一种扭杆弹簧准零刚度隔振器

技术领域

本发明涉及振动与噪声控制技术领域，尤其涉及一种扭杆弹簧准零刚度隔振器。

背景技术

振动和冲击现象广泛的存在于日常生活和生产中，这些振动大部分对设备的性能及人员的舒适性要求等产生消极作用。因此，需要对这些振动进行有效的隔离。同时人们对振动环境、产品与结构振动特性的要求也进一步提高，实现低频/超低频隔振，使得在较高频率有大的衰减。在日常生活中，人们对低频振动也最为敏感，长期处在低频振动环境中，会使人产生疲劳、焦虑等不良反应。因此，低频隔振对于保护精密设备和提高人体舒适性是必要的。

然而对于一般线性隔振器只有当激励频率比线性系统的固有频率大

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种扭杆弹簧准零刚度隔振器，提高准零刚度的承载能力，实现大重量精密设备的低频隔振。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种扭杆弹簧准零刚度隔振器，其特征在于：包括扭杆支撑台组件、基座、水平滑块、水平弹簧、水平导轨，所述扭杆支撑台组件包括支撑台、扭杆弹簧、扭臂，所述扭杆弹簧的一端固定连接在所述支撑台上，另一端与所述扭臂固定连接，所述水平导轨水平设置在所述基座上，所述水平弹簧、水平滑块穿设在水平导轨上，扭臂与水平滑块转动连接，当支撑台在垂直方向发生位移时，扭臂的一端带动扭杆弹簧发生扭转，另一端带动水平滑块在水平导轨上移动并压缩水平弹簧。

进一步的，所述扭杆弹簧水平穿设在所述支撑台内，一端通过花键与所述支撑台一侧固定连接，另一端穿过支撑台与所述扭臂固定连接。

进一步的，所述扭臂通过轴承连接在所述支撑台侧壁上。

进一步的，所述水平滑块与扭臂之间通过转动销连接，扭臂能够以转动销为轴转动。

进一步的，还包括竖向阻尼器，所述竖向阻尼器连接于所述基座和支撑台之间。

进一步的，还包括竖向导向组件，所述竖向导向组件包括竖向滑块和竖向导轨，所述竖向滑块固定设置在所述支撑台上，所述竖向导轨固定设置在所述基座上，竖向滑块和竖向导轨之间滑动连接。

进一步的，所述竖向导向组件设置有两组，并以中心对称的位置设置。

进一步的，所述扭臂和水平导轨之间夹角的摆动范围为-45°～45°。

进一步的，所述水平弹簧、水平导轨、水平滑块、扭杆弹簧、扭臂设置有两组，并以所述支撑台的中心对称分布设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.利用扭杆的正刚度与水平弹簧的负刚度组成准零刚度，以实现设备的低频隔振。相较于螺旋弹簧，扭杆弹簧具有更高的能量密度，可以轻易地在有限空间内实现更高的承载能力，因此本发明所述的准零刚度隔振器具有极大的承载能力。

2.本发明在设定承载能力下，其有效准零刚度范围可以通过扭臂长度方便的调节，以适应不同激励幅值范围内的低频振动控制。

3.本发明可以简单通过修改扭杆直径以及扭臂长度来调节隔振器的承载能力，适配不同重量的精密设备。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例主视图；

图3为本发明实施例俯视图；

图4为本发明实施例扭杆支撑台组件结构示意图；

图5为本发明实施例扭杆支撑台组件剖视图；

图6为本发明实施例的竖向载荷与竖向位移关系图；

图7为本发明实施例在不同扭杆弹簧直径与扭臂长度下的承载质量图。

其中：1-扭杆弹簧，2-支撑台，3-扭臂，4-轴承，5-转动销，6-水平滑块，7-水平弹簧，8-水平导轨，9-竖向滑块，10-竖向导轨，11-竖向阻尼器，12-基座。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1-5示出了一种扭杆弹簧准零刚度隔振器的具体实施例。如图1所示，本实施例包括扭杆支撑台组件、水平弹簧7、水平导轨8、水平滑块6、转动销5、竖向导向组件、竖向阻尼器11以及基座12。水平滑块6滑动穿设在水平导轨8上，水平弹簧7也同样穿设在水平导轨8上，并且水平弹簧7的两端分别抵靠在基座12和水平滑块6之间，随着水平滑块6的滑动，能够挤压水平弹簧7。水平导轨8水平安装在基座12上。

如图4所示，扭杆支撑台组件包括扭杆弹簧1、支撑台2、扭臂3以及轴承4；扭杆弹簧1一端通过花键与支撑台2固定连接，使得力矩分布更加均匀。另一端穿过支撑台2的侧壁后与扭臂3固定连接；扭臂3通过轴承4与支撑台2的侧壁连接，扭臂3通过转动销5与水平滑块6相连，扭臂3能够以转动销5为轴转动。

如图2所示，竖向导向组件包括竖向滑块9与竖向导轨10，竖向滑块9固定连接在支撑台上，竖向导轨10垂直安装在基座12上，竖向滑块9和竖向导轨10之间滑动连接，竖向滑块9可以沿竖向导轨10上下运动，从而约束扭杆支撑台组件在竖直方向上下运动。竖向阻尼器11安装在支撑台2与基座12之间，在系统工作时提供阻尼力。

如图5所示，扭杆支撑台组件的扭杆弹簧1、扭臂3以及轴承4均设置有两组，并以支撑台2中心点为中心呈中心对称方式分布安装。

如图3所示，水平弹簧7、水平导轨8、水平滑块6、转动销5以及竖向导向组件也均设置为两组，且以支撑台2中心点为中心呈中心对称方式分布。

本实施例隔振器工作时，需要隔振的设备置于支撑台2上，隔离来自于基座12的低频振动。如图2所示，初始状态时，扭臂3与水平导轨8之间的初始夹角为θ

如果没有竖向阻尼器11，隔振效果会变差。在本实施例中，安装的竖向阻尼器11起到耗能作用，由于隔振器本身具有的非线性刚度特征，竖向阻尼器11的设置可以有效减小隔振器在共振处的峰值，避免跳跃现象发生。

工作过程中，扭臂3与水平导轨8之间的夹角摆动范围为-45°～45°；其中，扭杆1的轴心在水平导轨8上方时夹角定义为正，反之为负。系统的竖向载荷与竖向位移关系曲线如图6所示。可以看出隔振器的准零刚度由扭杆弹簧1的刚度与水平弹簧7形成的负刚度并联而成，具有较大的准零刚度范围以及承载能力。

扭杆弹簧准零刚度隔振器所能承载的质量为：

式中，K

对于扭杆弹簧，其刚度K

式中，G是扭杆弹簧1材质的剪切模量，d是扭杆弹簧1直径，L是扭杆弹簧1有效长度。

图7展示了扭杆弹簧准零刚度隔振器的承载质量与扭杆弹簧1的直径d和扭臂3的长度a之间的依赖关系。可以看出，通过调节扭杆弹簧1的直径以及扭臂3的长度，可以轻易的实现任意承载质量。特别地，通过增加扭杆弹簧1直径可以极大的增大隔振器的承载质量，实现大重量精密设备地低频隔振。

上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。