一种模块化准零刚度隔振结构转让专利
申请号 : CN202110925134.4
文献号 : CN113586660B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 蒲华燕 , 景艳 , 赵晶雷 , 罗均 , 陈旭
申请人 : 重庆大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:包括若干个并排设置的隔振模块,每个所述隔振模块均包括正刚度单元和若干个负刚度单元;
若干个所述负刚度单元由上至下依次相连,所述负刚度单元包括上壳体、运动轴和两个双曲梁,所述双曲梁包括两个上下平行且间隔设置的余弦形屈曲梁,同一个所述双曲梁中的两个所述余弦形屈曲梁的中部和两端分别固连,所述双曲梁的两端分别与所述上壳体的内壁固连,两个所述双曲梁上下紧邻设置且相互垂直,所述运动轴穿过两个所述双曲梁的中心,且所述双曲梁与所述运动轴固连,所述运动轴竖直,所述双曲梁的两端位于同一水平面上;
所述正刚度单元包括下壳体、弹性体支架和电流变弹性体,所述弹性体支架与所述下壳体固连,所述弹性体支架上设置有放置槽,所述电流变弹性体设置在所述放置槽上,所述电流变弹性体的上下两端分别通过电线与电源的正负极连接;所述上壳体和所述下壳体均呈筒状,所述上壳体与相邻的所述上壳体固连,相邻两个所述负刚度单元中的两个所述运动轴能够紧密接触,最下方的所述上壳体的底端与所述下壳体的顶端固连,且所述电流变弹性体正对最下方的所述运动轴的底端。
2.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述负刚度单元还包括固设在所述上壳体内的轴承支架,所述运动轴穿过所述轴承支架,所述运动轴通过直线轴承与所述轴承支架滑动配合。
3.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述电流变弹性体与最下方的所述运动轴的底端之间具有间隔。
4.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述上壳体和所述下壳体均呈方筒状;所述下壳体任意相邻的两个侧壁上设置有母头,所述下壳体另外两个相邻的两个侧壁上设置有与所述母头匹配的公头,相邻的两个所述下壳体通过所述公头和所述母头插接在一起。
5.根据权利要求4所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述公头和所述母头分别通过电线与所述电流变弹性体电连接,不同所述正刚度单元中的所述电流变弹性体相互并联。
6.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述隔振模块为多个,多个所述隔振模块呈矩形阵列分布。
7.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:相邻两个所述负刚度单元中的两个所述运动轴相互固连。
8.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述双曲梁的中部高于所述双曲梁的两端。
9.根据权利要求1所述的模块化准零刚度隔振结构,其特征在于:所述运动轴为阶梯轴,所述运动轴上固设有固定环,所述固定环和所述运动轴上的台阶将两个所述双曲梁夹紧。
说明书 :
一种模块化准零刚度隔振结构
技术领域
背景技术
影响其工作性能;又如海洋平台、船舶设备、机车等机械设备产生的振动,不仅会影响设备
的正常运行、还会引起结构的疲劳损伤以及危害工作人员的健康。因此,采取有效措施降低
有害振动具有重要意义。隔振器作为连接载体与设备之间的弹性元件,能有效减小传递至
设备的振动冲击,是减少仪器设备振动以及降低噪声的必备器件。
目的,这种隔振器具有高静低动特性及较低的固有频率,可以实现良好的隔振效果,同时具
有较小的静态变形,可以实现大承载量。然而基于机械弹簧及电磁负刚度的准零刚度隔振
装置均存在体积较大,装配复杂,不易调控,环境适应性低等缺点,并且在振动幅值很小时,
达不到理想的隔振效果。
发明内容
曲梁中的两个所述余弦形屈曲梁的中部和两端分别固连,所述双曲梁的两端分别与所述上
壳体的内壁固连,两个所述双曲梁上下紧邻设置且相互垂直,所述运动轴穿过两个所述双
曲梁的中心,且所述双曲梁与所述运动轴固连,所述运动轴竖直,所述双曲梁的两端位于同
一水平面上;
所述电流变弹性体的上下两端分别通过电线与电源的正负极连接;所述上壳体和所述下壳
体均呈筒状,所述上壳体与相邻的所述上壳体固连,相邻两个所述负刚度单元中的两个所
述运动轴能够紧密接触,最下方的所述上壳体的底端与所述下壳体的顶端固连,且所述电
流变弹性体正对最下方的所述运动轴的底端。
