本發(fā)明屬于低頻隔振領(lǐng)域，具體涉及一種具有較大隔振質(zhì)量調(diào)節(jié)范圍的基于正負(fù)剛度并聯(lián)原理的盤(pán)形非線(xiàn)性低頻隔振器。

背景技術(shù)：

工程中的低頻振動(dòng)影響設(shè)備的穩(wěn)定性和精度，使零件強(qiáng)度降低甚至發(fā)生疲勞破壞，造成不必要的損失，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)噪聲污染，一些領(lǐng)域中的低頻振動(dòng)還會(huì)危害工作人員的身心健康。為了解決這種局限，有效的低頻隔振設(shè)計(jì)是各個(gè)工程領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

由傳統(tǒng)被動(dòng)隔振理論，線(xiàn)性隔振系統(tǒng)對(duì)中高頻振動(dòng)的隔離效果較好，但由于其變形和剛度之間的矛盾，隔離低頻振動(dòng)的性能較差。因此，線(xiàn)性隔振系統(tǒng)難以滿(mǎn)足工程領(lǐng)域的多種低頻隔振需求。如果采用主動(dòng)、半主動(dòng)隔振，雖然可實(shí)現(xiàn)好的低頻隔振性能，但會(huì)涉及到控制技術(shù)，增大了系統(tǒng)復(fù)雜程度，難以避免結(jié)構(gòu)過(guò)大，且能源消耗大及成本高昂。

基于正負(fù)剛度并聯(lián)原理的非線(xiàn)性隔振系統(tǒng)能夠克服線(xiàn)性隔振系統(tǒng)的不足，低頻隔振性能好，因此受到各領(lǐng)域研究人員的重視。但是要確保這種系統(tǒng)的良好隔振性能，必須要求實(shí)際載荷不能與其平衡載荷之間有較大偏差。通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整裝置，可以增大隔振系統(tǒng)的質(zhì)量適用范圍，但現(xiàn)有系統(tǒng)的質(zhì)量調(diào)整范圍仍存在不足，即無(wú)法進(jìn)行大范圍調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于正負(fù)剛度并聯(lián)原理的低頻隔振器。它利用多組彈簧組成非線(xiàn)性系統(tǒng)，每組中一個(gè)彈簧提供正剛度，另一個(gè)彈簧提供負(fù)剛度，由于特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隔振器將外界傳遞的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)載荷靈活調(diào)整彈簧的組數(shù)和預(yù)緊力，擴(kuò)展了隔振質(zhì)量范圍，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，具有較好的低頻隔振效果。

本發(fā)明包括動(dòng)力輸入部分、拉簧系統(tǒng)、壓簧系統(tǒng)和外殼，動(dòng)力輸入部分由導(dǎo)桿、導(dǎo)桿套、外殼套、定位螺栓、銷(xiāo)軸、豎連桿、橫連桿以及花鍵軸組成，導(dǎo)桿為本發(fā)明與被隔振對(duì)象的連接件，二者通過(guò)導(dǎo)桿末端的法蘭相連。導(dǎo)桿套與導(dǎo)桿過(guò)盈配合，與外殼套為間隙配合，以使導(dǎo)桿可以在外殼套的限制下做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。外殼套通過(guò)螺栓固定在外殼箱外壁上。

所述的導(dǎo)桿、導(dǎo)桿套和外殼套中部均有貫通的徑向孔，在沒(méi)有負(fù)載的情況下，定位螺栓可以穿過(guò)導(dǎo)桿、導(dǎo)桿套和外殼套。使導(dǎo)桿的位置相對(duì)于外殼套固定。

所述的導(dǎo)桿與豎連桿通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接，銷(xiāo)軸上有開(kāi)口銷(xiāo)用于限制銷(xiāo)軸軸向位置，本發(fā)明的鉸接均采用此種方式，故以下不再贅述。豎連桿與橫連桿通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接，橫連桿末端為一內(nèi)花鍵套橫連桿通過(guò)內(nèi)花鍵套嵌套在花鍵軸中部。

所述的拉簧系統(tǒng)由拉簧花鍵套、數(shù)個(gè)拉簧以及拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。拉簧花鍵套嵌套在所述的花鍵軸一端，拉簧花鍵套周?chē)鷱较蜚q接數(shù)個(gè)拉簧，拉簧另一端鉸接有拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

