[发明专利]一种放大负刚度系数的机构及由其构成的超低频减振器

说明书

本发明公开了一种放大负刚度系数的机构及由其构成的超低频减振器，属于减振领域。该机构由至少一个负刚度单元和至少一个刚度系数绝对值更大的正刚度单元串联构成，二者的另外两端分别用于与被减振体和基座连接。至少一个这种负刚度放大机构，与至少一个刚度系数合适、起主支撑作用的正刚度单元并联，置于被减振体和基座之间，构成一个超低频减振器。上述负刚度放大机构可使负刚度单元的振动位移按相应的倍数放大，从而使负刚度单元产生、经负刚度放大机构传递的作用力按同等倍数放大，负刚度放大机构与其中的负刚度单元相比，负刚度系数也按同等倍数放大。本发明可以较小的尺寸、重量和成本实现较高的负刚度系数和超低频减振。

技术领域

本发明属于减振技术领域，更具体地，涉及一种放大负刚度系数以及串并联正负刚度进而实现近零刚度高性能减振的技术。

背景技术

振动广泛存在于制造装备、测量设备、建筑结构、交通工具、家用电器等众多领域。在上述绝大多数场合中，振动都会产生负面影响，如降低作业精度、威胁结构安全、缩短使用寿命、恶化工作环境等。

具有正刚度特性的弹性元件(以下简称正刚度机构)可以有效缓冲作用力的传递，也即隔离结构之间的振动传递。通常，正刚度机构的刚度系数越小，减振固有频率越低，减振效果越好。但多数情况下，正刚度机构还需支撑设备的重量，结构强度和系统的稳定性必须得到保证；另外，减振系统的重量和空间往往也会受到限制。所以，决定正刚度机构刚度系数的一些关键特征尺寸不能无限制地减小或增大，正刚度机构的刚度通常难以降到足够低的水平。

将负刚度机构与正刚度机构并联，可以在不降低承载能力的前提下，显著降低减振系统的综合刚度和相应的减振固有频率，从而实现比传统正刚度机构相比更加优异的减振性能。

负刚度机构有很多种，比如倒立摆、预压缩弹簧等机械负刚度机构，以及磁负刚度机构等。通常情况下，为了获得较大的负刚度系数以尽可能抵消正刚度机构的刚度系数，负刚度机构的尺寸和重量往往不得不设计得比较大。如何以较小且紧凑的尺寸、较轻的重量实现较大的负刚度系数，这一直是减振领域追求的目标之一。同样地，上述缺陷也制约了超低频减振技术的发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种放大负刚度系数的机构及包括该机构的超低频减振器，其目的在于，通过将负刚度单元与刚度系数绝对值比其更大的正刚度单元串联，从而将负刚度系数放大，由此达到以较小且紧凑的尺寸、较轻的重量实现较大的负刚度系数的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种放大负刚度系数的机构，将刚度系数为k₂的负刚度单元与刚度系数为k₃的第一正刚度单元串联，k₃＝-αk₂，α＞1。

进一步地，还包括直线导轨和基座，直线导轨沿减振方向布置且相对于基座固定；

负刚度单元包括一个中间磁体、两个外侧磁体、中间磁体连接件和外侧磁体连接件；

第一正刚度单元沿减振方向布置，其一端通过中间磁体连接件固连中间磁体，另一端固连基座；

两个外侧磁体对称分布于中间磁体向两侧，其连线垂直于减振方向，并通过外侧磁体连接件与被减振体固连，中间磁体和两个外侧磁体充磁方向均垂直于减振方向；两个外侧磁体充磁方向相同，且与中间磁体充磁方向相反；

直线导轨分别与被减振体和中间磁体配合，以使外侧磁体和中间磁体仅做竖直方向上的单自由度运动。

进一步地，第一正刚度单元固连被减振体，两个外侧磁体通过外侧磁体连接件固连基座。

进一步地，两个外侧磁体沿减振方向对称分布于中间磁体两侧，中间磁体和两个外侧磁体充磁方向均与减振方向相同。

进一步地，还包括直线导轨和基座，直线导轨沿减振方向布置且相对于基座固定；