本實用新型涉及一種適用于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器，涉及隔振裝置領域。

背景技術：

現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，隔振技術在工業(yè)生產(chǎn)和工程項目中的地位越來越重要，特別是對于低頻和超低頻的隔離。由于線性隔振系統(tǒng)存在的局限性，非線性隔振系統(tǒng)應用于低頻隔振已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點。近年來，由具有負剛度特性的元件或機構(gòu)，與正剛度彈簧并聯(lián)后組成的準零剛度隔振器受到許多學者的青睞。準零剛度系統(tǒng)利用正負剛度相消原理，在不失承載能力的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)保持很低的系統(tǒng)剛度，大大降低隔振的起始頻率，在低頻或者超低頻隔振中具有很好的效果。但是目前的實驗研究發(fā)現(xiàn)，準零剛度隔振器只有在較大振動幅值狀態(tài)下，才能表現(xiàn)出很好的隔振性能。當外界振動幅值很小時，比如1mm甚至0.5mm的振幅，則達不到理想的隔振效果。研究人員初步分析的原因是在微幅振動下，彈簧的變形量很小，負剛度機構(gòu)介入很少，基本上不工作，導致正負剛度相消的效果表現(xiàn)不出來。所以，負剛度機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式需要改進和創(chuàng)新，設計出能夠適應于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種適用于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器，不僅保證一定的承載能力和極低的剛度，而且具有行程放大的作用，提高負剛度機構(gòu)的介入程度，很好地實現(xiàn)微幅低頻振動的隔離。

本實用新型的技術方案在于：一種適用于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器，包括基座，所述基座中部設置有彈性升降機構(gòu)，所述彈性升降機構(gòu)的上端設置有載物臺，所述載物臺的兩旁側(cè)分別與設置于基座兩旁部的負剛度機構(gòu)相連接。

進一步地，所述彈性升降機構(gòu)包括設置于基座中部的軸承座，所述軸承座上縱向穿設有可活動升降的導桿，所述導桿的上端設置有與載物臺固定連接的固定座，導桿上套置有夾設于固定座與軸承座之間的彈簧。

進一步地，所述負剛度機構(gòu)包括與基座旁部固定連接的固定架，所述固定架內(nèi)設置有下端經(jīng)復位彈簧與基座相連接的剪叉機構(gòu)，所述剪叉機構(gòu)的上端外側(cè)與固定架相鉸接，剪叉機構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)設置有軸桿，所述軸桿穿出開設于固定架上的橫槽與另一端鉸接于載物臺下部側(cè)的連桿相鉸接。

進一步地，所述固定架由位于前后側(cè)的倒凵型架體組成，所述倒凵型架體下端與基座固定連接。

進一步地，所述固定架內(nèi)設置有位于前后側(cè)的兩剪叉機構(gòu)，所述剪叉機構(gòu)的下端分別鉸接有經(jīng)鉸鏈座與基座相連接的復位彈簧，兩剪叉機構(gòu)的上端外側(cè)經(jīng)第二軸桿相連接并與固定架相鉸接，兩剪叉機構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)經(jīng)軸桿相連接，所述軸桿的兩側(cè)端分別穿出橫槽，軸桿穿出橫槽的端部分別與另一端鉸接于載物臺前后側(cè)的兩連桿相鉸接。

進一步地，所述剪叉機構(gòu)包括下端與復位彈簧的上端相鉸接的剪叉短臂，所述剪叉短臂的上端分別鉸接有剪叉長臂，兩剪叉長臂呈交叉狀且中部相鉸接。

與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：與傳統(tǒng)的線性隔振器相比，能夠在保證系統(tǒng)承載能力的同時，大大降低系統(tǒng)的剛度，使得隔振器的固有頻率接近于零，從而可以降低隔振器的隔振起始頻率，擴寬隔振頻率范圍，提高隔振器的性能，并且能實現(xiàn)低頻隔振。與同類其他隔振器相比，負剛度機構(gòu)是由剪叉機構(gòu)和彈簧組成，其中剪叉機構(gòu)不僅具有較強的非線性，且具有行程放大的作用，能夠增加彈簧的變形量，提高負剛度機構(gòu)的介入程度，使負剛度機構(gòu)在微小幅度振動下也能發(fā)揮較好的作用，實現(xiàn)微幅低頻隔振。并且，可以承載較大質(zhì)量的被隔振物體，結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，具有較好的工程應用價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型放置被隔振物體后處于平衡位置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖；

圖4為本實用新型的力-位移特性曲線；

圖5為本實用新型的剛度-位移特性曲線；

圖中：10-基座 20-彈性升降機構(gòu) 21-軸承座 22-導桿 23-固定座 24-彈簧 30-載物臺 40-負剛度機構(gòu) 41-固定架 42-復位彈簧 43-剪叉短臂 44-剪叉長臂 45-軸桿 46-橫槽 47-連桿 48-鉸鏈座 49-第二軸桿 50-被隔振物體。

具體實施方式

為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，但本實用新型并不限于此。

參考圖1至圖5

一種適用于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器，包括基座10，所述基座中部設置有彈性升降機構(gòu)20，所述彈性升降機構(gòu)的上端設置有載物臺30，所述載物臺的兩旁側(cè)分別與設置于基座兩旁部的負剛度機構(gòu)40相連接。

本實施例中，所述彈性升降機構(gòu)包括設置于基座中部的軸承座21，所述軸承座上縱向穿設有可在軸承座內(nèi)上下移動的導桿22，所述導桿的上端設置有與載物臺固定連接的固定座23，導桿上套置有夾設于固定座與軸承座之間的彈簧24。