所述的拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由拉簧調(diào)節(jié)螺栓以及拉簧調(diào)節(jié)螺母組成，拉簧調(diào)節(jié)螺栓穿過(guò)外殼箱的光孔，拉簧調(diào)節(jié)螺栓末端旋合有拉簧調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)拉簧調(diào)節(jié)螺母即可調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)拉簧的預(yù)緊力。

所述的壓簧系統(tǒng)由壓簧花鍵套、數(shù)個(gè)壓簧連接、數(shù)個(gè)壓簧以及壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，壓簧花鍵套嵌套在所述的花鍵軸的另一端，壓簧花鍵套周?chē)q接數(shù)個(gè)壓簧連接，壓簧連接端部嵌套數(shù)個(gè)壓簧，數(shù)個(gè)壓簧另一端嵌套在壓簧連接端部凸臺(tái)上，此種布置以實(shí)現(xiàn)壓簧的自由伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還不至于在變形過(guò)程中造成壓簧的失穩(wěn)。壓簧連接與壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)鉸接。

所述的壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由壓簧調(diào)節(jié)和壓簧調(diào)節(jié)螺栓構(gòu)成，壓簧調(diào)節(jié)一端有盲孔，供壓簧調(diào)節(jié)螺栓定位。壓簧調(diào)節(jié)螺栓旋合在外殼箱的螺紋孔上，調(diào)節(jié)壓簧調(diào)節(jié)螺栓即可調(diào)整壓簧預(yù)緊力。

所述的外殼包括外殼箱，限位塊、外殼蓋、軸承及軸承蓋。其中，限位塊通過(guò)螺栓固定在外殼箱的內(nèi)壁上，起到限制壓簧調(diào)節(jié)的位置并提供滑動(dòng)方向的作用。外殼蓋通過(guò)螺栓固定在外殼箱的肋板上。軸承鑲嵌在外殼蓋中央的通孔中。軸承蓋固定在外殼蓋上，其側(cè)面凸起的環(huán)狀結(jié)構(gòu)嵌入外殼蓋中央通孔中，端部頂在軸承外圈上，以限制軸承的軸向位置。

本發(fā)明的有益效果：

利用多組彈簧組成非線(xiàn)性系統(tǒng)，每組中一個(gè)彈簧提供正剛度，另一個(gè)彈簧提供負(fù)剛度，由于特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隔振器將外界傳遞的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。其優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)載荷靈活調(diào)整彈簧的組數(shù)和預(yù)緊力，擴(kuò)展了隔振質(zhì)量范圍，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，具有較好的低頻隔振效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的動(dòng)力輸入部分立體示意圖。

圖2是本發(fā)明的拉簧系統(tǒng)立體示意圖。

圖3是本發(fā)明的壓簧系統(tǒng)的立體示意圖。

圖4是本發(fā)明的立體示意圖。

圖5是本發(fā)明所呈現(xiàn)的非線(xiàn)性力-位移特性曲線(xiàn)圖。

圖6是本發(fā)明的調(diào)節(jié)拉簧預(yù)緊力的示意圖。

圖7是本發(fā)明的調(diào)節(jié)壓簧預(yù)緊力的示意圖。

圖中：1—?jiǎng)恿斎氩糠郑?—拉簧系統(tǒng)，3—壓簧系統(tǒng)，4—外殼，11—導(dǎo)桿，12—外殼套筒，13—導(dǎo)桿套，14—定位螺栓，15—銷(xiāo)軸，16—豎連桿，17—橫連桿，18—花鍵軸，21—拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，211—拉簧調(diào)節(jié)螺栓，212—拉簧調(diào)節(jié)螺母，22—拉簧，23—拉簧花鍵套，31—壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，311—壓簧調(diào)節(jié)，312—壓簧調(diào)節(jié)螺栓，32—壓簧，33—壓簧連接，34—壓簧花鍵套，41—外殼箱，42—限位塊，43—外殼蓋，44—軸承，45—軸承蓋。

具體實(shí)施方式

如圖4所示，本發(fā)明包括動(dòng)力輸入部分1、拉簧系統(tǒng)2、壓簧系統(tǒng)3和外殼4，工作時(shí)，此裝置的外殼部分與振動(dòng)輸入源固連，動(dòng)力輸入部分1的導(dǎo)桿11末端法蘭與被隔振對(duì)象固連。

