中间支撑架；

[0024] 201-连接轴；                202-中间连接件；

[0025] 203-第二弹簧；              204-支撑杆；

[0026] 205-铰接杆；                206-套筒；

[0027] 3-上支撑架；                302-上连接件。

具体实施方式

[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0029] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0031] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0032] 如图2所示，一种无角位移的零刚度隔振装置，包括上支撑架3、下支撑架1和中间支撑架2，上支撑架3、下支撑架1和中间支撑架2分别为正方形框结构，上支撑架3和下支撑
架1正对设置，中间支撑架2设置在上支撑架3和下支撑架1正中间，且中间支撑架2四个顶点
和上支撑架3四个顶点一一对应；上支撑架3中每相邻两个边框通过上连接件302连接，下支
撑架1中每相邻两个边框通过下连接件102连接，本实施例中，上支撑架3和下支撑架1的边
框分别为轴结构，上连接件302和其对应的下连接件102间通过第一弹簧103连接支撑；所述
中间支撑架3包括四个各自分布在同一正方形顶点上的中间连接件202，每相邻两个中间连
接件202间通过弹簧连接机构连接；每一个中间连接件202和其对应的上连接件302间、该中
间连接件202和其对应的下连接件102间各自通过一铰接杆205连接，每一个中间连接件202
对应的两个铰接杆205等长设置。本实施例工作原理见图1，中间支撑架2中，由于每相邻两
个中间连接件202间通过弹簧连接机构连接，因此该中间支撑架2为边长可变的正方形结
构，该结构可以实现在水平面内两个方向(X向和Y向)的运动，并且使其在横向和纵向(X向
和Y向)可以同时获得相同大小的变形数值，产生平面内等刚度特性，通过前后左右方向(X
向和Y向)挤压中间连接件202间的弹簧机构，改变正方形边长的方式产生隔震效果；本装置
中，上支撑架3和下支撑架1间采用第一弹簧连接支撑，实现竖直方向减震效果，同时，对于
中间支撑架2、上支撑架3间和下支撑架1而言，每一个中间连接件202对应的两个铰接杆205
和该中间支撑架202对应的第一弹簧103构成可变夹角的等腰三角形结构，该结构具有腰长
不变，夹角可变的机构特性，整个隔振装置共采用四套等腰三角形结构，使得四套等腰三角
形机构结构布局形成了相互垂直的十字交叉结构，将整个隔振装置四个对角连接的等腰三
角形机构连接，其中上连接四个点构成一个不可变边长的正四边形结构，也就是本实施例
中的上支撑架3，下连接四个点构成一个不可变边长的正四边形结构，也就是本实施例中的
下支撑架1，上正四边形结构用以构成一个可以承载被隔振物体的支撑平台，下正四边形结
构用以构成一个可以承载整个隔振装置和被隔振物体的支撑平台，对整个隔振装置而言，
共有三个正四边形结构即上支撑架3、中间支撑架2及下支撑架1构成，上下正四边形结构边
长不可变，中间的正四边形结构边长可变，三个正四边形结构采用水平且相互平行的布置
方案，当隔振运动开始时，三个正四边形结构始终相互平行，并且相互之间没有角位移运
动，该种无角位移的设计可以很好抑制隔振装置的角位移运动，第一弹簧103设置在了等腰
三角形结构中可变夹角的对边方向既竖直方向(Z向)上，该第一弹簧103可以承载被隔振物
体的质量特性,通过上下方向(Z向)挤压第一弹簧103，改变等腰三角形夹角的方式产生正
刚度效果。中间支撑架2中，每相邻两个中间连接件202间的弹簧连接机构产生负刚度效果，
该正刚度和负刚度并联设置，实现了零刚度隔震作用。

[0033] 本实施例中，如图4所示，所述弹簧连接机构包括第二弹簧203及该第二弹簧203两端各自连接的连接轴201，所述第二弹簧203初始状态为压缩状态，每一个所述连接轴201外
端和其对应的中间连接件202连接。由于第二弹簧203初始状态为压缩状态，因此，第一弹簧
103初始状态为拉伸状态，由此上支撑架和下支撑架形成正刚度支撑结构，所述中间支撑架
2为负刚度结构，正刚度支撑结构和负刚度结构共同作用，实现对上支撑架3所支撑物体的
隔震作用。

[0034] 本实施例中，如图2、图3所示，每一个第二弹簧203外活动套装有套筒206，套筒206在中间处铰接有支撑杆204，该支撑杆204外端铰接在下支撑架1的对应边框上。套筒206的
设置保证了第二弹簧203变形的直线性，防止第二弹簧203因变形弹出，进而提高中间支撑
架的隔震作用。

[0035] 本实施例中，所述上连接件302、下连接件102及中间连接件202分别为连接角件结构。

[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。