本實施例中，所述負剛度機構(gòu)包括與基座旁部固定連接的固定架41，所述固定架內(nèi)設置有下端經(jīng)復位彈簧42與基座相連接的剪叉機構(gòu)，所述剪叉機構(gòu)的上端外側(cè)與固定架相鉸接，剪叉機構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)設置有軸桿45，所述軸桿穿出開設于固定架上部的橫槽46與另一端鉸接于載物臺下部側(cè)的連桿47相鉸接。

本實施例中，所述固定架由位于前后側(cè)的倒凵型架體組成，所述倒凵型架體下端與基座固定連接。

本實施例中，所述固定架內(nèi)設置有位于前后側(cè)的兩剪叉機構(gòu)，所述剪叉機構(gòu)的下端分別鉸接有經(jīng)鉸鏈座48與基座相連接的復位彈簧42，兩剪叉機構(gòu)的上端外側(cè)經(jīng)第二軸桿49相連接，所述第二軸桿的兩端分別與固定架相鉸接，兩剪叉機構(gòu)的上端內(nèi)側(cè)經(jīng)軸桿45相連接，所述軸桿的兩側(cè)端分別穿出橫槽46，軸桿可在橫槽內(nèi)左右滑動。軸桿穿出橫槽的端部分別與另一端對應鉸接于載物臺前后側(cè)的兩連桿47相鉸接，從而保證兩個剪叉機構(gòu)同步運動。

本實施例中，所述剪叉機構(gòu)包括下端與復位彈簧的上端相鉸接的剪叉短臂43，所述剪叉短臂的上端分別鉸接有剪叉長臂44，兩剪叉長臂呈交叉狀且中部相鉸接。將水平滑動轉(zhuǎn)變成垂直運動，具有行程放大的功能?？筛鶕?jù)實際需要，增加剪叉機構(gòu)的層數(shù)。

本實施例中，固定架的橫槽內(nèi)可設置滑塊或類似裝置，減少與軸桿之間的摩擦。

該隔振器的使用步驟：

步驟1：將一個適當重量的被隔振物體50放置在載物臺上，彈簧被壓縮，載物臺向下移動并帶動連桿，所述連桿推動軸桿在固定架的橫槽內(nèi)水平滑動，剪叉機構(gòu)向下伸展，復位彈簧被壓縮；

步驟2：連桿處于水平位置，隔振器處于平衡位置；

步驟3：當外界的振動激勵作用在基座時，振動傳遞到隔振器上，隔振器開始工作，隔離微幅低頻振動。

在本實施例中，對隔振器進行靜力學分析，隔振器結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)見圖3；所述彈簧的剛度為 ，復位彈簧的剛度為，連桿長度為，剪叉機構(gòu)的固定端離中心線的距離為；連桿與水平線的夾角為，剪叉長臂與豎直線的夾角為，A點偏離平衡位置的距離為且向下為正，復位彈簧所產(chǎn)生的作用為。當A點作用一個豎直向下的作用力F時，A點向平衡位置運動，且參數(shù)、和會隨著作用力F的變化而變化。

其受力如下：

其中，

將其代入上式可得如下力F與位移u之間的關系式：

選定一組系統(tǒng)參數(shù)：a=117.73mm，b=33.84 mm，D=179.48 mm，=30 mm， =4.7N/ mm，=15 N/ mm。代入可得系統(tǒng)的力-位移特性曲線，如圖4所示。將作用力F對u求導可得系統(tǒng)的剛度K與u的關系式，即可得系統(tǒng)的剛度-位移特性曲線，如圖5所示。從圖中可以看出，隔振系統(tǒng)在平衡位置處（u=0）的剛度為零，且在平衡位置附近有一段平緩區(qū)，剛度很小并接近于零。說明隔振系統(tǒng)具有準零剛度特性，系統(tǒng)在平衡位置不僅具有較好的承載能力，而且在該位置附近的一定范圍內(nèi)固有頻率很低。所以隔振系統(tǒng)具有很低的隔振起始頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)低頻隔振。

在本實施例中，根據(jù)以上分析得到的隔振器的工作原理如下：如圖2所示，根據(jù)被隔振物體的重量確定隔振器的各個參數(shù)，確保被隔振物體放置載物臺后，系統(tǒng)處于平衡位置，即連桿處于水平位置。彈簧為線性正剛度彈簧，起到支撐重物的作用。負剛度機構(gòu)在垂直方向上具有負剛度特性。根據(jù)剛度正負相消原理，彈簧與負剛度機構(gòu)并聯(lián)后能夠使隔振系統(tǒng)在平衡位置的總體剛度很低，保證系統(tǒng)很低的固有頻率。從而大大降低系統(tǒng)的起始隔振頻率，實現(xiàn)低頻隔振。

本實施例中，負剛度機構(gòu)采用了剪叉機構(gòu)，與普通的負剛度機構(gòu)相比，具有行程放大的作用。當隔振器的激勵振動為微小振幅時，剪叉機構(gòu)能將微小振幅放大并傳至復位彈簧，復位彈簧的變形量增大，負剛度機構(gòu)的介入程度提高，使得隔振器正負剛度相消的效果更明顯，發(fā)揮出隔振器非線性的隔振效果，實現(xiàn)微幅低頻振動的隔離。

綜上所述，本實例中的一種適用于隔離微幅低頻振動的準零剛度隔振器能夠?qū)崿F(xiàn)微幅低頻振動的隔離。與傳統(tǒng)線性隔振器和同類隔振器相比，本實例中的隔振器在微幅低頻隔振方面有較明顯的優(yōu)勢。并且結(jié)構(gòu)簡單，無需外界提供能源，適應性能強，在精密儀器、敏感設備、精密加工、航空航天工程等領域具有一定的工程應用價值。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。