一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),包括永磁鐵、直流通電線圈及其支撐裝置的系統(tǒng),具有負(fù)剛度的可調(diào)、可控功能。電磁線圈和永磁鐵組成兩組磁力方向相反的機(jī)構(gòu),通過(guò)改變電流的大小,調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所受磁力的大小,從而改變系統(tǒng)負(fù)剛度的大小。本發(fā)明通過(guò)改變上線圈和下線圈中電流的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)剛度的變化,可移植性好,可以與不同正剛度結(jié)構(gòu)并聯(lián)降低整個(gè)系統(tǒng)的剛度,可應(yīng)用于需要精密隔振要求的系統(tǒng)和設(shè)備中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),特別是一種利用調(diào)節(jié)電流而改變系統(tǒng)負(fù)剛度大小的機(jī)構(gòu),屬于振動(dòng)隔離領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工程技術(shù)中,振動(dòng)的隔離已成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題之一,微納操作技術(shù),光刻技術(shù),芯片生產(chǎn)等領(lǐng)域,對(duì)振動(dòng)的隔離要求越來(lái)越高。
[0003]為了減小設(shè)備受到?jīng)_擊時(shí)的最大振幅,需要隔振系統(tǒng)有更大的靜態(tài)剛度;而為了增大隔振域,降低系統(tǒng)的自然頻率,又對(duì)系統(tǒng)提出了低動(dòng)態(tài)剛度的要求。
[0004]增大系統(tǒng)的質(zhì)量可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)剛度,但是,自然頻率隨著系統(tǒng)的質(zhì)量的增加而增加,動(dòng)態(tài)剛度惡化。為了獲得較小的自然頻率,降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度,對(duì)系統(tǒng)提出了小質(zhì)量的要求。對(duì)于一般的線性系統(tǒng),這兩個(gè)期望的性能是相互沖突的。
[0005]通過(guò)正剛度機(jī)構(gòu)與負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的并聯(lián),可以較好的解決這個(gè)沖突。越來(lái)越多的科研人員投入到了負(fù)剛度的研究中,并且產(chǎn)生了大量的研究成果。但是,一旦機(jī)構(gòu)的形式和結(jié)構(gòu)確定之后,機(jī)構(gòu)的剛度是個(gè)定值,并不會(huì)隨著振動(dòng)的變化而變化,從而,只能在特定的頻域內(nèi)有較好的隔振效果。設(shè)計(jì)一個(gè)剛度可調(diào)的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)對(duì)于解決這個(gè)問(wèn)題十分必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),具有負(fù)剛度可調(diào)、可控的特性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),包括永磁鐵、直流通電線圈及其支撐裝置的系統(tǒng),上支撐端下端面與上橡膠蓋板上端面相連,上橡膠蓋板下端面外側(cè)與線圈支架上端面相連;上橡膠蓋板下端面內(nèi)側(cè)與上定位環(huán)上端面相連,上定位環(huán)下端面與上永磁鐵上端面相連,上永磁鐵下端面與下永磁鐵之間設(shè)置永磁鐵隔磁環(huán),下永磁鐵下端面與下定位環(huán)上端面相連,下定位環(huán)的下端面與下橡膠蓋板上端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板的上端面外側(cè)與線圈支架的下端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板的下端面內(nèi)側(cè)與下支撐端的上端面相連。連接螺栓和連接螺母通過(guò)上支撐端、上橡膠蓋板、上定位環(huán)、上永磁鐵、永磁鐵隔磁環(huán)、下永磁鐵、下定位環(huán)、下橡膠蓋板和下支撐端中間的孔,把它們壓緊固定。上線圈和下線圈中間設(shè)置電磁鐵隔磁環(huán)。上線圈、電磁鐵隔磁環(huán)和下線圈固定于線圈支架的環(huán)形凹槽內(nèi)。
[0008]所述的上線圈通電后,與上永磁鐵產(chǎn)生斥力;下線圈通電后,與下永磁鐵產(chǎn)生斥力。
