[发明专利]一种具有零刚度特征的被动式悬浮隔振方法及装置

权利要求书

1.一种具有零刚度特征的被动式悬浮隔振装置，所述被动式悬浮隔振装置是基于一种具有零刚度特征的被动式悬浮隔振方法来实现的，所述方法通过构造一类具有零固有频率满足的零刚度系统，基于该系统的低频、超低频的隔振性能，用以实现超低频隔振以及在任意重力环境下对某种特定重力环境的模拟；其中为一包括但不限于0的定值，为质量块竖直方向无量纲加速度，为质量块无量纲位移；

零刚度系统是通过对结构系统中的几何参数、和的调节获得的；

所述被动式悬浮隔振装置利用几何非线性的负刚度特征与其几何参数的可调性，通过竖直弹性元件、滑块、滑轨、水平弹性元件-连杆与载荷连接，经参数配置实现在其设计范围内具有精确的零固有频率的特征，为载荷提供与其所受重力方向共线、大小与其位移无关的恒力，以实现在设计范围内作用在载荷的合力为包括但不限于零的定值，进而使载荷处于某特定重力环境下，所述某特定重力环境下包括但不限于零重力悬浮状态；

其特征在于，所述被动式悬浮隔振装置为双竖直滑轨长轴被动式零刚度悬浮装置，所述悬浮装置包括两个水平弹性元件（1）、两个竖直滑轨（2）、质量块（3）、水平滑轨（4）、两个连杆（5）、两个竖直滑块（6）、两个水平滑块（7）、竖直弹性元件（8）和竖直导向杆（9）；

每个水平弹性元件（1）的一端与基础固定连接，另一端只能沿相应的水平滑道运动且两个水平滑道处于同一水平线上；每个水平弹性元件（1）的自由端与一根连杆（5）的一端铰接；每个竖直滑块（6）的中心与每根连杆（5）中的某位置铰接；每个水平滑块（7）的中心与每根连杆（5）的另一端铰接；水平滑轨（4）固定安装在质量块（3）的中心位置；两个竖直滑轨（2）分别固定安装在质量块（3）的左右两侧；每个竖直滑块（6）分别被安装在每个竖直滑轨（2）内，且可以沿滑轨自由滑动；两个水平滑块（7）均被安装在水平滑轨（4）内，且可以沿滑轨自由滑动；竖直弹性元件（8）的一端与基础固定连接，另一端与质量块（3）的底部固定连接；竖直导向杆（9）沿垂直于基础平面的方向与基础固定连接；质量块（3）在竖直导向杆（9）的作用下仅可沿竖直方向运动；

质量块的质量为，每个水平滑块（7）的中心铰接点与相应的连杆（5）的弹性元件连接端距离为，每个竖直滑块（6）的中心铰接点与相应的连杆（5）的弹性元件连接端距离为，每根水平弹性元件（1）的刚度为，竖直弹性元件（8）的刚度为，每根水平弹性元件（1）在松弛状态下的自由端与相应的竖直滑轨（2）的中轴线的距离为；

初始状态时，竖直弹性元件（8）从松弛状态被压缩某一长度，使得水平滑轨（4）的中轴线与两个水平弹性元件（1）处于同一水平面；当中间质量块向上运动到某一距离时，质量块（3）受力为：

当，时，有

由此可得，调节初始状态时竖直弹性元件的压缩量，可以使得系统动力学方程型为：

其中为质量块（3）沿竖直方向的加速度，为竖直方向为任一与无关的包括但不限于0的常量；即当质量块（3）的位移满足以及上述几何参数配置条件下，质量块（3）所受重力与系统所给其提供的支持力恰好互相抵消或为一固定恒力，因而质量块（3）始终处于零重力的“悬浮”或某指定重力状态，从而实现具有零固有频率的支撑系统；

结构系统中的几何参数、、以及参数分别为：

为无量纲参数，表示为，

为无量纲参数，表示为，

为无量纲参数，表示为，

无量纲参数。