一种低频重载准零刚度隔振装置

摘要

一种低频重载准零刚度隔振装置，属于机械振动和噪声控制技术领域，本发明旨在解决现有准零刚度隔振器的承载能力仍较为有限，无法满足机械设备大型化条件下的隔振需求的问题。本发明所述导向机构设置在主框架内，导向机构的支撑部与主框架的内壁固定连接，支撑平台设置在导向机构的顶部，且支撑平台与导向机构的移动部铰接，支撑平台可通过导向机构在主框架内沿竖直方向进行往复运动，两个隔振单元相对设置在导向机构的两侧，且每个隔振单元的固定部与主框架的内壁固定连接，每个隔振单元的支撑部与支撑平台铰接，每个隔振单元的调节部与导向机构铰接。

权利要求

1.一种低频重载准零刚度隔振装置，其特征在于；所述隔振装置包括主框架(1)、支撑平台(2)、导向机构和两个隔振单元；

所述导向机构设置在主框架(1)内，导向机构的支撑部与主框架(1)的内壁固定连接，支撑平台(2)设置在导向机构的顶部，且支撑平台(2)与导向机构的移动部固定连接，支撑平台(2)可通过导向机构在主框架(1)内沿竖直方向进行往复运动，两个隔振单元相对设置在导向机构的两侧，且每个隔振单元的固定部与主框架(1)的内壁固定连接，每个隔振单元的支撑部与支撑平台(2)铰接，每个隔振单元的调节部与导向机构铰接；

所述导向机构包括滑动块(5)、直线轴承(6)、支撑梁(8)和连接轴(9)；

所述连接轴(9)的顶端与支撑平台(2)的底面固定连接，滑动块(5)设置在支撑平台(2)的下方，滑动块(5)套设在连接轴(9)上，且滑动块(5)与连接轴(9)滑动连接，支撑梁(8)的两端分别固接在对应的主框架(1)内壁上，支撑梁(8)的中部加工有通孔，连接轴(9)的末端穿过支撑梁(8)上的通孔并设置在支撑梁(8)下方，且连接轴(9)与支撑梁(8)之间设有直线轴承(6)，连接轴(9)通过直线轴承(6)与支撑梁(8)滑动连接，每个隔振单元的调节部与滑动块(5)铰接；

所述滑动块(5)的外侧设有连接圆柱，连接圆柱的一端与滑动块(5)的外侧固定连接，每个隔振单元的调节部与滑动块(5)外侧的连接圆柱铰接；

所述隔振单元包括压拱杆件(3)、线性弹簧(4)和固定座(10)；

所述固定座(10)固接在主框架(1)的内壁上，压拱杆件(3)的一端与固定座(10)铰接，压拱杆件(3)的另一端与支撑平台(2)的底部铰接，线性弹簧(4)设置在压拱杆件(3)的下方，线性弹簧(4)的一端与固定座(10)铰接，线性弹簧(4)的另一端与滑动块(5)铰接；

所述滑动块(5)外侧的连接圆柱的外圆面上加工有环形嵌槽，线性弹簧(4)的另一端套设在连接圆柱上的环形嵌槽中，且线性弹簧(4)的另一端可沿连接圆柱的周向转动。

2.根据权利要求1中所述的一种低频重载准零刚度隔振装置，其特征在于：所述压拱杆件(3)的摆动范围为0°‑30°。

3.根据权利要求2中所述的一种低频重载准零刚度隔振装置，其特征在于：所述连接轴(9)的轴线、支撑平台(2)的轴线和支撑梁(8)中部通孔的轴线为共线设置。

说明书

一种低频重载准零刚度隔振装置

技术领域

[0001] 本发明属于机械振动和噪声控制技术领域，具体涉及一种低频重载准零刚度隔振装置。

背景技术

[0002] 传统的线性被动隔振器在进行低频隔振时其承载能力将急剧降低，具有非线性特征的准零刚度隔振器是突破该瓶颈的有效手段之一，因为其具有较低的动态刚度和较高的
静态刚度特性，在静平衡位置处的动刚度为零或准零，能够对振源的低频振动实现有效阻
隔，同时具备优于线性隔振器的承载性能。但现有准零刚度隔振器的承载能力仍较为有限，
无法满足机械设备大型化条件下的隔振需求，该项不足严重阻碍了其在现代工程中的推广
应用。