邻的两个所述下壳体通过所述公头和所述母头插接在一起。
外加电场作用下,电流变弹性体的力学性能会发生显著的可逆变化,因此可通过外加电场
调节正刚度单元的阻尼和刚度。正负刚度单元并联后形成准零刚度隔振模块,可有效隔离
低频振动;通过下壳体上设置的母头和公头,可进行任意组合拼装,以满足不同环境的实际
需求。本发明的模块化准零刚度隔振结构的结构简单、制作方便,安装快捷。
附图说明
例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获
得其他的附图。
105、固定环;106、轴承支架;107、直线轴承;201、下壳体;202、电流变弹性体;203、弹性体支
架;2031、放置槽;204、公头;205、母头。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例,都属于本发明保护的范围。
单元100。
到所需的负刚度,若干个负刚度单元100由上至下依次相连。
设置的余弦形屈曲梁1031,同一个双曲梁中的两个余弦形屈曲梁1031的中部和两端分别固
连,第一双曲梁103和第二双曲梁104的两端分别与上壳体101的内壁固连,第一双曲梁103
和第二双曲梁104上下紧邻设置且相互垂直,运动轴102穿过两个双曲梁的中心,且双曲梁
与运动轴102固连,运动轴102竖直,双曲梁的两端位于同一水平面上。运动轴102为阶梯轴,
运动轴102上固设有固定环105,固定环105和运动轴102上的台阶将两个双曲梁夹紧。负刚
度单元100还包括固设在上壳体101内的轴承支架106,运动轴102穿过轴承支架106,运动轴
102通过直线轴承107与轴承支架106滑动配合。在本实施例中,第一双曲梁103的凹口和第
二双曲梁104的凹口均朝下,第一双曲梁103和第二双曲梁104均中部高于两端。
(x)=h/2[1‑cos(2πx/l)],式中h为梁初始初始顶点的高度,l为梁的跨度。第一双曲梁103
与第二双曲梁104结构大小一致,通过螺纹连接固定在上壳体101上,双曲梁发生屈曲时可
产生负刚度,双曲梁底部与双曲梁顶部接触;上壳体101上下部分的四周均加工有螺纹孔,
上部螺纹孔用于与新增的负刚度单元100连接,下部螺纹孔用于与下壳体201连接;运动轴
102为阶梯轴,阶梯与双曲梁底部接触。
能量的耗散。但单曲梁在载荷作用下易发生扭曲,阻止其表现出负刚度效应,减少结构吸收
的能量;本实施例模块化准零刚度隔振结构300采用双曲梁,有利于限制曲梁在一、三阶屈
曲模态之间跳转,避免了不对称屈曲模态的发生,促使其表现出负刚度行为。
槽2031上,电流变弹性体202的上下两端分别通过电线与电源的正负极连接;电流变弹性体
202是一种新型智能材料,在外加电场作用下,其力学性能会发生显著的可逆变化,因此可
通过外加电场调节系统的阻尼和刚度。电流变弹性体202具有可控、可逆、响应快速等技术
特征外,还具有稳定性好、结构设计简单等独特的优点,并且电流变弹性体202还可以根据
应用对材料形状和体积的要求进行加工定做。
100中的两个运动轴102相互固连。最下方的上壳体101的底端与下壳体201的顶端固连,且
电流变弹性体202正对最下方的运动轴102的底端。电流变弹性体202与最下方的运动轴102
的底端之间具有初始距离。
插接在一起。公头204和母头205分别通过电线与电流变弹性体202电连接,不同正刚度单元
200中的电流变弹性体202相互并联。通过下壳体201上设置的母头205和公头204,可进行任
意组合拼装,以满足不同环境的实际需求。
大小。如图10与图11所示,Δ1、Δ2、Δ3即为弹性体与运动轴102底部的初始距离,当初始距
离为Δ1时,加载后屈曲梁产生形变与弹性体接触,此时屈曲梁开始表现出负刚度特性并与
弹性体正刚度特性叠加形成准零刚度区域,以Δ1为界,随着初始距离的增大,装置承载能
力减小,准零刚度区域减小;同理,以Δ1为界,随着初始距离减小,装置承载能力增大,准零
刚度区域大小不变。因此,调节弹性体与运动轴102底部之间的初始距离,可调节装置的负
载大小与准零刚度区域大小。
100并联后,可调节运动轴102底部与弹性体之间的初始距离以调节负载。如图1所示,通过
预留的接线口,可将隔振模块400进行任意组合拼装,以满足不同工作环境的实际需求,增
加机构的适应性。
隔振模块400作为通用性模块,可根据需求进行组装构成新的隔振结构,因此环境适应性
强、结构简单、安装便捷,可有效隔离中低频微振动。
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”仅用于描
述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内
容不应理解为对本发明的限制。