本發(fā)明涉及隔振器，特別是一種準(zhǔn)零剛度隔振器。

背景技術(shù)：

1、準(zhǔn)零剛度(quasi-zero?stiffness，qzs)隔振器是一類優(yōu)越的低頻隔振器，解決了線性剛度隔振器存在低頻隔振需求與大承載之間的矛盾。

2、傳統(tǒng)準(zhǔn)零剛度隔振器具有三次非線性剛度特性，只有一個靜態(tài)平衡位置，因此僅對應(yīng)一個隔振質(zhì)量，當(dāng)承載質(zhì)量變化時，隔振質(zhì)量偏離靜態(tài)平衡位置，引起動態(tài)剛度增大，使隔振性能退化，如傳遞率幅值增大和起始隔振頻率增大，如中國發(fā)明專利cn202210975179.7，其僅能適用于承載質(zhì)量小幅變化(如理論隔振質(zhì)量的10％變化范圍)的工況，而無法適應(yīng)承載質(zhì)量大幅變化。

3、中國發(fā)明專利cn201610338012.4公開了拉伸式準(zhǔn)零剛度隔振器及其實現(xiàn)方法，其通過設(shè)置可以上下移動調(diào)節(jié)螺母用以調(diào)整主彈簧的上下位置，以保證不同質(zhì)量的物體放上后能在平衡位置，但是其通過調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行手動調(diào)整，無法根據(jù)不同的質(zhì)量而精確的調(diào)整螺母高度，另外，其剛度-位移為非線性的，導(dǎo)致隔振效果不能被準(zhǔn)確的控制。

4、此外，上述現(xiàn)有技術(shù)中，通過水平方向的拉簧配合豎直方向的壓簧實現(xiàn)隔振，而由于其通過壓縮彈簧構(gòu)造垂直方向的正剛度，壓縮彈簧容易出現(xiàn)屈曲變形的失穩(wěn)現(xiàn)象，因此往往需要導(dǎo)向桿對壓縮彈簧導(dǎo)向，導(dǎo)向桿和壓縮彈簧之間將產(chǎn)生較大的摩擦阻尼，導(dǎo)致如3hz以下的低頻振動的隔振質(zhì)量與位移激勵發(fā)生同步運動(無相對運動)，最終導(dǎo)致低頻隔振失效。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種自動適應(yīng)承載質(zhì)量大幅變化工況的連續(xù)多級恒值準(zhǔn)零剛度隔振器，用以解決上述技術(shù)問題。

2、根據(jù)圖1-3所述，本發(fā)明提供一種自動適應(yīng)承載質(zhì)量大幅變化工況的連續(xù)多級恒值準(zhǔn)零剛度隔振器，所述準(zhǔn)零剛度隔振器包括固定板，固定板左右兩側(cè)對稱設(shè)置有側(cè)邊支柱，兩個側(cè)邊支柱上方固定設(shè)置有側(cè)邊滑軌，兩個側(cè)邊滑軌上方均滑動連接有側(cè)邊滑塊，側(cè)邊滑塊上方均固定設(shè)置有斜桿外支座，斜桿外支座內(nèi)側(cè)均通過第一銷軸轉(zhuǎn)動連接有斜桿，兩個斜桿的另一側(cè)通過第二銷軸轉(zhuǎn)動連接有斜桿內(nèi)支座，斜桿內(nèi)支座與主滑軌固定連接，主滑軌上方連接隔振平臺，兩個第一銷軸的之間設(shè)置有水平拉簧，且水平拉簧設(shè)置有兩根且對稱設(shè)置有第一銷軸的前后兩側(cè)。

3、優(yōu)選地，斜桿外支座與斜桿的連接端均設(shè)置有軸承，用以減小斜桿外支座、斜桿以及第一銷軸之間的摩擦阻力；斜桿與斜桿內(nèi)支座的連接端均設(shè)置有軸承，用以減小斜桿、斜桿內(nèi)支座以及第二銷軸之間的摩擦阻力。