如圖1所示，所述的動(dòng)力輸入部分1由導(dǎo)桿11、外殼套筒12、導(dǎo)桿套13、定位螺栓14、銷(xiāo)軸15、豎連桿16、橫連桿17以及花鍵軸18組成，其中，導(dǎo)桿11為與被隔振對(duì)象的連接件，導(dǎo)桿11與被隔振對(duì)象之間通過(guò)導(dǎo)桿11末端的法蘭相連，導(dǎo)桿套13套在導(dǎo)桿11上，外殼套筒12套在導(dǎo)桿套13上，導(dǎo)桿套13與導(dǎo)桿11過(guò)盈配合，導(dǎo)桿套13與外殼套12為間隙配合，以使導(dǎo)桿11可以在外殼套筒12的限制下做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，外殼套筒12通過(guò)螺栓固定在外殼箱41的外壁上。

所述的導(dǎo)桿11、導(dǎo)桿套13和外殼套筒12中部均有貫通的徑向孔，在沒(méi)有負(fù)載的情況下，定位螺栓14能穿過(guò)導(dǎo)桿11、導(dǎo)桿套13和外殼套筒12，使導(dǎo)桿11的位置相對(duì)于外殼套筒12固定。

所述的導(dǎo)桿11與豎連桿16通過(guò)銷(xiāo)軸15鉸接，銷(xiāo)軸15上有開(kāi)口銷(xiāo)用于限制銷(xiāo)軸15軸向位置，豎連桿16與橫連桿17通過(guò)銷(xiāo)軸15鉸接，橫連桿17末端為一內(nèi)花鍵套，橫連桿17通過(guò)內(nèi)花鍵套嵌套在花鍵軸18中部。

當(dāng)振動(dòng)源無(wú)振動(dòng)即本發(fā)明處于靜態(tài)時(shí)，被隔振對(duì)象由于自重可以使導(dǎo)桿11上的徑向孔與外殼套筒12上的徑向孔重合，此時(shí)卸下橫貫兩者之間的定位螺栓14，將被隔振對(duì)象固定在導(dǎo)桿11上，導(dǎo)桿11和被隔振對(duì)象即可在外殼套筒12內(nèi)自由振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)源振動(dòng)時(shí)，被隔振對(duì)象相對(duì)于振動(dòng)源發(fā)生振動(dòng)，這種振動(dòng)形式通過(guò)相互鉸接的導(dǎo)桿11、豎連桿16和橫連桿17，傳遞到花鍵軸18上，運(yùn)動(dòng)形式也由導(dǎo)桿11的直線(xiàn)振動(dòng)轉(zhuǎn)換為花鍵軸18的往復(fù)擺動(dòng)。

如圖2所示，拉簧系統(tǒng)2由拉簧花鍵套23、數(shù)個(gè)拉簧22以及拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)21組成，拉簧花鍵套23嵌套在花鍵軸18一端，拉簧花鍵套23周?chē)鷱较蜚q接數(shù)個(gè)拉簧22，各拉簧22另一端鉸接有拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)21。

如圖6所示，所述的拉簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)21由拉簧調(diào)節(jié)螺栓211以及拉簧調(diào)節(jié)螺母212組成，拉簧調(diào)節(jié)螺栓211穿過(guò)外殼箱41，拉簧調(diào)節(jié)螺栓211末端旋合有拉簧調(diào)節(jié)螺母212，調(diào)節(jié)拉簧調(diào)節(jié)螺母212即可調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)拉簧22的預(yù)緊力。

花鍵軸18帶動(dòng)拉簧花鍵套23往復(fù)擺動(dòng)，從而使得數(shù)個(gè)拉簧22發(fā)生伸縮變形和可以忽略的小幅轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，作用于導(dǎo)桿11上用于平衡拉簧22作用的力與導(dǎo)桿11位移形成的剛度曲線(xiàn)呈正剛度特性。