发明内容

[0003] 本发明为了解决现有准零刚度隔振器的承载能力仍较为有限，无法满足机械设备大型化条件下的隔振需求的问题，提出一种低频重载准零刚度隔振装置；

[0004] 一种低频重载准零刚度隔振装置，所述隔振装置包括主框架、支撑平台、导向机构和两个隔振单元；

[0005] 所述导向机构设置在主框架内，导向机构的支撑部与主框架的内壁固定连接，支撑平台设置在导向机构的顶部，且支撑平台与导向机构的移动部固定连接，支撑平台可通
过导向机构在主框架内沿竖直方向进行往复运动，两个隔振单元相对设置在导向机构的两
侧，且每个隔振单元的固定部与主框架的内壁固定连接，每个隔振单元的支撑部与支撑平
台铰接，每个隔振单元的调节部与导向机构铰接；

[0006] 进一步地，所述导向机构包括滑动块、直线轴承、支撑梁和连接轴；

[0007] 所述连接轴的顶端与支撑平台的底面固定连接，滑动块设置在支撑平台的下方，滑动块套设在连接轴上，且滑动块与连接轴滑动连接，支撑梁的两端分别固接在对应的主
框架内壁上，支撑梁的中部加工有通孔，连接轴的末端穿过支撑梁上的通孔并设置在支撑
梁下方，且连接轴与支撑梁之间设有直线轴承，连接轴通过直线轴承与支撑梁滑动连接，每
个隔振单元的调节部与滑动块铰接；

[0008] 进一步地，所述滑动块的外侧设有连接圆柱，连接圆柱的一端与滑动块的外侧固定连接，每个隔振单元的调节部与滑动块外侧的连接圆柱铰接；

[0009] 进一步地，所述隔振单元包括和压拱杆件、线性弹簧和固定座；

[0010] 所述固定座固接在主框架的内壁上，压拱杆件的一端与固定座铰接，压拱杆件的另一端与支撑平台的底部铰接，线性弹簧设置在压拱杆件的下方，线性弹簧的一端与固定
座铰接，线性弹簧的另一端与滑动块铰接；

[0011] 进一步地，所述滑动块外侧的连接圆柱的外圆面上加工有环形嵌槽，线性弹簧的另一端套设在连接圆柱上的环形嵌槽中，且线性弹簧的另一端可沿连接圆柱的周向转动；

[0012] 进一步地，所述压拱杆件的摆动范围为0°‑30°；

[0013] 进一步地，所述连接轴的轴线、支撑平台的轴线和支撑梁中部通孔的轴线为共线设置；

[0014] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0015] 1.本发明提供一种低频重载准零刚度隔振装置，利用压拱结构的整体失稳设计准零刚度隔振器，保证了作用于支撑平台竖直方向的振动传递到主框架的底部时大幅衰减，
并且该隔振装置在动刚度保持准零的条件下承载能力不小于2000kg。

[0016] 2.本发明提供一种低频重载准零刚度隔振装置，本发明所设计的隔振装置在额定承载条件下，能够至少在25mm的竖向位移行程内保持动刚度为准零，从而保证其具备较高
承载能力的同时能够稳定有效地阻隔低频振动。

[0017] 3.本发明提供一种低频重载准零刚度隔振装置，通过本发明设计不同结构尺寸和布置角度的压拱杆件，可实现对该隔振装置承载能力的调节，以适应不同重量振源的隔振
需求。