4、優(yōu)選地，斜桿外支座與側(cè)邊滑塊之間設(shè)置有墊塊，用以對斜桿外支座的高度進(jìn)行調(diào)整，以使兩側(cè)的斜桿外支座保持同一高度且不發(fā)生零部件運動干涉。

5、優(yōu)選地，斜桿內(nèi)支座與主滑軌通過斜桿內(nèi)支座固定板連接。

6、其還包括豎向彈簧頂部固定板、豎向彈簧底部固定板，主滑軌下方固定連接有豎向彈簧底部固定板，彈簧頂部固定板與豎向彈簧底部固定板之間對稱設(shè)置有兩根豎向拉簧，通過豎向驅(qū)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動豎向彈簧頂部固定板升降，改變豎向拉簧的位置，根據(jù)從而適應(yīng)不同質(zhì)量的被隔振物體。

7、兩個斜桿上均設(shè)置有角度傳感器，角度傳感器用以對斜桿的傾斜角度進(jìn)行實時檢測；主滑軌與隔振平臺之間設(shè)置有重量傳感器，通過重量傳感器用以對待隔振物體的質(zhì)量進(jìn)行檢測；其設(shè)置有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器以及重量傳感器的檢測結(jié)果，驅(qū)動豎向驅(qū)動結(jié)構(gòu)，將準(zhǔn)零剛度隔振器調(diào)整至靜態(tài)平衡位置，即將斜桿調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，使準(zhǔn)零剛度隔振器自動進(jìn)入最佳工作位置。

8、優(yōu)選地，豎向拉簧底部固定板通過滑軌固定板固定在主滑軌上。

9、優(yōu)選地，豎向驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、絲桿、螺母，電機(jī)的輸出軸與絲杠固定連接，絲杠與螺母螺紋配合，螺母與連接板的一端固定連接，連接板的另一端與連接座固定連接，連接座的頂部固定連接有豎向彈簧頂部固定板。優(yōu)選地，電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。優(yōu)選地，絲杠為滾珠絲杠。

10、優(yōu)選地，連接座上還設(shè)置有主滑塊，主滑塊用于對主滑軌進(jìn)行導(dǎo)向。優(yōu)選地，主滑塊內(nèi)對稱設(shè)置有滾輪，通過滾輪用以減小主滑軌與主滑塊相對運動的阻力。

11、圖4為恒值準(zhǔn)零剛度力學(xué)示意圖，通過對進(jìn)行受力分析。

12、應(yīng)用力f表達(dá)式如下

13、

14、其中，為k1水平拉彈總的剛度，k2表示豎向拉簧總的剛度，是從初始位置o開始的位移，y是從靜態(tài)平衡位置(斜桿處于水平狀態(tài))開始的位移；a是初始狀態(tài)下斜桿在水平方向的分量；δ表示初始狀態(tài)下水平拉簧的預(yù)拉伸量；h是初始狀態(tài)下o點到靜態(tài)平衡位置的距離。

15、對應(yīng)用力f及其表達(dá)式進(jìn)行無量綱化，無量綱化的應(yīng)用力

16、

17、其中，水平拉簧與豎向拉簧的剛度比中間變量且x＝y(tǒng)+h；

18、利用無量綱化的應(yīng)用力對無量綱的位移一階求導(dǎo)，可求得系統(tǒng)的無量綱剛度

19、

20、k是有量綱剛度。

21、在靜態(tài)平衡位置，對無量綱剛度求二階導(dǎo)并等于零且令等于零，可得零剛度特性的參數(shù)條件α＝0.25和

22、使水平拉簧的總剛度與豎直拉簧的總剛度的比值α滿足α＜0.25且α→0.25(α趨近于0.25)，同時其中m是隔振質(zhì)量，ωq是設(shè)計要求的起始隔振頻率；并且在初始狀態(tài)下，調(diào)節(jié)水平拉簧的預(yù)拉伸長度δ為斜桿在初始狀態(tài)下的水平分量a的2倍即δ＝2a，進(jìn)而調(diào)節(jié)為恒值準(zhǔn)零剛度隔振結(jié)構(gòu)。