如圖3所示，所述的壓簧系統(tǒng)3由壓簧花鍵套34、數(shù)個(gè)壓簧連接件33、數(shù)個(gè)壓簧32以及壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)31組成，壓簧花鍵套34嵌套在花鍵軸18的另一端，壓簧花鍵套34周?chē)q接數(shù)個(gè)壓簧連接件33，壓簧連接件33端部嵌套數(shù)個(gè)壓簧32，各壓簧32另一端嵌套在壓簧連接件33端部凸臺(tái)上，此種布置以實(shí)現(xiàn)壓簧32的自由伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還不至于在變形過(guò)程中造成壓簧32的失穩(wěn)。壓簧連接件33與壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)31鉸接。

如圖7所示，所述的壓簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)31由壓簧調(diào)節(jié)件311和壓簧調(diào)節(jié)螺栓312構(gòu)成，壓簧調(diào)節(jié)件311一端有盲孔，供壓簧調(diào)節(jié)螺栓312定位。壓簧調(diào)節(jié)螺栓312旋合在外殼箱41的螺紋孔上，調(diào)節(jié)壓簧調(diào)節(jié)螺栓312即可調(diào)整壓簧32預(yù)緊力。

如圖4和圖7所示，所述的外殼4包括外殼箱41、限位塊42、外殼蓋43、軸承44及軸承蓋45，限位塊42通過(guò)螺栓固定在外殼箱41的內(nèi)壁上，起到限制壓簧調(diào)節(jié)311的位置并提供滑動(dòng)方向的作用，外殼蓋43通過(guò)螺栓固定在外殼箱41的肋板上，軸承44鑲嵌在外殼蓋43中央的通孔中，軸承蓋45固定在外殼蓋43上，軸承蓋45側(cè)面凸起的環(huán)狀結(jié)構(gòu)嵌入外殼蓋43中央通孔中，軸承蓋45端部頂在軸承44外圈上，以限制軸承44的軸向位置。

花鍵軸18帶動(dòng)壓簧花鍵套34往復(fù)擺動(dòng)，從而使數(shù)個(gè)壓簧32發(fā)生伸縮變形和往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)桿11經(jīng)過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓簧32從豎直狀態(tài)變?yōu)樾敝脿顟B(tài)，壓簧32彈力減小，但彈力對(duì)花鍵軸18的力矩半徑卻增大，最終使得彈力的力矩先減小后增大，導(dǎo)桿11經(jīng)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)時(shí)也有類(lèi)似的情況出現(xiàn)。最終，作用于導(dǎo)桿11上用于平衡壓簧32作用的力與導(dǎo)桿11位移形成的剛度曲線(xiàn)呈負(fù)剛度特性。

拉簧系統(tǒng)2與壓簧系統(tǒng)3的正負(fù)剛度結(jié)合，使本發(fā)明整體的力-位移曲線(xiàn)呈現(xiàn)圖5所示的準(zhǔn)零剛度非線(xiàn)性特性。當(dāng)隔振器的工作狀態(tài)處于工作區(qū)時(shí)，本發(fā)明有較大承載能力，且當(dāng)導(dǎo)桿11在工作區(qū)間振動(dòng)時(shí)，可以保持較穩(wěn)的對(duì)外作用力。當(dāng)隔振器工作狀態(tài)處于非工作區(qū)時(shí)，力位移曲線(xiàn)的大剛度特點(diǎn)可以起到限制振動(dòng)的作用。

在本發(fā)明中，如圖6和圖7所示，調(diào)節(jié)拉簧系統(tǒng)2和壓簧系統(tǒng)3末端的拉簧調(diào)節(jié)螺母212以及壓簧調(diào)節(jié)螺栓312可以分別增加拉簧22及壓簧32的預(yù)緊力，以使不同質(zhì)量的被隔振對(duì)象都可以在靜態(tài)處于平衡位置。此外，任意兩個(gè)拉簧22和壓簧32作為一組彈簧時(shí)都可以實(shí)現(xiàn)圖5所示的非線(xiàn)性特性，因此增減相同數(shù)量的拉壓彈簧組可以大幅提高本發(fā)明的隔振質(zhì)量范圍。再者，本發(fā)明中導(dǎo)桿套13與外殼套筒12之間的摩擦可以為本發(fā)明提供部分阻尼以耗散振動(dòng)能量，具體實(shí)施過(guò)程中可以增加阻尼器以提高本發(fā)明的隔振效果。