[發明專利]一種凸輪滾子負剛度結構低頻隔振器

在審

• 申請號: 201711148637.5
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107740843A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 劉彥琦;曹東興;史曉峰;張偉
• 申請（專利權）人: 北京市勞動保護科學研究所;北京工業大學
• 主分類號: F16F15/04
• 分類號: F16F15/04;F16F15/02
• 代理公司: 北京創遇知識產權代理有限公司11577
• 代理人: 武媛,呂學文

技術領域

本發明涉及減振隔振技術領域，具體涉及一種凸輪滾子負剛度結構低頻隔振器。

背景技術

目前，城市軌道交通作為緩解城市交通壓力的最有效方式之一，得到了迅猛發展。然而，其誘發的環境振動卻日益嚴重：列車運行時對軌道重力加載產生的沖擊，將造成軌道結構振動，振動沿軌枕、道床、地基等傳到建筑物、儀器設備等，將導致嚴重的環境振動。這些環境振動中，低頻振動是環境振動治理的難點。

另一方面，隨著動力機械大型化、輕量化的發展，零部件的柔度不斷加大，柔彈性體導致的低頻振動問題日益嚴重。而傳統線性剛度隔振技術只有在(ω和ω_n分別為激勵頻率和系統的固有頻率)才有隔振效果；即系統零部件柔度加大，導致需要抗低頻振動，而大型機械高承載條件下的固有頻率往往保持不變，這樣就出現系統固有頻率高引發的抗低頻、隔離低頻振動效果差的問題，嚴重時甚至出現靜變形過大及失穩。因此，傳統鋼彈簧隔振器在隔離軌道低頻振動時會出現靜變形過大的問題，面臨不能兼顧穩定性和低頻隔振能力兩方面的重大挑戰。

為了提高低頻隔振能力就必須降低系統的固有頻率，這又將導致系統剛度的降低，必然會引起系統的承載能力下降。因此傳統線性隔振器在隔離低頻、超低頻振動時，面臨著低剛度與大靜變形兩方面的矛盾。為了減少低頻振動在工程中的危害，人們研究了各種減振方法，并產生了相應的各種振動控制裝置，相關文獻如下：

《振動與沖擊》2011年第30卷第1期文章“新型超低頻非線性被動隔振系統的設計”，根據正負剛度并聯隔振的剛度表達式及平衡位置處零剛度條件，設計了非線性剛度的超低頻被動隔振系統。然而，該方案的正負剛度并聯機構的鉸接連桿只能隔離豎直向下方向的激勵，具有負剛度結構設計和實現單一、不靈活的缺陷。

公開號為CN 101871505 A的中國專利文獻公開了一種正負剛度并聯的三平移振動與沖擊隔離平臺，具有承載能力大、穩定性高、體積小、固有頻率低、阻尼可控，制作和維護成本低等特點。然而其適應性、靈活性較差。

公開號為CN 202520846 U的中國專利文獻公開了一種利用四個傾斜線性彈簧以及一個垂直線性彈簧提供恢復力的低頻隔振器，通過合理設計垂直彈簧和傾斜彈簧的剛度系數及幾何參數，使得系統在靜平衡位置處的剛度為零，達到系統動態小剛度的目的。然而，目前超低頻隔振要求復雜，系統組成復雜且狀態多變，此種結構單一依據原理擴展出來的低頻隔振系統，顯得結構過于簡單，其適應性、靈活性及可擴展性都較弱。

公開號為CN 202520848 U的中國專利文獻公開了一種基于正負剛度彈簧并聯的超低頻隔振器，由導向柱、套蓋、滑塊、負剛度彈簧、下蓋、導向座、滾珠和主彈簧構成，該隔振器可實現高靜剛度、低動態剛度的特性，實現零赫茲超低頻隔振，并且隔振性能可調；采用滾珠實現滾動摩擦，減小摩擦阻力；其可作為一個部件配備使用，適用于承受振動激勵的環境，尤其是低頻振動激勵的環境，如車輛座椅、懸架，精密儀器隔振、減振抗震等。但是該隔振器的負剛度特性頻率范圍取決于套蓋處開設的負剛度彈簧的安裝孔的深度，不能自由進行負剛度的調節，具有非常大的限制性，只能隔離特定頻率或頻率段的低頻振動。

公開號為CN 203641365 U的中國專利文獻公開了一種準零剛度隔振器，利用四個水平彈簧以及一個豎直彈簧提供恢復力，利用滾輪-凸輪裝置連接水平移動裝置與豎直移動裝置，組成一個非線性幾何機構；通過設計豎直彈簧和水平彈簧的剛度系數及調節水平彈簧的壓縮量，使系統在靜平衡位置處的剛度為零，從而實現低頻或超低頻隔振。

公開號為CN 102678804 B的中國專利文獻公開了一種由負剛度滑動彈性梁及正剛度彈簧組成的非線性超低頻隔振器，本發明整體系統具有近似動態準零剛度特性，可以對實現超低頻率的振動隔離并兼有抗沖效果。然而，此發明的隔振器在實際工程中對于滑動彈性梁的材料特性及安裝精度有非常嚴格的要求，不利于工程推廣。

發明內容

本發明的目的在于針對現有低頻隔振器安裝不方便、結構復雜、工況適應性差等問題，提出一種凸輪滾子負剛度結構低頻隔振器。該低頻隔振器應用正負剛度并聯原理，使用正剛度元件和負剛度元件并聯，結合加裝的阻尼裝置抑制系統共振及針對過激情況提供保護；正、負剛度調節裝置來實現正、負剛度范圍的有效及準確調節，以滿足不同承載質量與隔振要求。