[0009]所述的上定位環(huán)和下定位環(huán)可以在線圈支架內(nèi)壁上下自由移動(dòng);上永磁鐵、永磁鐵隔磁環(huán)和下永磁鐵不與線圈支架內(nèi)壁接觸。
[0010]所述的上橡膠蓋板與線圈支架通過(guò)4個(gè)螺釘、固定連接;下橡膠蓋板和線圈支架通過(guò)4個(gè)螺釘固定連接。
[0011]所述的上支撐端上端面的4個(gè)螺紋孔用于連接振動(dòng)被隔離對(duì)象;下支撐端的下端面的4個(gè)螺紋孔用于并聯(lián)正剛度機(jī)構(gòu);線圈支架外側(cè)個(gè)通孔用于負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的固定安裝。
[0012]所述的上橡膠蓋板和下橡膠蓋板采用小剛度橡膠材料;上支撐端、線圈支架、上定位環(huán)、下定位環(huán)和下支撐端采用非導(dǎo)磁材料;永磁鐵隔磁環(huán)和電磁鐵隔磁環(huán)采用高導(dǎo)磁材料;上永磁鐵和下永磁鐵采用永磁材料;連接螺栓和連接螺母采用非導(dǎo)磁材料。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.通過(guò)改變上線圈和下線圈中電流的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)剛度的變化。2.可移植性好,可以與不同正剛度結(jié)構(gòu)并聯(lián)降低整個(gè)系統(tǒng)的剛度;3本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊,經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)的變形和改造,可以廣泛的應(yīng)用于微納操作、精密儀器、激光雕刻等需要隔離振動(dòng)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的主視圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1和圖2所示,一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),包括永磁鐵、直流通電線圈及其支撐裝置的系統(tǒng),上支撐端13下端面與上橡膠蓋板12上端面相連,上橡膠蓋板12下端面外側(cè)與線圈支架5上端面相連;上橡膠蓋板12下端面內(nèi)側(cè)與上定位環(huán)11上端面相連,上定位環(huán)11下端面與上永磁鐵9上端面相連,上永磁鐵9下端面與下永磁鐵6之間設(shè)置永磁鐵隔磁環(huán)15,下永磁鐵6下端面與下定位環(huán)4上端面相連,下定位環(huán)4的下端面與下橡膠蓋板3上端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板3的上端面外側(cè)與線圈支架5的下端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板3的下端面內(nèi)側(cè)與下支撐端2的上端面相連。連接螺栓I和連接螺母14通過(guò)上支撐端13、上橡膠蓋板12、上定位環(huán)11、上永磁鐵9、永磁鐵隔磁環(huán)15、下永磁鐵6、下定位環(huán)4、下橡膠蓋板3和下支撐端2中間的孔,把它們壓緊固定。上線圈10和下線圈7中間設(shè)置電磁鐵隔磁環(huán)8。上線圈10、電磁鐵隔磁環(huán)8和下線圈7固定于線圈支架5的環(huán)形凹槽內(nèi)。
[0018]所述的上線圈10通電后,與上永磁鐵9產(chǎn)生斥力;下線圈7通電后,與下永磁鐵6產(chǎn)生斥力。
[0019]所述的上定位環(huán)11和下定位環(huán)4可以在線圈支架5內(nèi)壁上下自由移動(dòng);上永磁鐵9、永磁鐵隔磁環(huán)15和下永磁鐵6不與線圈支架5內(nèi)壁接觸。
[0020]所述的上橡膠蓋板12與線圈支架5通過(guò)4個(gè)螺釘1612、固定連接;下橡膠蓋板3和線圈支架5通過(guò)4個(gè)螺釘1611固定連接。
[0021]所述的上支撐端13上端面的4個(gè)螺紋孔用于連接振動(dòng)被隔離對(duì)象;下支撐端2的下端面的4個(gè)螺紋孔用于并聯(lián)正剛度機(jī)構(gòu);線圈支架5外側(cè)4個(gè)通孔用于負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的固定安裝。
[0022]所述的上橡膠蓋板12和下橡膠蓋板3采用小剛度橡膠材料;上支撐端13、線圈支架
5、上定位環(huán)11、下定位環(huán)4和下支撐端2采用非導(dǎo)磁材料;永磁鐵隔磁環(huán)15和電磁鐵隔磁環(huán)8采用高導(dǎo)磁材料;上永磁鐵9和下永磁鐵6采用永磁材料;連接螺栓I和連接螺母14采用非導(dǎo)磁材料。
