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一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510564552.X

申請日:

2015.09.07

公開號:

CN105156577A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16F 13/00申請日:20150907|||公開
IPC分類號: F16F13/00 主分類號: F16F13/00
申請人: 西安交通大學
發明人: 董光旭; 張希農; 謝石林; 羅亞軍; 張亞紅
地址: 710049陜西省西安市咸寧路28號
優先權:
專利代理機構: 西安智大知識產權代理事務所61215 代理人: 何會俠
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510564552.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.03.29|||2016.01.13|||2015.12.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,包括中心軸,沿中心軸的軸向依次設置三個凸臺,中心軸與上、下緊固蓋由一對相互對壓的彈簧相連,通過在中心軸的中間和底部的兩個凸臺間設置有一對對壓的彈簧來約束中間的環形永磁體并使其沿軸向運動,并在上端蓋的頂部安裝滑動軸承,約束中心軸使其沿軸向運動,傾斜的環形永磁體緊固在上、下端蓋上;被固定在上、下端蓋上的傾斜磁體和環形永磁體構成磁性彈簧,為隔振器提供負剛度;由于被隔振物體的一部分振動能量轉移到環形永磁體上,其振動得以衰減;同時;由正、負剛度彈性恢復力之間存在相位差,使得隔振器具有超阻尼特性,抑制共振區域的振動;本發明具有承載能力強,結構簡單,使用方便,成本低,應用范圍廣的特點。

權利要求書

權利要求書
1.  一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:包括從上至下依次帶有第一凸臺(20)、第二凸臺(9)和第三凸臺(13)的中心軸(1),所述中心軸(1)穿過通過第三緊固螺栓(7)緊固鎖緊的上端蓋(6)和下端蓋(15)中部,其中,第一凸臺(20)位于上端蓋(6)外部,第二凸臺(9)和第三凸臺(13)位于上端蓋(6)和下端蓋(15)內的空腔內;所述中心軸(1)外壁與上端蓋(6)間設置滑動軸承(3),滑動軸承(3)沿軸向通過第一緊固螺栓(2)與上端蓋(6)緊固相連;所述上端蓋(6)和下端蓋(15)均為錐形面,上端蓋(6)錐形面上設置多個位置對稱的腔體,每個腔體內通過第二緊固螺栓(4)緊固連接有第一傾斜環形永磁體(5),下端蓋(15)錐形面上設置多個與上端蓋(6)錐形面上腔體位置對稱的腔體,每個腔體內通過第四緊固螺栓(16)緊固連接有第二傾斜環形永磁體(17);所述下端蓋(15)通過第五緊固螺栓(18)和底座(19)緊固相連;所述中心軸(1)的第二凸臺(9)和第三凸臺(13)間設置有能夠沿中心軸(1)軸向運動的第三環形永磁體(11),所述第三環形永磁體(11)與中心軸(1)的第二凸臺(9)和第三凸臺(13)間分別設置第三彈簧(10)和第四彈簧(12);通過第三彈簧(10)和第四彈簧(12)的相互對壓來約束第三環形永磁體(11)使其沿中心軸(1)軸向運動;當結構需要承受軸向的彈性支撐力時,中心軸(1)的第二凸臺(9)和上端蓋(6)間設置有第一彈簧(8),中心軸(1)的第三凸臺(13)和下端蓋(15)間設置有第二彈簧(14);通過第一彈簧(8)和第二彈簧(14)的相互對壓為超阻 尼隔振器沿軸向提供一定的承載能力。

2.  根據權利要求1所述采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:所述第一彈簧(8)和第二彈簧(14)的剛度系數相同。

3.  根據權利要求1或4所述采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:所述第三彈簧(10)和第四彈簧(12)的剛度系數相同。

4.  根據權利要求1所述采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:除第一彈簧(8)、第二彈簧(14)第三彈簧(10)和第四彈簧(12)以外,所述超阻尼隔振器的其余零部件均采用非導磁的金屬材料。

5.  根據權利要求1所述采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:所述上端蓋(6)和下端蓋(15)的錐形面相對水平方向的傾斜角度即第一傾斜環形永磁體(5)和第二傾斜環形永磁體(17)相對水平方向的傾斜角度為30°。

6.  根據權利要求1所述采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,其特征在于:所述中心軸(1)上位于第一凸臺(20)上方設置有便于與被控結構相連的螺紋段,所述底座(19)的底部設置有便于與振源相連的螺紋段。

