[发明专利]一种基于凸轮—滚子机械原理的多级隔振平台

说明书

本发明公开了一种基于凸轮—滚子机械原理的多级隔振平台，包括固定座I、固定设置在固定座I上的竖向导杆、套在竖向导杆上的垂直弹簧、设在固定座I上方的载物平台，垂直弹簧一端与固定座I固定连接，垂直弹簧的另一端通过活动支撑件与载物平台下部连接；活动支撑件两侧对称设有凸轮组件，活动支撑件与竖向导杆的上部活动连接；凸轮组件的一侧与活动支撑件可拆卸连接，凸轮组件的另一侧设有凸轮组，凸轮组与横向导杆一侧的滚子相配合；横向导杆通过调节支撑件与固定座II活动连接；横向导杆上套有横弹簧，横弹簧的一端与横向导杆固定连接，横弹簧的另一端与调节支撑件固定连接。本发明可针对不同质量达到完全隔震，且制造安装简单可靠、易调节。

技术领域

本发明属于隔振技术领域，具体涉及一种基于凸轮—滚子机械原理的多级隔振平台。

背景技术

所谓准零刚度减振器，即具有高静态刚度和低动态刚度特性的隔振平台，高静态刚度意味着高承载能力或较小的静载变形，低动态刚度表示较低或接近于0的自然频率。这种特性的减振器主要是解决传统由质量m和刚度k构成的线性减振器产生的如下问题，线性减振器的有效隔振频率大于根号2倍的自然频率因此如果要获得较宽的隔振频带范围，则线性减振器的刚度k需要无限小(自然频率更接近于0)，但会引起极大的静态变形。因此，开发了具有高静态刚度和低动态刚度的准零刚度减振器。

准零刚度减振器的高静态刚度和低动态刚度特性，产生于负刚度结构产生负刚度和正刚度结构产生的正刚度相互抵消使动态刚度为零，同时保持较高的静承载能力。根据负刚度结构类型不同，准零刚度减振器的类型也不同，目前已有多种类型的准零刚度减振器。由螺旋弹簧构成的准零刚度减振器是一种典型的结构，在静平衡点极窄的附近具有较好的零刚度特性，当振动位移偏离静态平衡点位置较大时，将失去准零刚度特性，导致隔振失效。这也是其它类型准零刚度减振器所具有的共性缺陷。

2015年孟令帅公布的新型准零刚度隔振器的设计和特性研究中，提到一种单组斜弹簧构成的准零刚度(quazi-zero stiffness,QZS)减振器，如图3所示，但这种准零刚度特性的减振器仅维持在静平衡点附近极窄的范围。比如2008年Ivana Kovacic公布的A studyof a nonlinear vibration isolator with a quasi-zero stiffness characteristic研究，对单组斜弹簧进行了彻底的研究，给出了这种弹簧的准零刚度特性，如图4所示，图中横坐标为位移、纵坐标为刚度，虚线表示斜弹簧无压缩无非线性的准零刚度曲线，点划线表示斜弹簧有压缩无非线性的准零刚度曲线，实线表示斜弹簧有压缩有非线性的准零刚度曲线，单组斜弹簧的准零刚度特性仅维持在静平衡位置较小的范围，比如在0.5位置，最好的刚度值大概在0.34左右。

另外，现有类型的准零刚度减振器均对于隔振件的质量高度敏感，质量的轻微变化会导致隔震效果的大幅度削弱，或者针对频率大幅度变化，且对于低频震动无法起到预计效果。Chao-Chieh Lan等人在2014年公布的Design and experiment of a compactquasi-zero-stiffness isolator capable of a wide range of loads研究中提出一种主动调节的减振器方案来适应质量的变化。Abolfathi,A.等人在2015年公布了On theeffects of mistuning a force-excited system containing a quasi-zero-stiffnessvibration isolator，研究准零刚度减振器针对非对应质量的减震效果变化。在中国专利CN203641365U中公开了一种准零刚度隔振器，零刚度隔震效果基于准零刚度减振器特性上有了进一步的提高，在有效区间内，动态刚度完全为零，达到了针对单一质量完美隔震的效果，但是针对不同质量的隔振件隔振效果依然会减弱。

发明内容

针对准零刚度减振器对于非对应质量的减震效果减弱的问题，本发明利用凸轮和滚子机械可分离式特性，提出了一种基于凸轮—滚子机械原理的多级隔振平台，解决了单一系统针对不同质量隔震/减震特性较差的问题。