23、根據(jù)大幅變承載質(zhì)量的隔振要求，設(shè)計單個靜態(tài)平衡點范圍的隔振能力和靜態(tài)平衡點的數(shù)量，即依據(jù)單級恒值準(zhǔn)零剛度和隔振質(zhì)量變化范圍設(shè)計連續(xù)多級的恒值準(zhǔn)零剛度，如圖5為所示，單個靜態(tài)平衡點的隔振能力通過上述計算公式進(jìn)行計算，確定每個靜態(tài)平衡點附近的位移范圍和對應(yīng)變化力的大小，其中x0、x1、x2、x3、x4分別為豎向彈簧頂部固定板不同的位置，而縱坐標(biāo)為對應(yīng)的承載質(zhì)量。相臨兩個靜態(tài)平衡位置對應(yīng)的位移、力均為平穩(wěn)過渡，不會出現(xiàn)非線性剛度的準(zhǔn)零剛度在變承載質(zhì)量調(diào)整時存在力的突然變化和沖擊現(xiàn)象。本發(fā)明原理上可以無限的增加靜態(tài)平衡點的數(shù)量，即無限提高承載質(zhì)量變化的適應(yīng)能力。

24、一種上述自動適應(yīng)承載質(zhì)量大幅變化工況的連續(xù)多級恒值準(zhǔn)零剛度隔振器的使用方法，所述使用方法包括如下步驟：

25、(1)將待隔振物體放置在主滑軌頂部的隔振平臺上；

26、(2)控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器以及重量傳感器的檢測結(jié)果，驅(qū)動豎向驅(qū)動結(jié)構(gòu)，將準(zhǔn)零剛度隔振器調(diào)整至靜態(tài)平衡位置，即將斜桿8調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，使準(zhǔn)零剛度隔振器自動進(jìn)入最佳工作位置；

27、(3)當(dāng)存在承載質(zhì)量發(fā)生變化需求時，重復(fù)(1)到(2)的步驟。

28、第(2)步中，具體的為將待隔振物體放到平臺后，重量傳感器計算出待隔振物體的重量，然后將重量數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)中存儲有多個預(yù)設(shè)的程序，每個程序?qū)?yīng)不同的靜態(tài)平衡位置，將每個程序的觸發(fā)命令設(shè)置成一個質(zhì)量變化范圍；當(dāng)控制系統(tǒng)收到重量傳感器發(fā)送的重量數(shù)據(jù)后，控制系統(tǒng)中的程序自動判斷待隔振物體的重量位于哪個一程序的質(zhì)量變化范圍內(nèi)，進(jìn)而執(zhí)行對應(yīng)的程序。

29、其中，執(zhí)行對應(yīng)的程序具體步驟為：控制系統(tǒng)向電機(jī)發(fā)送程序命令，以驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)，使驅(qū)動電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，使螺母帶動連接板以及連接座縱向移動，從而帶動豎向彈簧頂部固定板移動，對豎向拉簧的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到隔振質(zhì)量對應(yīng)的靜態(tài)平衡位置。

30、本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

31、(1)將現(xiàn)有技術(shù)中豎直方向上的壓簧設(shè)置為豎向拉簧，以避免因摩擦阻尼過大而隔振失效，提高隔振效果。

32、(2)將水平拉簧的總剛度與豎直拉簧的總剛度的比值并且在初始狀態(tài)下，調(diào)節(jié)水平拉簧的預(yù)拉伸長度為斜桿在初始狀態(tài)下的水平分量的2倍，調(diào)節(jié)為恒值準(zhǔn)零剛度隔振結(jié)構(gòu)。

33、(3)兩個斜桿上均設(shè)置有角度傳感器，角度傳感器用以對斜桿的傾斜角度進(jìn)行檢測；主滑軌與隔振平臺之間設(shè)置有重量傳感器，通過重量傳感器用以對待隔振物體的質(zhì)量進(jìn)行檢測；使控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器以及重量傳感器的檢測結(jié)果，驅(qū)動豎向驅(qū)動結(jié)構(gòu)，將準(zhǔn)零剛度隔振器調(diào)整至靜態(tài)平衡位置，即將斜桿調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，使準(zhǔn)零剛度隔振器自動進(jìn)入最佳工作位置。