[实用新型]一种正负刚度并联机构

说明书

技术领域

本发明创造属于重力卸载及超低频隔振技术领域，尤其涉及一种具有高精度行程的 正负刚度并联机构。

背景技术

零刚度设备在重力卸载、精密制造和精密测量领域具有广泛的应用，正负刚度并联 机构作为一种被动式零刚度设备，相比其它类型的零刚度设备，具有结构简单、可靠性 高、附加质量小等优点。但目前国内外发表的专利及论文中描述的正负刚度并联机构都 存在行程精度较小的问题，导致正负刚度并联机构的应用范围受到限制。

典型的正负刚度并联机构的原理图如图1所示。一般正负刚度并联机构由一个负刚 度机构、一个正刚度机构并联构成。负刚度机构由在水平方向作用有预压力的等刚度弹 簧铰接而成，与负刚度机构并联有由垂向主支撑弹簧为主要构成要件的正刚度机构，取 负刚度机构弹簧处于水平位置为平衡点，整个系统刚度在平衡点附近实现零刚度。但随 着运动行程的增大，由于负刚度机构与正刚度机构受力产生不匹配，正刚度机构与负刚 度机构的刚度差迅速增加，整个系统不再具有零刚度特性。

发明内容

本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种正负刚度并联机构，能够解决现 有技术中正刚度特性与负刚度特性不匹配的问题，保证正负刚度并联机构的大行程和高 精度零刚度特性。

本发明创造提供的正负刚度并联机构，包括固定于底座的正刚度弹簧，所述正刚度 弹簧另一端固定连接有主支撑块；所述正刚度弹簧两侧对称设置有分别与所述主支撑块 连接的负刚度调节组块；所述负刚度调节组块包括导向杆、转向轴承、行程调节件、负 刚度第一弹簧和负刚度第二弹簧，所述导向杆一端与所述主支撑块铰接并能够绕铰接部 位在竖直平面内转动，所述导向杆另一端穿过一与底座位置相对固定的所述转向轴承并 能够绕所述转向轴承在竖直平面内转动，所述导向杆能够在绕所述转向轴承转动的同时， 在转向轴承上于供其穿过的通道内往复运动；所述导向杆上穿套有所述行程调节件，所 述行程调节件上设有供导向杆通过并在竖直平面内转动的调节通孔，所述导向杆上还分 别套装有所述负刚度第一弹簧和负刚度第二弹簧，所述负刚度第一弹簧压缩于所述铰接 部位(即上文所述的导向杆与主支撑块的铰接部位)和行程调节件上的第一外表面之间， 所述负刚度第一弹簧的位于所述行程调节件的一端与所述第一外表面的相对位置可随所 述导向杆在竖直平面内的运动而发生改变，所述负刚度第二弹簧压缩于所述转向轴承和 行程调节件上的第二外表面之间，所述负刚度第二弹簧的位于所述行程调节件的一端与 所述第二外表面的相对位置可随所述导向杆在竖直平面内的运动而发生改变；所述第一 外表面和第二外表面之间在水平方向的距离自中央分别向上下两侧递增。

进一步，所述负刚度调节组块还包括固定于底座的支撑座，所述行程调节件与所述 支撑座铰接连接，在对行程调节件进行有效支撑的同时，使压缩于其两侧的负刚度第一 弹簧和负刚度第二弹簧能够自由传力。

进一步，所述行程调节件上的第一外表面为一竖直平面，第二外表面为一弧形曲面， 所述调节通孔开设于所述第一外表面和第二外表面之间。

进一步，所述负刚度调节组块还包括第一滑块和第二滑块，所述负刚度第一弹簧和 负刚度第二弹簧分别通过所述第一滑块和第二滑块分别与所述行程调节件上的第一外表 面和第二外表面产生相互作用力。所述第一滑块一面与所述负刚度第一弹簧固定连接， 其相对的一面与所述行程调节件上的第一外表面接触并具有与第一外表面相匹配的弧 度，所述第一滑块两侧连接有第一滑轮，方便在所述导向杆运动时，第一滑块能够在第 一外表面上滑动，从而迅速改变负刚度第一弹簧的压缩量，调节系统刚度。所述第二滑 块一面与所述负刚度第二弹簧固定连接，其相对的一面与所述行程调节件上的第二外表 面接触并具有与第二外表面相匹配的弧度，所述第二滑块两侧连接有第二滑轮，方便在 所述导向杆运动时，第二滑块能够在第二外表面上滑动，从而迅速改变负刚度第二弹簧 的压缩量，调节系统刚度。

进一步，所述负刚度调节组块还包括导向块，所述导向杆端部固定有与杆体垂直并 延水平面设置的转向杆，所述主支撑块固定连接有所述导向块，所述导向块一面开口并 设有供所述导向杆的转向杆通过的转向通孔，所述导向杆与所述主支撑块通过所述转向 杆和导向块匹配连接实现二者的铰接连接。

进一步，所述负刚度调节组块还包括耳座，所述转向轴承通过所述耳座固定在侧壁 上，并能够在耳座内转动，侧壁上还设有供所述导向杆通过并自由旋转的过孔。