[实用新型]具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及适用于低频或超低频隔振的一种准零刚度隔振系统；该隔振系统可广泛应用于汽车、船舶、飞机、航空航天器、精密仪器、精密机床加工等领域的隔振缓冲。

背景技术

工业技术的迅猛发展，使人们对隔振系统隔离低频振动提出了更高的要求。低频振动在工程领域内有很大的危害，比如频率在0.5-5Hz范围内的低频振动严重危害人体的生理健康和心理健康，导致工作效率下降；频率在0.5-70Hz的低频振动严重影响精密仪器的可靠性和寿命，还会使精密机床加工的精度严重降低。

目前振动隔离技术主要包括主动隔振、半主动隔振和被动隔振。主动隔振和半主动隔振虽能有效隔离低频振动，但其系统结构复杂，制造成本高，均耗费能源，且有时会不稳定或者引起电磁污染；传统的被动隔振系统在外界干扰频率大于隔振系统固有频率的倍时，才能起到隔振作用，可较好地隔离中、高频振动，但隔离低频振动尤其是超低频振动的能力较差。为了提高被动隔振系统隔离低频振动的能力，通常有两种方法：一是减小隔振系统的刚度；二是增加承载质量。但对于垂直隔振系统，减小刚度使隔振系统的静态位移增大和稳定性下降；而质量受到结构和空间限制，也不能很大。为了克服系统刚度和静态位移之间的矛盾，隔振系统应同时具有较高的静态刚度和较低的动态刚度，较高的静态刚度保证系统承载能力较大，静态位移较小；较低的动态刚度保证系统固有频率较低，低频隔振效果较好。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服上述现有技术中存在的不足，提供了一种具有较高的静态刚度和较低的动态刚度的具有准零刚度（QZS）的单自由度垂直隔振系统。

本实用新型具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统，包括底座和凹形刚性承载平台，两根导向轴对称固定于底座外圈，凹形刚性承载平台外圈穿过导向轴，碟形弹簧倒置在底座中心轴和凹形刚性承载平台之间，碟形弹簧内径嵌套在底座中心轴上，碟形弹簧外径与凹形刚性承载平台的下表面内圈接触，在碟形弹簧上方的底座中心轴上嵌套轴套，线性弹簧介于轴套和凹形刚性承载平台之间。

该隔振系统具有结构简单、尺寸较小、重量轻和环境适应性强的优点，适用于小空间内的振动隔离。同时，该隔振系统不仅解决了传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题，还避免了采用主动和半主动隔振其结构复杂、制作成本高和耗费能源等缺点。

本实用新型采用碟形弹簧和线性弹簧并联形成具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统，最大的特色在于利用碟形弹簧的刚度非线性，在一定变形范围内，将碟形弹簧作为负刚度元件与正刚度的线性弹簧并联，实现该隔振系统在其平衡位置的准零刚度和平衡位置附近的刚度非线性。

由以上可知，本实用新型为一种具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统，它具有较高的静态刚度和较低的动态刚度，承载能力大，静态变形小，隔振起始频率低，隔振频率范围大和振动传递率小的优点，因而具有良好的低频或超低频隔振效果。同时，该隔振系统具有结构简单、尺寸较小、重量轻和环境适应性强的优点，适用于小空间内的振动隔离。本实用新型为具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统，它不仅解决了传统线性隔振系统在隔离低频或超低频振动时的难题，还避免了采用主动和半主动隔振其结构复杂、制作成本高和耗费能源等缺点。

附图说明

图1是本实用新型的原理结构示意图；

图2是图1所示系统加载被隔振物体后的原理结构示意图；

图3是当β＞β_QZS,β＜β_QZS和β＝β_QZS时，该隔振系统的无量纲刚度位移曲线；

图4是具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统及其等效线性系统的力传递率比较；

图5是具有准零刚度的单自由度垂直隔振系统及其等效线性系统的位移传递率比较。

在图中，1—底座，2—凹形刚性承载平台，3—导向轴，4—碟形弹簧，5—轴套，6——线性弹簧。

具体实施方式

以下是对本实用新型做出的进一步说明。