[发明专利]基于三对斜弹簧的高线性共振频率的准零刚隔振装置

说明书

本发明提出了一种基于三对斜弹簧的高线性共振频率的准零刚隔振装置，包括三对斜弹簧组件、垂直弹簧组件、载物平台组件和支撑结构；所述载物平台组件与三对斜弹簧组件铰链连接，载物平台组件与垂直弹簧接触连接，三对斜弹簧组件和垂直弹簧组件均通过螺栓与支撑结构固定连接；初始状态，三对斜弹簧组件的交叉点位于上侧的一对斜弹簧组件固定点与静平衡位置垂向距离之间，静平衡位置即中间对斜弹簧两固定点的中间点。本发明保持了宽准零刚度范围的同时，使得初始位置到静平衡位置的距离缩小，承载质量小；垂直弹簧刚度不变的情况下，线性自然频率增大，增大准零刚度系统与对应线性系统的隔振频带差，大幅提升了准零刚度系统的隔振频带性能。

技术领域

本发明涉及机械结构隔振技术领域，特别是指一种基于三对斜弹簧的高线性共振频率的准零刚隔振装置。

背景技术

高静态低动态隔振器由负刚度结构和正刚度结构组合构成，使负刚度抵消正刚度，使动态刚度达到准零状态，同时保持较高的静态承载能力。实现负刚度的结构类型有凸轮滚子、磁力弹簧、倾斜的螺旋弹簧或梁、板结构，以及桁架结构(X形)等。由于已有高静态低动态隔振器，准零刚度范围窄，隔振性能不理想，因此，申请号为201910864288.X的发明专利公开了一种三对斜弹簧结构，明显提升了准零刚度范围，但实验中发现，由于此种模型初始位置到静平衡位置的距离大，承载质量大，刚度不变的情况下，对应线性系统的共振频率低，则此种隔振模型隔振频带相比线性系统的隔振频带优越性不明显。

发明内容

针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种基于三对斜弹簧的高线性共振频率的准零刚隔振装置，解决了现有技术中对应线性共振频率大的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于三对斜弹簧的高线性共振频率的准零刚隔振装置，包括斜弹簧组件、垂直弹簧组件、载物平台组件和支撑结构；所述载物平台组件与斜弹簧组件铰链连接，载物平台组件与垂直弹簧接触连接，斜弹簧组件和垂直弹簧组件均与支撑结构相连接；初始状态下，三对斜弹簧组件的交叉点位于上侧的一对斜弹簧组件固定点与静平衡位置垂向距离之间，静平衡位置即中间对斜弹簧两固定点的中间点，此配置下，隔振装置对应的刚度的计算公式为：

其中，表示上侧或下侧的斜弹簧与垂直弹簧的刚度比，上侧和下侧斜弹簧刚度、长度相同，k₁表示上侧的一对斜弹簧或下侧的一对斜弹簧的线性刚度系数，k₂表示垂直弹簧的线性刚度系数，表示中间的一对斜弹簧与垂直弹簧的刚度比，k₃表示中间的一对斜弹簧的线性刚度系数，中间一对斜弹簧长度与上侧一对或下侧一对斜弹簧长度相同，表示中间变量，表示中间变量，表示斜弹簧两端铰接点的无量纲水平距离，a表示斜弹簧两端铰接点之间的水平距离，h₁表示初始位置到上侧的一对斜弹簧固定点的垂直距离，表示无量纲位移，x表示初始状态下从三对斜弹簧交叉点开始的位移，表示中间变量，表示中间变量，表示上侧的一对斜弹簧在初始状态的无量纲压缩量，δ表示上侧的一对斜弹簧在初始状态的压缩量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间参数，h表示初始位置到静平衡位置之间的垂向距离，d表示上侧的一对斜弹簧的固定点到下侧的一对斜弹簧的固定点之间的垂直距离的一半，表示中间变量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间的一对斜弹簧在初始状态的无量纲压缩量，δ₁表示中间的一对斜弹簧在初始状态的压缩量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间变量，表示中间变量，表示下侧的一对斜弹簧在初始状态的无量纲压缩量，δ₂表示下侧的一对斜弹簧在初始状态的压缩量，dp₅表示中间变量p₅对无量纲位移的微分，dp₈表示中间变量p₈对无量纲位移的微分。

所述中间变量p₅对无量纲位移的微分dp₅的表达式为：