[发明专利]一种超低频隔振器的设计方法

说明书

本发明涉及超低频减振隔振领域，公开了一种超低频隔振器的设计方法，需要设计的隔振器包括隔振承载台板，隔振承载台板连接承载杆，承载杆与上部壳体、下部壳体、基座同轴安装，上部壳体内壁上设有上外部环形永磁体，下部壳体内壁上设有下外部环形永磁体，上外部永磁体中设有上内部环形永磁体，下外部环形永磁体中设有下内部环形永磁体；然后确定上内部环形永磁体的内半径、外半径；改变气隙宽度，改变上内、外部环形磁体的高度；形成新负刚度特性曲线；获得较大的负刚度特性；计算组合负刚度磁弹簧的负刚度特性，设计承载螺旋弹簧的参数。本发明实现了隔振器对于超低频振动的隔离的优异性能。

技术领域

本发明涉及超低频减振隔振领域，特别涉及一种超低频隔振器的设计方法。

背景技术

随着环境中振源强度的提高，振动频率和振幅多样化，隔振器成为了振动控制中研究最多，应用最广的一项振动控制技术。在航天工程中，航天飞行器中高精度导航仪器和精密测量仪器对于振动环境和工作条件要求十分苛刻。超精密加工技术是在核能、大规模集成电路，激光等尖端技术中占主要成分，这就对于加工设备的隔振性能要求更为严格。在微机电系统领域，其完成的动作和操作越来越精细，操作对象的尺寸已经提升至纳米甚至是亚纳米级别，其系统结构的隔振稳定性已经成为影响其性能的主要因素。低频、超低频振动指的是振动频率在5Hz以下的振动。大型机械设备、桥梁、地震、大型水坝、高层建筑等的振动都属于低频振动。现代精密加工和制造的制造精度也发展到微米甚至纳米级，而对于精密加工机床的隔振技术要求也日益提高，隔振稳定性已经成为影响其性能的主要因素。所以对于低频、超低频振动的隔离研究受到了高度重视。传统的隔振器一般采用弹性元件，阻尼元件和惯性元件组合构成的隔振系统。但是随着技术的发展，对于振动环境和隔振技术要求不断地提高，传统隔振无法实时地适应外部振动环境特性变化，特别被动隔振在1Hz以下的低频及超低频的振动下的隔振效果差，所以被动隔振在很多场合受到限制。现有通过降低固有频率可以实现隔振器的低频振动隔离，降低固有频率主要通过降低系统的刚度和增加负载的质量来实现，而降低刚度会引起较大的静变形，降低隔振器的稳定性，而在实际工作中是无法通过实时改变物体的质量来改变系统特性的。

通过将正刚度单元与负刚度单元并联构成的隔振器被证明是拓宽带宽抑制低频振动的一种好方法。这些隔振器通常具有高静态低动态刚度的特点，承载螺旋弹簧提供高静态支撑刚度，用于支撑有效载荷，而正负刚度弹簧并联提供低动态刚度用于提高低频隔振性能。

一种名称为“一种准零刚度隔振器”(申请号：CN109737168)的发明专利提出了基于横向组合机械弹簧构成的负刚度机构，可调节负刚度结构以降低减振系统的固有频率。一种名称为“一种两自由度超低频隔振器”(CN106321707)的发明专利提出了一种可调负刚度磁弹簧与空气弹簧和螺旋弹簧并联的隔振机构，实现了高静态刚度、低动态刚度的特性，实现系统较低的固有频率和高负载的特性。一种专利名称为“一种基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器”(申请号：CN 102619916 B)的发明专利提出了凸轮与横向弹簧的负刚度结构。

虽然上述发明专利以及现阶段提出的负刚度机构都能够在一定程度降低隔振器的固有频率，实现对低频振动的隔离和抑制。但是对于负刚度系统，由于负刚度结构具有非线性刚度特性，超低负刚度会带来平衡位置强非线性刚度特性，在获得更大负刚度的同时，会导致隔振系统在工作点稳定性差。隔振系统超低刚度与位置稳定性之间存在一定矛盾；然而现阶段研究的超低频隔振器，由于负刚度结构带来的强非线性刚度特性，导致在不同振幅下，对于隔振器的隔离性能有着较大影响，在大振幅的激励下，会导致隔振系统出现亚谐、超谐共振和频率跳变现象，从而影响隔振系统的性能，甚至对系统造成破坏。所以，如何在增强负刚度强度同时，解决负刚度结构非线性过大，所导致系统不够稳定的问题、实现降低隔振系统的固有频率和改善系统稳定性、实现低频振动信号隔离的扩展、同时也能够简化整体结构和优化成本，这就对于超低频隔振器的设计有着至关重要作用。

发明内容