[發(fā)明專利]一種放大負剛度系數的機構及由其構成的超低頻減振器

有效

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• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109356961B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 姜偉;陳學東;吳九林;戴鵬輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/04;F16F6/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明公開了一種放大負剛度系數的機構及由其構成的超低頻減振器，屬于減振領域。該機構由至少一個負剛度單元和至少一個剛度系數絕對值更大的正剛度單元串聯(lián)構成，二者的另外兩端分別用于與被減振體和基座連接。至少一個這種負剛度放大機構，與至少一個剛度系數合適、起主支撐作用的正剛度單元并聯(lián)，置于被減振體和基座之間，構成一個超低頻減振器。上述負剛度放大機構可使負剛度單元的振動位移按相應的倍數放大，從而使負剛度單元產生、經負剛度放大機構傳遞的作用力按同等倍數放大，負剛度放大機構與其中的負剛度單元相比，負剛度系數也按同等倍數放大。本發(fā)明可以較小的尺寸、重量和成本實現(xiàn)較高的負剛度系數和超低頻減振。

技術領域

本發(fā)明屬于減振技術領域，更具體地，涉及一種放大負剛度系數以及串并聯(lián)正負剛度進而實現(xiàn)近零剛度高性能減振的技術。

背景技術

振動廣泛存在于制造裝備、測量設備、建筑結構、交通工具、家用電器等眾多領域。在上述絕大多數場合中，振動都會產生負面影響，如降低作業(yè)精度、威脅結構安全、縮短使用壽命、惡化工作環(huán)境等。

具有正剛度特性的彈性元件(以下簡稱正剛度機構)可以有效緩沖作用力的傳遞，也即隔離結構之間的振動傳遞。通常，正剛度機構的剛度系數越小，減振固有頻率越低，減振效果越好。但多數情況下，正剛度機構還需支撐設備的重量，結構強度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性必須得到保證；另外，減振系統(tǒng)的重量和空間往往也會受到限制。所以，決定正剛度機構剛度系數的一些關鍵特征尺寸不能無限制地減小或增大，正剛度機構的剛度通常難以降到足夠低的水平。

將負剛度機構與正剛度機構并聯(lián)，可以在不降低承載能力的前提下，顯著降低減振系統(tǒng)的綜合剛度和相應的減振固有頻率，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng)正剛度機構相比更加優(yōu)異的減振性能。

負剛度機構有很多種，比如倒立擺、預壓縮彈簧等機械負剛度機構，以及磁負剛度機構等。通常情況下，為了獲得較大的負剛度系數以盡可能抵消正剛度機構的剛度系數，負剛度機構的尺寸和重量往往不得不設計得比較大。如何以較小且緊湊的尺寸、較輕的重量實現(xiàn)較大的負剛度系數，這一直是減振領域追求的目標之一。同樣地，上述缺陷也制約了超低頻減振技術的發(fā)展。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種放大負剛度系數的機構及包括該機構的超低頻減振器，其目的在于，通過將負剛度單元與剛度系數絕對值比其更大的正剛度單元串聯(lián)，從而將負剛度系數放大，由此達到以較小且緊湊的尺寸、較輕的重量實現(xiàn)較大的負剛度系數的目的。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種放大負剛度系數的機構，將剛度系數為k₂的負剛度單元與剛度系數為k₃的第一正剛度單元串聯(lián)，k₃＝-αk₂，α＞1。

進一步地，還包括直線導軌和基座，直線導軌沿減振方向布置且相對于基座固定；

負剛度單元包括一個中間磁體、兩個外側磁體、中間磁體連接件和外側磁體連接件；

第一正剛度單元沿減振方向布置，其一端通過中間磁體連接件固連中間磁體，另一端固連基座；

兩個外側磁體對稱分布于中間磁體向兩側，其連線垂直于減振方向，并通過外側磁體連接件與被減振體固連，中間磁體和兩個外側磁體充磁方向均垂直于減振方向；兩個外側磁體充磁方向相同，且與中間磁體充磁方向相反；

直線導軌分別與被減振體和中間磁體配合，以使外側磁體和中間磁體僅做豎直方向上的單自由度運動。

進一步地，第一正剛度單元固連被減振體，兩個外側磁體通過外側磁體連接件固連基座。

進一步地，兩個外側磁體沿減振方向對稱分布于中間磁體兩側，中間磁體和兩個外側磁體充磁方向均與減振方向相同。

進一步地，還包括直線導軌和基座，直線導軌沿減振方向布置且相對于基座固定；