[发明专利]可精确调控负刚度的隔振装置及设计方法

说明书

本发明提供了一种可精确调控负刚度的隔振装置及设计方法，包括隔振器和负刚度调控机构；所述隔振器，用于承载待隔振设备并对所述待隔振设备进行减振；所述负刚度调控机构可对隔振器负刚度进行精确调控，包括滚道、滚动件、第一直线限位机构、水平弹簧以及垂直升降平台；所述滚道固定在所述第一隔振器的侧面；所述水平弹簧通过所述第一直线限位机构连接所述滚动件；所述滚动件的外壁面在所述水平弹簧预压缩力作用下紧密贴合所述滚道；所述滚动件通过所述第一直线限位机构固定在所述垂直升降平台上，在所述垂直升降平台的作用下，所述滚动件在滚道上的初始位置能够被精确调节。本发明能够克服当前非线性隔振器负刚度难以精确调控缺点，实现隔振器负刚度个性化定制目标，从而提高隔振器性能。

技术领域

本发明涉及隔振装置，具体地，涉及可精确调控负刚度的隔振装置及设计方法。

背景技术

把机械或仪器设备安装在合适的弹性装置上以隔离振动的措施被称为隔振，相应的弹性装置被称为隔振装置或隔振器。隔振器可改善机械设备工作精度，减少动力设备对周围环境干扰，因此具有重要意义。

在设计隔振装置时，期望其起始隔振频率低、隔振带宽高。对于线性隔振器而言，若要满足这两个要求需减少隔振装置支撑刚度。然而，减少隔振器支撑刚度时将使其在机械设备重力作用下产生过大静变形而失效。因此对于线性隔振器，降低其起始隔振频率与减少其静变形间总存在矛盾，两者难以调和。为此，国内外学者在线性隔振装置中引入负刚度(常为非线性力)，与原有支撑刚度并联后形成一系列非线性隔振器，依据平衡点数目可分为准零刚度隔振器、双稳态隔振器、多稳态隔振器等等。

当前已有一些专利提出了非线性隔振装置设计方法。比如中国专利号CN211815192U，专利名称：一种浮置板轨道用非线性内置式悬臂隔振器，该专利通过圆柱凸轮-滚轮-线性弹簧机构施加非线性力，通过选取圆柱凸轮半径、滚轮半径、线性弹簧刚度，可简单、粗略的调整负刚度(即非线性力中各系数)，无法实现对负刚度的精确调控。中国专利号CN114321260A，专利名称：一种电活性准零刚度隔振器，该专利通过弧形凸轮-滚子-线性弹簧机构给隔振器施加非线性力，同样存在负刚度无法定制的缺点。中国专利号CN210034259U，专利名称：一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，该专利亦利用凸轮-滚子-线性弹簧施加非线性力，开发一种兼具振动抑制与能量收集双重功能的准零刚度隔振器，类似的，其负刚度也只能被简单操控。中国专利号CN211227879U，专利名称：一种基于正负刚度并联的准零刚度浮置板道床系统，该专利利用四弹簧滚子球给隔振器施加非线性力，该专利同样存在负刚度无法任意调控的缺点。中国专利号CN114060456A，专利名称：一种用于轨道车辆座椅的准零刚度减振器，该专利中利用碟簧施加非线性力，亦难以实现对负刚度的精确调控。中国专利号CN208919190U，专利名称：一种新型永磁式双稳态隔振器，该专利利用永磁体施加非线性力，构成双稳态隔振器。通过调节磁铁间距离，可粗略调节负刚度形式，但是无法实现对负刚度的精确调控。中国专利号CN114458723A，专利名称：一种准零刚度隔振装置及其设计方法，该专利利用多个永磁体施加非线性力。中国专利号CN113309784B，专利名称：一种几何非线性可调多稳态装置，该专利通过弹性元件的几何非线性施加非线性力，构成一种双稳态隔振器，通过调节弹性元件几何参数，可粗略调节负刚度，然而无法实现负刚度的精确调控。

目前，鉴于线性隔振器存在隔振起始频率高、隔振带宽低等缺点，国内外提出引入负刚度机制的非线性隔振器。然而，并非所有负刚度形式对隔振器性能均有改善，因此在非线性隔振器设计中，如何设计负刚度(即非线性力系数)对提升隔振器性能至关重要。当前非线性隔振器中非线性力施加方式主要包括圆柱凸轮-滚子-线性弹簧、永磁铁、几何非线性及非线性碟簧等方式，而所有这些方式均只能粗略的调节负刚度，无法实现负刚度的精确调控。这将导致难以设计高性能的非线性隔振器。如果在设计非线性隔振器时，可随心所欲的调控负刚度，将极大改善隔振器隔振性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可精确调控负刚度的隔振装置及设计方法。