一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器的制造方法
【專利摘要】一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，包括底座，和底座連接的外筒，外筒的頂部缺口內(nèi)放置外永磁鐵，上蓋與外筒連接，滑動軸承與上蓋中心孔套合，中心軸套入滑動軸承內(nèi)，并與其小間隙配合；在中心軸位于滑動軸承下部的位置依次連接有套筒和調(diào)節(jié)套，在套筒內(nèi)裝有內(nèi)永磁鐵；彈簧套在中心軸的底部，其底端與底座固定，頂端與調(diào)節(jié)套固定；中心軸上的標記線用于表征內(nèi)永磁鐵相對外用磁鐵的位置，當標記線與滑動軸承的上端面重合時，內(nèi)永磁鐵正對于外永磁鐵，隔振器處于正常的工作狀態(tài)；本發(fā)明具有高靜態(tài)剛度和低動態(tài)剛度的特點，能夠隔離較大幅值的基礎(chǔ)激勵，并且被隔振物體的質(zhì)量可調(diào)節(jié)。
【專利說明】-種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隔振器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛 度隔振器。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動現(xiàn)象的產(chǎn)生會產(chǎn)生各種危害：既影響機器設(shè)備的性能；也會影響我們的生活 質(zhì)量，如汽車的振動會降低乘車的舒適性。因此，研究人員提出了各種振動抑制方法，設(shè)計 出了各式各樣的隔振器。但是傳統(tǒng)隔振器的固有頻率較高，難以滿足低頻隔振的需要。
[0003] 對于質(zhì)量為m，剛度為k的單自由度系統(tǒng)，系統(tǒng)的固有頻率為w。由線性 隔振理論可知，當基礎(chǔ)激勵頻率大于丨時，隔振器具有隔振效果。因此，隔振器的隔振 頻率范圍與隔振器的固有頻率Wn有關(guān)，減小Wn時，可以增大隔振頻率范圍。為了降低隔振 器的固有頻率Wn，可以減小隔振器的剛度或增大被隔振物體的質(zhì)量。由于實際的需求，被隔 振物體的質(zhì)量不能增大。故只能從降低系統(tǒng)剛度的角度考慮，而對于在堅直方向進行隔振 的隔振器，剛度過小，支撐彈簧的靜變形將會很大，這會受到實際空間的限制；而且支撐彈 簧過大的變形會導致滯彈性效應(yīng)。為解決這一技術(shù)問題，研究人員提出了具有高靜態(tài)剛度 和低動態(tài)剛度的非線性隔振器，它能同時滿足高承載能力和低固有頻率這兩方面的技術(shù)要 求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用環(huán)形永磁鐵 產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，具有高靜態(tài)剛度和低動態(tài)剛度的特點，能夠隔離較大幅值 的基礎(chǔ)激勵，并且被隔振物體的質(zhì)量可調(diào)節(jié)。
[0005] 為了達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，包括底座1，和底座1通過第 一螺栓3連接的外筒4,所述外筒4內(nèi)壁底部開有一圈底部缺口，底座1和外筒4位置相對 應(yīng)處設(shè)置有底座凸臺2,外筒4的底部缺口和底座1的底座凸臺2形狀相適配；外筒4內(nèi)壁 頂部開有一圈頂部缺口，頂部缺口內(nèi)放置外永磁鐵7,上蓋9通過第二螺栓8與外筒4連接， 上蓋9下端面帶有上蓋凸臺15,上蓋凸臺15卡在外筒4的頂部缺口內(nèi)，同時上蓋凸臺15的 底面頂住外永磁鐵7 ;滑動軸承10與上蓋9的中心孔套合，并與上蓋9通過機械螺釘14連 接，中心軸12套入滑動軸承10內(nèi)，并與滑動軸承10小間隙配合；在中心軸12位于滑動軸 承10下部的位置連接有套筒16,在套筒16內(nèi)裝有內(nèi)永磁鐵17,細牙螺母19將內(nèi)永磁鐵17 和中心軸12固定，在內(nèi)永磁鐵17和細牙螺母19間設(shè)置保護墊片18 ;在中心軸12位于細 牙螺母19下部的位置處通過細牙螺紋連接有調(diào)節(jié)套6,彈簧5套在中心軸12的底部，其底 端與底座1固定，頂端與調(diào)節(jié)套6固定；中心軸12上的標記線13用于表征內(nèi)永磁鐵17相 對外用磁鐵7的位置，當標記線13與滑動軸承10的上端面重合時，內(nèi)永磁鐵17正對于外 永磁鐵7,隔振器處于正常的工作狀態(tài)，使用時，被隔振的物體11固定在中心軸12的頂端。
[0007] 所述內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7均為福射充磁，且充磁方向相反，如內(nèi)永磁鐵17向 外福射充磁，貝 1J外永磁鐵7向內(nèi)福射充磁。
[0008] 所述內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7可以采用徑向充磁的磁瓦拼接的方式形成，替代環(huán) 形永磁鐵。
[0009] 所述內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7的材料為汝鐵硼。
