[发明专利]一种新型仿昆虫低频隔振结构

说明书

本发明属于机械振动控制领域。目的是提供一种仿昆虫低频隔振结构。该结构不仅能够调节隔振器的承载能力和刚度，而且通过非线性刚度和阻尼实现宽带及低频隔振。技术方案是：仿昆虫低频隔振结构，其特征在于：所述低频隔振结构包括通过竖直方向导向结构实现竖直方向相对运动的上底板与下底板、安装在上底板与下底板之间施加恢复力的串联菱形结构以及串接在串联菱形结构上从而对上底板与下底板增加非线性惯性力和非线性阻尼力的水平方向导向结构。

技术领域

本发明属于机械振动控制领域，尤其是涉及一种新型仿昆虫低频隔振结构。

背景技术

航天航空、机械工程及船舶舰艇等“上天”“入地”“下海”领域高、精、尖装备与装置在复杂动力学环境下的响应存在频带宽、随机性强及不易控制等瓶颈问题，因此，关于具有宽频带隔振能力的低频隔振结构的研制一直是该领域的研究热点。

传统的隔振器并不能兼顾隔振带宽和静支撑能力，限制了其在以上领域的应用。近年来，具有宽带响应和高鲁棒性的非线性隔振器件得到了广泛的研究与应用。仿生隔振结构是一种从动物在高速行走下的缓冲能力进行学习，发展而来的一门新兴研究方向。目前主要集中在动物的外骨骼结构的仿生隔振研究。

蟑螂能快速地改变身体形态，适应外部环境。蟑螂使用坚硬的、有关节的外骨骼快速奔跑，速度接近1.5ms^-1。外骨骼的强度使蟑螂能够承受300倍于体重的力量，可穿越最小的裂缝和接近900倍于体重的伤害，因而蟑螂的身体结构具有较强的吸能作用，可用于隔振领域。本发明另辟蹊径，受蟑螂的快速移动及超强受压能力启发，发明一种新型的仿昆虫低频隔振结构，既能适应复杂动力学环境，又能根据几何构型变化维持高性能隔振特性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术的不足，提供一种仿昆虫低频隔振结构。该结构不仅能够调节隔振器的承载能力和刚度，而且通过非线性刚度和阻尼实现宽带及低频隔振。

本发明提供的技术方案是：

仿昆虫低频隔振结构，其特征在于：所述低频隔振结构包括通过竖直方向导向结构实现竖直方向相对运动的上底板与下底板、安装在上底板与下底板之间施加恢复力的串联菱形结构以及串接在串联菱形结构上从而对上底板与下底板增加非线性惯性力和非线性阻尼力的水平方向导向结构。

所述竖直方向导向结构包括并联且分别通过轴承可竖直运动地定位在上底板与下底板之间的四根竖直导杆；当隔振结构振动时，可减小其水平方向上的晃动。

所述串联菱形结构包括一个大菱形和与之串接的两个小菱形；其中大菱形的边长为l且上下对角分别通过铰链连接到上下底板上，两个小菱形分别连接在大菱形下侧的两个边上且每条边的边长为l/4；

每个小菱形的其中一条边就是所连接的大菱形的一个边的一部分；还有一条边的长度为1/2，其一端铰接在大菱形的一个边的中点上且自身的中点是与相邻边连接的铰接点。

所述大菱形和两个小菱形的对角线上分别水平安装着弹簧；所述长度为1/2 的边的另一端与所述铰链之间也水平安装着弹簧。

所述水平方向导向结构包括横向穿插固定在下铰链上的水平导杆、分别与所述水平导杆滑动配合且与所述长度为1/2的边的另一端铰接的滑块。工作时，大菱形变形带动小菱形变形，从而使滑块在水平方向沿导轨滑动。滑块作为惯性元件，将竖直方向的振动通过水平方向的惯性滑块耗散，同时可调节滑块的重量达到更好的隔振效果。

所述滑块上制作有螺纹孔，可增加负重以改变非线性惯性力和非线性阻尼力。

所述大菱形、小菱形均由不同长度的杆件铰接形成。

本发明的有益效果是：

1、该仿生结构通过改变结构参数来调节非线性刚度，以达到更好的隔振效果。载荷能力和工作范围也可以根据杆件的长度、初始角度、弹簧刚度、滑块重量来设计。