一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置

1.本发明涉及隔振技术领域，具体涉及一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，现代工业体系已步入精密、超精密时代，各类仪器和精密设备对振动控制提出了更高的要求。传统隔振器由于其自身固有属性，对于低频尤其是超低频振动的隔振效果并不理想。根据线性振动理论，当外界激励频率大于隔振系统固有频率的根号二倍时，线性系统才会起到隔振作用，因此线性系统需降低自身的固有频率才能隔离低频或超低频振动。此外，以往的低频被动隔振器大多因为体积较大或者精度差，对低频或超低频小激励位移的振动隔离效果并不明显。而现有多数高精密仪器都具备小体积且振动幅值小的特点，因此采取的隔振系统所占空间越小越好，结构越简单越适用。
3.此外，在传统隔振器基础上，引入负刚度机构，构成准零刚度隔振器，使其具有高静承载力和低动态刚度的特性，不仅能承受设备的自重而不产生较大变形，而且在静平衡位置附近的动刚度趋近于零，是一种比较理想的被动隔振器。然而，现有的负刚度机构往往是斜螺旋弹簧、斜连杆或屈曲梁，占用空间较大且准零刚度区域有限，在准零刚度区域之外会产生很大的正刚度使隔振效果不佳，限制了对低频和超低频的隔振效果。
4.因此，针对现有准零刚度隔振器结构复杂，所占空间大以及准零刚度区域有限的问题，迫切需要研发一种可以扩大准零刚度区域、及构造简单、制造成本低且系统稳定性高的适用于超低频振动的准零刚度隔振装置。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置，包括：包括上连接板和下连接板，所述上连接板和所述下连接板之间通过保护筒连接；
6.所述下连接板顶部设置有固定装置架；
7.所述固定装置架通过弹性件与上连接板连接；
8.所述保护筒内侧设置有斜面装置，所述斜面装置与导向机构连接。
9.优选的，所述弹性件包括竖向螺旋弹簧，所述竖向螺旋弹簧连接固定装置架与上连接板。
10.更优的，所述弹性件还包括水平螺旋弹簧，所述水平螺旋弹簧连接至所述导向机构。
11.优选的，所述导向机构包括滚轮和水平螺旋弹簧安装架，滚轮转动连接于水平螺旋弹簧安装架的末端，水平螺旋弹簧安装架通过水平螺旋弹簧连接至固定装置架。
12.优选的，所述斜面装置包括相互连接的斜面，所述斜面表面设置有斜面轨道。
13.优选的，所述斜面的上，下斜率相等，所述斜面轨道与滚轮滑动连接。
14.优选的，所述斜面与下连接板预留一定高度。
15.优选的，所述保护筒由上保护筒和下保护筒组成，其中，上保护筒与上连接板连
接，下保护筒与下连接板连接。
16.本发明的提供的一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置，其相比于现有的技术，还具有如下优点：
17.1.在隔振器竖向上、下运动时，斜面会产生恒定负刚度，与竖向螺旋弹簧的正刚度相抵消，从而产生精准零刚度，且扩大了准零刚度区域，可以取得优异的低频、超低频激励隔振效果。
18.2.构造形式简单，占用空间小，高度低，便于设计和加工。
附图说明
19.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
20.图1是本发明装置的剖面正视图；
21.图2是本发明装置的剖面俯视图。
22.上连接板-1；竖向螺旋弹簧-2；固定装置架-3；螺栓孔-4；滚轮-5；水平螺旋弹簧安装架-6；水平螺旋弹簧-7；斜面-8；斜面轨道-9；下连接板-10；保护筒-11。
具体实施方式
23.以下结合具体实施例对一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
24.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
26.一种适用于超低频的精准零刚度隔振装置，包括：上连接板1和下连接板10，所述上连接板1和所述下连接板10之间通过保护筒11连接；
27.所述下连接板10顶部设置有固定装置架3，
28.所述固定装置3架通过弹性件与上连接板1连接，
29.所述保护筒11内侧设置有斜面装置，所述斜面装置与导向机构连接。
30.优选的，所述弹性件包括竖向螺旋弹簧2，所述竖向螺旋弹簧2连接固定装置架3与上连接板1。
31.更优的，所述弹性件还包括水平螺旋弹簧7，所述水平螺旋弹簧7连接至所述导向机构。
32.优选的，所述导向机构包括滚轮5和水平螺旋弹簧安装架6，滚轮5转动连接于水平螺旋弹簧安装架6的末端，水平螺旋弹簧安装架6通过水平螺旋弹簧7连接至固定装置架3。
33.优选的，所述斜面装置包括相互连接的斜面8，所述斜面8表面设置有斜面轨道9。
34.优选的，所述斜面8的上，下斜率相等，所述斜面轨道9与滚轮5滑动连接。
35.优选的，所述斜面8与下连接板10预留一定高度。
36.优选的，所述保护筒11由上保护筒和下保护筒组成，其中，上保护筒与上连接板连接，下保护筒与下连接板连接。
37.当隔振装置处于初始状态时，水平螺旋弹簧7处于拉伸状态，由滚轮5和斜面轨道9固定使水平螺旋弹簧7处于拉伸状态其处于拉伸。当隔振装置受到外部荷载激励时，上连接板1带动斜面8向下运动，斜面8的上、下斜面的斜率相等，和滚轮5配合并由水平螺旋弹簧7连接滚轮5受到挤压，水平螺旋弹簧7的拉伸长度减小，在斜面8上产生负刚度，竖向螺旋弹簧2提供正刚度，实现正负刚度并联抵消，产生恒定的精准零刚度，避免了传统准零刚度装置准零刚度区域有限的不足。竖向螺旋弹簧2与水平螺旋弹簧7与滚轮5垂直设置，使其不发生弯曲变形。
38.进一步，竖向准零刚度水平螺旋弹簧的数量、尺寸可根据需求调整。
39.进一步，斜面可以根据要求，选择不同的倾斜角度，从而达到更好的准零刚度区间。
40.基于上述改进方案的基础，其水平弹簧刚度、竖向弹簧刚度、斜面的倾斜角度可根据设计需求进行设计和改进。
41.本实施例的有益效果如下：
42.1.本装置通过设置带有正刚度水平螺旋弹簧、斜面装置、负刚度弹簧和固定装置架，在隔振器竖向上、下运动时，斜面会产生恒定负刚度，与竖向螺旋弹簧的正刚度相抵消，从而产生精准零刚度，且扩大了准零刚度区域，取得了优异的低频、超低频激励隔振效果。
43.2.斜面角度可以根据要求进行设计，准零刚度区间可以根据设计尺寸、角度进行调节。
44.3.构造形式简单明确，便于设计和加工，解决了隔振效果不好和结构复杂的问题。
45.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。