[0010] 除內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7外，所述準零剛度隔振器的其它零部件均為非導磁性 或弱導磁性的材料。
[0011] 所述非導磁性或弱導磁性的材料為304不銹鋼。
[0012] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0013] 1)可通過設(shè)計內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7的高度、厚度以及內(nèi)、外永磁鐵的間隙等 幾何參數(shù)，使得該準零剛度隔振器能在平衡位置附近較大區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的負剛度，且負 剛度的均勻性較好。因此，該準零剛度隔振器能隔離較大幅值的基礎(chǔ)激勵，且非線性效應(yīng)較 弱。
[0014] 2) -般而言，準零剛度隔振器只能在特定的某個位置或范圍工作，如本發(fā)明，系統(tǒng) 處于平衡狀態(tài)時，若內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7的中截面重合，隔振效果最好；若沿軸線方 向，內(nèi)永磁鐵17偏離外永磁鐵7較多，就不能達到準零剛度隔振器應(yīng)有的隔振效果。隔振 器承受的重量不同時，機械彈簧的變形量就不同，這就會使得隔振器偏離理論工作位置。本 發(fā)明克服了這一缺陷，中心軸12末端的調(diào)節(jié)套6具有調(diào)節(jié)距離的功能。對于不同質(zhì)量的重 物，可以通過旋轉(zhuǎn)中心軸12,調(diào)節(jié)中心軸12與調(diào)節(jié)套6的相對距離，直到標記13與滑動軸 承10的上端面重合。此時，內(nèi)永磁鐵17與外永磁鐵7的中截面重合，隔振器處于理想工作 狀態(tài)。
[0015] 3)由于輻射充磁的環(huán)型永磁鐵加工困難，成本高，可采用徑向充磁的磁瓦拼接的 方式替代環(huán)形永磁鐵，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
[0016] 4)利用滑動軸承10與軸12配合，限制了軸12的徑向運動；同時，軸12相對運動 過程中的摩擦阻尼很小。
[0017] 5)調(diào)節(jié)套6和底座1上的套筒限制了彈簧5承重時的彎曲程度，保證了彈簧5的 垂直度。
[0018] 6)底座凸臺2和上蓋凸臺15的設(shè)置保證了底座1和外筒4,外筒4和上蓋9的徑 向定位精度。
[0019] 總之，本發(fā)明所提出的準零剛度隔振器，對較大幅值的基礎(chǔ)激勵和不同重量的物 體都具有很好的隔振效果。而且，本發(fā)明提出的隔振器結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明準零剛度隔振器剖視圖。
[0021] 圖2為外筒與外永磁鐵裝配示意圖。
[0022] 圖3為外筒與磁瓦拼接的外永磁鐵裝配示意圖。
[0023] 圖4為磁瓦拼接的內(nèi)永磁鐵示意圖。
[0024] 圖5為隔振器系統(tǒng)的剛度-位移曲線。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，包括底 座1，和底座1通過第一螺栓3連接的外筒4,所述外筒4內(nèi)壁底部開有一圈底部缺口，底座 1和外筒4位置相對應(yīng)處設(shè)置有底座凸臺2,外筒4的底部缺口和底座1的底座凸臺2形狀 相適配，底座1的底座凸臺2卡在外筒4的底部缺口上，保證底座1和外筒4的對中性。如 圖2所示，外筒4內(nèi)壁頂部開有一圈頂部缺口，頂部缺口內(nèi)放置外永磁鐵7。上蓋9通過第 二螺栓8與外筒4連接，上蓋9下端面帶有上蓋凸臺15,上蓋凸臺15卡在外筒4的頂部缺 口內(nèi)，同時上蓋凸臺15的底面頂住外永磁鐵7,防止外永磁鐵7沿軸向的相對運動。滑動軸 承10與上蓋9的中心孔套合，并與上蓋9通過機械螺釘14連接，中心軸12套入滑動軸承 10內(nèi)，并與滑動軸承10小間隙配合，中心軸12和滑動軸承10可以沿軸向相對運動，也可以 相對轉(zhuǎn)動。在中心軸12位于滑動軸承10下部的位置連接有套筒16,在套筒16內(nèi)裝有內(nèi)永 磁鐵17,細牙螺母19將內(nèi)永磁鐵17和中心軸12固定，在內(nèi)永磁鐵17和細牙螺母19間設(shè) 置保護墊片18 ;在中心軸12位于細牙螺母19下部的位置處通過細牙螺紋連接有調(diào)節(jié)套6， 彈簧5套在中心軸12的底部，其底端與底座1固定，頂端與調(diào)節(jié)套6固定，固定方式可采用 焊接的方式。底座1上的套筒和調(diào)節(jié)套6可以限制彈簧5的橫向彎曲，保證彈簧的垂直度。 中心軸12上的標記線13用于表征內(nèi)永磁鐵17相對外用磁鐵7的位置，當標記線13與滑 動軸承10的上端面重合時，內(nèi)永磁鐵17正對于外永磁鐵7,隔振器處于正常的工作狀態(tài)， 中心軸12轉(zhuǎn)動時，就可以相對調(diào)節(jié)套6上下運動，從而調(diào)節(jié)內(nèi)磁鐵17和外磁鐵7的相對距 離，直到標記13和滑動軸承10的上端面重合，此時內(nèi)磁體17的中截面和外磁鐵7的中截 面重合，系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)。使用時，被隔振的物體11固定在中心軸12的頂端。
