[发明专利]可精确调控负刚度的隔振装置及设计方法

权利要求书

1.一种可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，包括隔振器和负刚度调控机构；

所述隔振器，用于承载待隔振设备并对所述待隔振设备进行减振；

所述负刚度调控机构用于精确调控隔振器的负刚度，包括滚道、滚动件、第一直线限位机构、水平弹簧以及垂直升降平台；

所述滚道固定在所述隔振器的侧面；所述水平弹簧通过所述第一直线限位机构连接所述滚动件；所述滚动件的外壁面在所述水平弹簧预压缩力作用下紧密贴合所述滚道；

所述滚动件通过所述第一直线限位机构固定在所述垂直升降平台上，在所述垂直升降平台的作用下，所述滚动件在滚道上的初始位置能够被精确调节。

2.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，还包括预紧螺母；

所述预紧螺母固定在所述垂直升降平台上，所述预紧螺母通过所述水平弹簧连接所述第一直线限位机构，用于使所述水平弹簧产生需求的预压缩力。

3.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述第一直线限位机构采用直线导轨滑块机构，所述直线导轨滑块机构包括直线导轨和滑块机构；

所述滑块机构固定在所述垂直升降平台；所述直线导轨设置在所述滑块机构中，能够沿所述滑块机构按直线滑动。

4.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述隔振器包括隔振平台、支撑弹簧以及第二直线限位机构；

所述隔振平台，用于承载待隔振设备；所述隔振平台一方面通过多根支撑弹簧连接一基座，另一方面通过所述第二直线限位机构连接所述基座；

所述第二直线限位机构，用于确保支撑弹簧不会发生弯曲变形。

5.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述滚动件采用轴承；

所述水平弹簧通过所述直线导轨滑块机构连接所述轴承的内圈；所述轴承的外圈紧密贴合所述滚道。

6.根据权利要求4所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述第二直线限位机构采用直线轴承或直线导轨滑块机构。

7.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述负刚度调控机构的数量可为多个；

多个所述负刚度调控机构的滚道固定在所述隔振器中隔振平台的多个侧面上；

每一所述负刚度调控机构中滚动件的外壁面紧密贴合对应的所述滚道。

8.根据权利要求1所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述滚道的轮廓曲线与需定制的非线性力间存在如下关系：

其中，x为振动平台振动位移；F_h(x)为需定制的非线性力；K_h为水平弹簧刚度；x₀为水平弹簧的预压缩量。

9.根据权利要求4所述的可精确调控负刚度的隔振装置，其特征在于，所述第二直线限位机构位于多个所述支撑弹簧围成的中心区域或位于所述隔振器侧面。

10.一种可精确调控负刚度的隔振装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤S1：根据隔振对象的振动方程，以隔振性能最优为目标，优化设计隔振平台在振动方向上所受合力F_all(x)的最优形式；

步骤S2：由F_all(x)形式可确定需要定制的非线性力F_h(x)表达式；

步骤S3：选择水平弹簧刚度K_h，水平弹簧的预压缩量x₀以及竖直总弹簧刚度K_v；

步骤S4：根据所述非线性力F_h(x)和所述水平弹簧刚度K_h，水平弹簧的预压缩量x₀以及竖直总弹簧刚度K_v确定滚动轴承中心轨迹S(x)；

步骤S5：根据轴承中心点轨迹S(x)与滚道轮廓曲线之间的关系确定滚道轮廓曲线并按所述滚道轮廓曲线加工滚道。