[0023]當(dāng)線圈支架5與地基固定連接,上支撐端13受到振動(dòng)向上發(fā)生位移時(shí),上永磁鐵9和下永磁鐵6受到的磁力合力方向向上,位移與受力方向一致,產(chǎn)生負(fù)剛度;當(dāng)上支撐端13振動(dòng)向下發(fā)生位移時(shí),上永磁鐵9和下永磁鐵6受到的磁力合力方向向下,位移與受力方向一致,產(chǎn)生負(fù)剛度。負(fù)剛度的大小由上線圈10和下線圈7中的直流電的大小確定,通過(guò)改變上線圈10和下線圈7的電流,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)剛度的可控、可調(diào)。
[0024]上述各實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi),凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案的變化和改進(jìn),亦屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),包括永磁鐵、直流通電線圈及其支撐裝置的系統(tǒng),其特征在于:上支撐端(13)下端面與上橡膠蓋板(12)上端面相連,上橡膠蓋板(12)下端面外側(cè)與線圈支架(5)上端面相連;上橡膠蓋板(12)下端面內(nèi)側(cè)與上定位環(huán)(11)上端面相連,上定位環(huán)(11)下端面與上永磁鐵(9)上端面相連,上永磁鐵(9)下端面與下永磁鐵(6)之間設(shè)置永磁鐵隔磁環(huán)(15),下永磁鐵(6)下端面與下定位環(huán)(4)上端面相連,下定位環(huán)(4)的下端面與下橡膠蓋板(3)上端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板(3)的上端面外側(cè)與線圈支架(5)的下端面內(nèi)側(cè)相連,下橡膠蓋板(3)的下端面內(nèi)側(cè)與下支撐端(2)的上端面相連;連接螺栓(I)和連接螺母(14)通過(guò)上支撐端(13)、上橡膠蓋板(12)、上定位環(huán)(11)、上永磁鐵(9)、永磁鐵隔磁環(huán)(15 )、下永磁鐵(6 )、下定位環(huán)(4 )、下橡膠蓋板(3 )和下支撐端(2 )中間的孔,把它們壓緊固定;上線圈(10)和下線圈(7)中間設(shè)置電磁鐵隔磁環(huán)(8),上線圈(10)、電磁鐵隔磁環(huán)(8)和下線圈(7)固定于線圈支架(5)的環(huán)形凹槽內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),其特征在于:所述的上線圈(10)通電后,與上永磁鐵(9)產(chǎn)生斥力;下線圈(7)通電后,與下永磁鐵(6)產(chǎn)生斥力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),其特征在于:所述的上定位環(huán)(11)和下定位環(huán)(4)能夠在線圈支架(5 )內(nèi)壁上下自由移動(dòng);上永磁鐵(9)、永磁鐵隔磁環(huán)(15)和下永磁鐵(6)不與線圈支架(5)內(nèi)壁接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),其特征在于:所述的上橡膠蓋板(12)與線圈支架(5)通過(guò)四個(gè)螺釘(1612)固定連接;下橡膠蓋板(3)和線圈支架(5 )通過(guò)四個(gè)螺釘(1611)固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),其特征在于:所述的上支撐端(13)上端面的四個(gè)螺紋孔用于連接振動(dòng)被隔離對(duì)象;下支撐端(2)的下端面的四個(gè)螺紋孔用于并聯(lián)正剛度機(jī)構(gòu);線圈支架(5)外側(cè)四個(gè)通孔用于負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的固定安裝。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電流磁場(chǎng)的可調(diào)負(fù)剛度機(jī)構(gòu),其特征在于:所述的上橡膠蓋板(12)和下橡膠蓋板(3)采用小剛度橡膠材料;上支撐端(13)、線圈支架(5)、上定位環(huán)(U)、下定位環(huán)(4)和下支撐端(2)采用非導(dǎo)磁材料;永磁鐵隔磁環(huán)(15)和電磁鐵隔磁環(huán)(8 )采用高導(dǎo)磁材料;上永磁鐵(9 )和下永磁鐵(6 )采用永磁材料;連接螺栓(I)和連接螺母(14)采用非導(dǎo)磁材料。
【文檔編號(hào)】F16F9/53GK105927694SQ201610277271
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月1日
【發(fā)明人】孟凱, 蒲華燕, 賈文川, 羅均, 謝少榮
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)