[0027] 所述內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7均為輻射充磁，且充磁方向相反，如內(nèi)永磁鐵17向 外福射充磁，貝 1J外永磁鐵7向內(nèi)福射充磁。
[0028] 由于輻射充磁的環(huán)形永磁鐵加工困難，價格高，可采用徑向充磁的磁瓦拼接形成， 如附圖3、附圖4分別為外永磁鐵和內(nèi)永磁鐵的拼接示意圖。本發(fā)明內(nèi)永磁鐵17和外永磁 鐵7采用磁瓦拼接的方式形成，替代環(huán)形永磁鐵。由于磁瓦間的斥力作用，用磁瓦拼接成完 整的環(huán)形磁鐵很困難，故磁瓦間允許存在間隙，不需要拼成完整的環(huán)形磁鐵。
[0029] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7的材料為汝鐵硼。
[0030] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，除內(nèi)永磁鐵17和外永磁鐵7外，所述準零剛度隔振 器的其它零部件均為非導磁性或弱導磁性的材料。如304不銹鋼。
[0031] 本發(fā)明的工作原理如下：如附圖5所示，在平衡位置附近，由兩個永磁鐵構(gòu)成的磁 力彈簧產(chǎn)生很大的負剛度；并聯(lián)磁力彈簧后，系統(tǒng)在平衡位置處的剛度很小，接近于零。因 此，系統(tǒng)動剛度很小，振動時的固有頻率很低。當系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)時，內(nèi)永磁鐵17的中截 面和外永磁鐵7的中截面重合，由對稱性，外磁鐵7對內(nèi)磁鐵17沿軸向的磁力為零，因此該 磁力彈簧不會影響隔振器的靜承載能力。綜上，該準零剛度隔振器具有低固有頻率和高靜 承載能力的特性。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特征在于：包括底座（1)，和 底座⑴通過第一螺栓（3)連接的外筒（4)，所述外筒⑷內(nèi)壁底部開有一圈底部缺口，底 座⑴和外筒⑷位置相對應(yīng)處設(shè)置有底座凸臺（2)，外筒⑷的底部缺口和底座⑴的 底座凸臺⑵形狀相適配；外筒⑷內(nèi)壁頂部開有一圈頂部缺口，頂部缺口內(nèi)放置外永磁鐵 (7)，上蓋（9)通過第二螺栓（8)與外筒（4)連接，上蓋（9)下端面帶有上蓋凸臺（15)，上蓋 凸臺（15)卡在外筒⑷的頂部缺口內(nèi)，同時上蓋凸臺（15)的底面頂住外永磁鐵（7);滑動 軸承（10)與上蓋（9)的中心孔套合，并與上蓋（9)通過機械螺釘（14)連接，中心軸（12) 套入滑動軸承（10)內(nèi)，并與滑動軸承（10)小間隙配合；在中心軸（12)位于滑動軸承（10) 下部的位置連接有套筒（16)，在套筒（16)內(nèi)裝有內(nèi)永磁鐵（17)，細牙螺母（19)將內(nèi)永磁 鐵（17)和中心軸（12)固定，在內(nèi)永磁鐵（17)和細牙螺母（19)間設(shè)置保護墊片（18);在 中心軸（12)位于細牙螺母（19)下部的位置處通過細牙螺紋連接有調(diào)節(jié)套（6)，彈簧（5)套 在中心軸（12)的底部，其底端與底座（1)固定，頂端與調(diào)節(jié)套￠)固定；中心軸（12)上的 標記線（13)用于表征內(nèi)永磁鐵（17)相對外用磁鐵（7)的位置，當標記線（13)與滑動軸承 (10)的上端面重合時，內(nèi)永磁鐵（17)正對于外永磁鐵（7)，隔振器處于正常的工作狀態(tài)，使 用時，被隔振的物體（11)固定在中心軸（12)的頂端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特 征在于：所述內(nèi)永磁鐵（17)和外永磁鐵（7)均為福射充磁，且充磁方向相反，如內(nèi)永磁鐵 (17)向外福射充磁，貝U外永磁鐵（7)向內(nèi)福射充磁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特征 在于：所述內(nèi)永磁鐵（17)和外永磁鐵（7)采用徑向充磁的磁瓦拼接的方式形成，替代環(huán)形 永磁鐵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特征 在于：所述內(nèi)永磁鐵（17)和外永磁鐵（7)的材料為汝鐵硼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特征 在于：除內(nèi)永磁鐵（17)和外永磁鐵（7)外，所述準零剛度隔振器的其它零部件均為非導磁 性或弱導磁性的材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負剛度的準零剛度隔振器，其特征 在于：所述非導磁性或弱導磁性的材料為304不銹鋼。
【文檔編號】F16F13/00GK104455181SQ201410582655
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】鄭宜生, 張希農(nóng), 李青頻, 羅亞軍, 張亞紅, 謝石林 申請人:西安交通大學