[0018] 4.本发明提供一种低频重载准零刚度隔振装置，通过本发明设计不同刚度的线性弹簧，可对该隔振装置保持准零刚度的竖向位移范围进行调节，以保证不同振幅条件下的
系统稳定性。

[0019] 5.本发明提供一种低频重载准零刚度隔振装置，本发明将为性能稳定有效的重载准零刚度隔振装置研制提供新思路，同时为新型高精设备的推广应用提供有效技术支撑，
具有重要的理论与实际意义。

附图说明

[0020] 图1为本发明的结构示意图(未放置重物时)；

[0021] 图2为本发明的结构示意图(放置重物后)；

[0022] 图3为本发明工作时的平台位移‑外载荷曲线。

[0023] 图中包括1主框架、2支撑平台、3压拱杆件、4线性弹簧、5滑动块、6直线轴承、 7振源模拟配重、8支撑梁、9连接轴和10固定座。

具体实施方式

[0024] 具体实施方式一：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式提供了一种低频重载准零刚度隔振装置，所述隔振装置包括主框架1、支撑平台2、导向机构和两个隔振单元；

[0025] 所述导向机构设置在主框架1内，导向机构的支撑部与主框架1的内壁固定连接，支撑平台2设置在导向机构的顶部，且支撑平台2与导向机构的移动部固定连接，支撑平台 
2可通过导向机构在主框架1内沿竖直方向进行往复运动，两个隔振单元相对设置在导向机
构的两侧，且每个隔振单元的固定部与主框架1的内壁固定连接，每个隔振单元的支撑部与
支撑平台2铰接，每个隔振单元的调节部与导向机构铰接。

[0026] 本实施方式提供一种低频重载准零刚度隔振装置，利用压拱结构的整体失稳设计准零刚度隔振器，保证了作用于支撑平台竖直方向的振动传递到主框架的底部时大幅衰
减，并且该隔振装置在动刚度保持准零的条件下承载能力不小于2000kg；

[0027] 本发明所设计的隔振装置在额定承载条件下，能够至少在25mm的竖向位移行程内保持动刚度为准零，从而保证其具备较高承载能力的同时能够稳定有效地阻隔低频振动；

[0028] 本发明将为性能稳定有效的重载准零刚度隔振装置研制提供新思路，同时为新型高精设备的推广应用提供有效技术支撑，具有重要的理论与实际意义。

[0029] 具体实施方式二：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的导向机构作进一步限定，本实施方式中，所述导向机构包括滑动块5、直线轴承6、
支撑梁8和连接轴9；

[0030] 所述连接轴9的顶端与支撑平台2的底面固定连接，滑动块5设置在支撑平台2的下方，滑动块5套设在连接轴9上，且滑动块5与连接轴9滑动连接，支撑梁8的两端分别固接在
对应的主框架1内壁上，支撑梁8的中部加工有通孔，连接轴9的末端穿过支撑梁 8上的通孔
并设置在支撑梁8下方，且连接轴9与支撑梁8之间设有直线轴承6，连接轴 9通过直线轴承6
与支撑梁8滑动连接，每个隔振单元的调节部与滑动块5铰接。其它组成及连接方式与具体
实施方式一相同。

[0031] 本实施方式中，滑动块5通过隔振单元的调节部支撑，保证了对支撑平台2承载振源条件下的结构负刚度进行非线性补偿，从而保证了支撑平台的稳定性，直线轴承6对连接
轴9起到一定的导向作用，保证连接轴9可以沿竖直方向在支撑梁8上通孔的轴向进行往复
运动，保证了连接轴9动作的流畅性。

[0032] 具体实施方式三：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的滑动块5作进一步限定，本实施方式中，所述滑动块5的外侧设有连接圆柱，连接圆
柱的一端与滑动块5的外侧固定连接，每个隔振单元的调节部与滑动块5外侧的连接圆柱铰
接。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

