[发明专利]一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统

说明书

本发明公开一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统，涉及隔振领域，其包括底座、负载平台、正刚度单元和组合型磁负刚度单元，正刚度单元和组合型磁负刚度单元位于底座和负载平台之间，正刚度单元和组合型磁负刚度单元并联，正刚度单元包括正刚度特性的弹性元件，弹性元件设置在底座和负载平台之间，组合型磁负刚度单元包括至少一个斥力型磁负刚度机构和至少一个吸力型磁负刚度机构，斥力型磁负刚度机构和吸力型磁负刚度机构并联。本发明为组合型的结构设计，可方便调节和匹配斥力型与吸力型磁负刚度机构的参数，能大幅提升隔振系统有效工作范围和刚度线性度，在宽的工作区域内实现综合刚度近零且工作稳定的隔振效果。

技术领域

本发明涉及隔振领域，具体涉及一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统。

背景技术

振动问题普遍地存在于工业生产和工程的各个领域，随着各种机械设备向着高速、高精、高稳定性发展，它们对振动的要求越来越严格。需要利用隔振器隔离设备振动激励向其安装基础的传递，或者隔离安装基础的振动向设备的传递。

低隔振刚度和高承载能力是隔振器设计不断追求的目标，在常规线性刚度隔振系统中，二者通常相互矛盾，而采用正刚度和负刚度并联的方式是解决该矛盾的有效途径。磁体结构具有“同性相斥-异性相吸”的特性：同性磁体对在最大斥力方向的法向上具有负刚度特性，且负刚度幅值随磁体对的相对位移增大而减小；异性磁体对在最大吸力方向也具有负刚度特性，且负刚度幅值随磁体对的相对位移增大而增大。上述斥力型磁负刚度机构和吸力型磁负刚度机构均可用来与具有正刚度特性的弹性元件并联，形成“高静态刚度-低动态刚度”特性，以在保证承载能力的前提下实现较低的综合隔振刚度，解决隔振和承载的矛盾。

但是，上述两种磁负刚度机构的负刚度非线性特征明显，隔振器综合刚度难以在相对较宽的工作行程内近零且保持稳定，即隔振器综合刚度难以近零且稳定区域狭小；此外，由于这类机构狭小的负刚度稳定域，其装调往往特别困难，导致隔振系统实际工作区域往往会偏离所设计的低刚度区域，进一步造成实际隔振性能劣化。

因此，迫切需要发明线性度高、稳定域宽的负刚度机构，以与正刚度机构并联形成高稳定性的近零刚度隔振系统。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统，将斥力型磁负刚度机构和吸力型磁负刚度机构并联构成组合型磁负刚度机构，组合型的结构设计，可方便调节和匹配斥力型与吸力型磁负刚度机构的参数，能大幅提升隔振系统有效工作范围和刚度线性度，在宽的工作区域内实现综合刚度近零且工作稳定的隔振效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种包含组合型磁负刚度机构的近零刚度隔振系统，其包括底座、负载平台、正刚度单元和组合型磁负刚度单元，其中，正刚度单元和组合型磁负刚度单元位于底座和负载平台之间，正刚度单元和组合型磁负刚度单元并联，正刚度单元包括正刚度特性的弹性元件，弹性元件设置在底座和负载平台之间，用于提供平衡所述负载重力所需的支撑力，并提供基本的隔振功能，组合型磁负刚度单元包括至少一个斥力型磁负刚度机构和至少一个吸力型磁负刚度机构，斥力型磁负刚度机构和吸力型磁负刚度机构并联。

优选的，所述的斥力型磁负刚度机构包括至少一个定子磁体和至少一个动子磁体，定子磁体与动子磁体沿励磁方向配置成一行多列的形式，且其励磁方向配置为与隔振方向垂直，在同一行中的定子磁体与动子磁体交错排列，所有定子磁体的励磁方向相同，所有动子磁体的励磁方向相同，相邻的定子磁体与动子磁体的励磁方向相反，使得定子磁体与动子磁体在与励磁方向相垂直的法向上具有斥力型磁负刚度特性，该方向作为起负刚度作用的隔振方向。

优选地，在同一行内定子磁体的数量与动子磁体的数量相差一个，以使得相邻的定子磁体与动子磁体在励磁方向的间距相等时，定子磁体与动子磁体在励磁方向的作用力基本为零，利于隔振系统的平衡和稳定。