[发明专利]一种零刚度冲击隔离装置

说明书

本发明公开了一种零刚度冲击隔离装置，该装置由外壳、半沙漏形凸台、滑块、弹簧、运动导向组件和内核组成，其中运动导向组件分别由固定于外壳和内核的直线轴承与对应的滑杆组成，且被分为横向导向组件和纵向导向组件，分别保证滑块沿横向运动、内核及被隔物体沿纵向往复运动。弹簧套在横向运动导向组件的滑杆的外面，两端分别与滑块和内核接触。当装置受到外界冲击载荷作用时，内核连同被隔物体相对于半沙漏形凸台和外壳上下往复运动，滑块受到半沙漏形凸台挤压相对于内核左右横向运动，此过程中弹簧向滑块提供弹性力，使其与半沙漏形凸台外表面保持接触并提供接触力。本发明具有设计容易、结构简单、可靠性高、安装操作方便的优点。

技术领域

本发明涉及抗冲击、减震领域，具体涉及一种零刚度冲击隔离装置。可将外界高能量冲击载荷控制在可接受的范围内，主要应用在减震缓冲领域。

背景技术

零刚度冲击隔离装置是一种接近理想的减震缓冲机构，可以保证被隔物体在运动过程中将较高的冲击载荷控制在可接受的范围内，因此如今已在很多领域和场合得到了广泛应用，如航空航天、机械设计与自动化、机器人与机电一体化领域等。目前的零刚度装置可被分为主动式和被动式，主动式装置需要附加额外的传感和反馈控制设备，增加了装置的复杂性和成本，被动式装置多采用正负刚度并联方式实现零刚度，但并联时所带来的安装位置精度要求的提高，降低了装置的工程可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述所提出的问题，提供一种零刚度冲击隔离装置，采用了被动式纯机械传动方法，不使用并联机构就直接实现零刚度，并把机械摩擦因素考虑在了设计方法中，提高了装置的可靠性和工程适用性。该装置采用了工程适用性更强的被动式方法实现零刚度，设计容易、结构简单、可靠性高、安装操作方便。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种零刚度冲击隔离装置，包括：外壳、内核、第一半沙漏形凸台、第二半沙漏形凸台、第一滑块、第二滑块、第一弹簧、第二弹簧、两组横向运动导向组件和两组纵向运动导向组件，第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台分别固连于外壳的左侧壁和右侧壁；所述横向运动导向组件包括第一直线轴承及其对应的第一滑杆、第二直线轴承及其对应的第二滑杆；第一直线轴承和第二直线轴承分别与内核的左侧壁和右侧壁固连，第一滑杆的左端和第二滑杆的右端分别与第一滑块和第二滑块固连，第一滑杆的右端和第二滑杆的左端均设置足够长度的外螺纹；第一弹簧套在第一滑杆外面，两端分别与第一滑块和内核左侧壁相接触，第二弹簧套在第二滑杆外面，两端分别与第二滑块和内核右侧壁相接触；所述纵向运动导向组件包括第三直线轴承及其对应的第三滑杆、第四直线轴承及其对应的第四滑杆；第三直线轴承和第四直线轴承分别与外壳的上壁和下壁固连，第三滑杆的下端和第四滑杆的上端分别与内核的上下壁固连，第三滑杆的上端露出外壳上壁并与被隔物体固连，第四滑杆的下端自由；被隔物体与外壳上壁上表面之间和第四滑杆的下端与安装平面之间均设置足够长的距离，保证装置的最大行程大于外界冲击载荷的最大幅值。

进一步的，通过第一螺母和第二螺母分别与第一滑杆右端和第二滑杆左端所设置外螺纹的配合，调节第一弹簧和第二弹簧的预紧长度，保证初始状态下，第一滑块和第二滑块分别与第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台中心位置的外表面接触。

进一步的，第一滑块与第二滑块在横向运动导向组件的约束下只能沿横向运动，内核连同被隔物体在纵向运动导向组件的约束下只能沿纵向运动；内核与被隔物体在上下往复运动过程中，第一滑块与第二滑块始终分别与第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台的外表面保持接触。

进一步的，通过对第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台的厚度梯度设计，保证第一滑块和第二滑块相对于外壳上下往复运动过程中，分别与第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台的作用力的纵向分量保持恒定，从而实现装置零刚度隔离冲击的特性。

进一步的，对第一半沙漏形凸台和第二半沙漏形凸台的厚度梯度设计时考虑了摩擦因素，因此第一滑块和第二滑块均既可采用具有较小摩擦系数的滚轮形式，也可以采用具有较大摩擦系数的滑动摩擦块形式。