[0033] 本实施方式中，通过设置连接圆柱保证了两个隔振单元中调节部与滑动块5的连接点可以相对转动，保证了对支撑平台2在承载状态下结构负刚度进行非线性补偿的平顺
性，间接保证了支撑平台2承载重物的稳定性。

[0034] 具体实施方式四：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的隔振单元作进一步限定，本实施方式中，所述隔振单元包括压拱杆件3、线性弹簧 
4和固定座10；

[0035] 所述固定座10固接在主框架1的内壁上，压拱杆件3的一端与固定座10铰接，压拱杆件3的另一端与支撑平台2的底部铰接，线性弹簧4设置在压拱杆件3的下方，线性弹簧4的
一端与固定座10铰接，线性弹簧4的另一端与滑动块5铰接。其它组成及连接方式与具体实
施方式三相同。

[0036] 本实施方式中，利用压拱杆件3对支撑平台2进行支撑，利用压拱的失稳临界载荷提高了结构的承载能力，利用线性弹簧组合在变形过程中沿竖直方向所呈现的非线性刚度
对由振源施压引起压拱结构整体失稳导致支撑平台2表现出的负刚度提供非线性补偿，与
现有的线性刚度相比，随着支撑平台2的负刚度增大，本结构所能提供的非线性刚度补偿也
随之增大，可以达到的刚度补偿契合度更高。

[0037] 具体实施方式五：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的滑动块5作进一步限定，本实施方式中，所述滑动块5外侧的连接圆柱的外圆面上
加工有环形嵌槽，线性弹簧4的另一端套设在连接圆柱上的环形嵌槽中，且线性弹簧4 的另
一端可沿连接圆柱的周向转动。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。

[0038] 如此设置，便于线性弹簧4与滑动块5的连接，线性弹簧4套装在滑动块5中的环形嵌槽中也可以提高线性弹簧4与滑动块5连接的稳定性，同时便于替换线性弹簧4。

[0039] 具体实施方式六：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述压拱杆件3作进一步限定，本实施方式中，所述压拱杆件3的摆动范围为0°‑30°。其它
组成及连接方式与具体实施方式五相同。

[0040] 具体实施方式七：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述连接轴9、支撑平台2和支撑梁8作进一步限定，本实施方式中，所述连接轴9的轴线、
支撑平台2的轴线和支撑梁8中部通孔的轴线为共线设置。其它组成及连接方式与具体实施
方式六相同。

[0041] 如此设置，保证了连接轴9、支撑平台2和支撑梁8之间连接的协调性。

[0042] 工作原理

[0043] 本发明在使用时，首先将各个部件按照具体实施方式一至具体实施方式七中的连接方式组装好，并在支撑平台2上设置振源模拟配重7。在振源模拟配重7的压力下，支撑平
台2因压拱结构整体失稳将随连接轴9通过直线轴承6相对支撑梁8的滑动而与滑动块5 的
顶面相接触并共同向下移动至平衡位置，此位置对应的系统竖直方向等效刚度为准零。从
而保证了该装置可获得与压拱整体失稳临界载荷相媲美的高承载能力，不小于2000kg。与
此同时，准零的系统等效刚度将使该隔振装置具有极低的固有频率。由此，若利用激振设备
对振源模拟配重7进行激励，将获得极低的起始隔振频率，支撑平台沿竖直方向的振动向主
框架底部传递时将从极低的频率便开始大幅衰减，从而实现重载条件下的低频隔振。

[0044] 本发明还可以通过设计不同结构尺寸和布置角度的压拱杆件3可实现对隔振装置承载能力的调节。设计不同刚度的线性弹簧4，可对该隔振装置保持准零刚度的竖向位移范
围进行调节。

[0045] 本发明所设计的一种低频重载准零刚度隔振装置容易拆卸，便于维护，可设计性强。本发明各结构件用料均为常用工程材料，经济可行。