說明書

說明書一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器
技術領域
本發明涉及一種隔振器,具體涉及一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器。
背景技術
當機械結構受到外部擾動作用時,系統將會產生受迫振動。其中,對于實際工程中有害振動的抑制問題,人們給予了大量研究;在航天航空工程、儀表儀器以及精密工程等領域,機械振動往往會造成結構的破壞失效,儀表器件測量精度的下降,結構使用壽命的縮短等不利情況。例如,航天器發射時,外界沖擊載荷造成的發射精度的降低;車輛行駛時,不平路面引起的舒適度下降;外界擾動引起的儀表儀器測量精度的降低等。
被動式隔振技術由于其具有結構簡單,低成本,易實現,高穩定性等特征被廣泛的應用于結構的抑振、減振控制當中;然而,傳統的線性隔振系統往往只對中-高頻頻帶范圍的有害振動具有隔振效果,對于低頻范圍的振動往往難以有效隔離;因此,近些年,通過在傳統線性隔振器的基礎上引入負剛度機構設計出具有高靜態剛度-低動態剛度隔振器得到了廣泛的研究,從而能夠在線性隔振系統的基礎上進 一步拓寬隔振頻帶,實現對低頻振動的有效抑制;同時,由于永磁體性能的進一步提高,采用磁結構設計出滿足功能需求的該類隔振器顯得相對容易,但該類隔振系統對于共振區域的振動抑制效果相對較差;在滿足實際使用需求的條件下,設計出結構緊湊,實現低頻隔振,并且能夠抑制共振區域振動的隔振器就顯得尤為困難。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的問題,本發明的目的在于提供一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,本發明裝置在其工作位置附近具有承載能力強和超阻尼特性,能夠實現超低頻隔振并且能夠有效地抑制共振區域的振動,使得隔振系統避免出現共振現象;同時,該隔振系統具有結構簡便、使用方便、成本低、應用范圍廣的特點。
本發明解決現存技術問題所采用的技術方案是:
一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,包括從上至下依次帶有第一凸臺20、第二凸臺9和第三凸臺13的中心軸1,所述中心軸1穿過通過第三緊固螺栓7緊固鎖緊的上端蓋6和下端蓋15中部,其中,第一凸臺20位于上端蓋6外部,第二凸臺9和第三凸臺13位于上端蓋6和下端蓋15內的空腔內;所述中心軸1外壁與上端蓋6間設置滑動軸承3,滑動軸承3沿軸向通過第一緊固螺栓2與上端蓋6緊固相連;所述上端蓋6和下端蓋15均為錐形面,上端蓋6錐形面上設置多個位置對稱的腔體,每個腔體內通過第二緊固螺栓4 緊固連接有第一傾斜環形永磁體5,下端蓋15錐形面上設置多個與上端蓋6錐形面上腔體位置對稱的腔體,每個腔體內通過第四緊固螺栓16緊固連接有第二傾斜環形永磁體17;所述下端蓋15通過第五緊固螺栓18和底座19緊固相連;所述中心軸1的第二凸臺9和第三凸臺13間設置有能夠沿中心軸1軸向運動的第三環形永磁體11,所述第三環形永磁體11與中心軸1的第二凸臺9和第三凸臺13間分別設置第三彈簧10和第四彈簧12;通過第三彈簧10和第四彈簧12的相互對壓來約束第三環形永磁體11使其沿中心軸1軸向運動;當結構需要承受軸向的彈性支撐力時,中心軸1的第二凸臺9和上端蓋6間設置有第一彈簧8,中心軸1的第三凸臺13和下端蓋15間設置有第二彈簧14;通過第一彈簧8和第二彈簧14的相互對壓為超阻尼隔振器沿軸向提供一定的承載能力。
所述第一彈簧8和第二彈簧14的剛度系數相同。
所述第三彈簧10和第四彈簧12的剛度系數相同。
除第一彈簧8、第二彈簧14第三彈簧10和第四彈簧12以外,所述超阻尼隔振器的其余零部件均采用非導磁的金屬材料。
所述上端蓋6和下端蓋15的錐形面相對水平方向的傾斜角度即第一傾斜環形永磁體5和第二傾斜環形永磁體17相對水平方向的傾斜角度為300。
所述中心軸1上位于第一凸臺20上方設置有便于與被控結構相 連的螺紋段,所述底座19的底部設置有便于與振源相連的螺紋段。
本發明和現有技術相比,具有如下優點:
1、當沿著軸向加載時,在上端蓋6與中心軸1的第二凸臺9之間以及下端蓋15與中心軸1的第三凸臺13之間分別設置第一彈簧8和第二彈簧14;采用相互對壓的第一彈簧8和第二彈簧14能夠提高結構沿軸向的承載能力;同時,其具有占用空間小、簡單便捷,便于調節更換。
2、被固定在上端蓋6、下端蓋15上的第一傾斜環形永磁體5、第二傾斜環形永磁體17與沿軸向相對運動的第三環形永磁體11構成磁性彈簧,并且磁性彈簧為系統沿軸向提供負剛度,進而實現低頻隔振,拓寬了隔振頻帶;由于磁性彈簧作用在第三環形永磁體11上的磁性恢復力與由第一、二、三、四彈簧8、14、10、12所提供的彈性恢復力之間存在相位差,使得隔振器具有超阻尼特性,從而可以抑制共振區域的振動響應。
3、由于第一傾斜環形永磁體5、第二傾斜環形永磁體17采用傾斜的安裝方式,其進一步縮減了隔振器的徑向尺寸,使得隔振系統簡單、緊湊,便于在多種場合下使用。
4、本發明為使隔振系統具有超阻尼特性,在中心軸1的第二凸臺9和第三凸臺13之間分別設置第三彈簧10和第四彈簧12來約束第三環形永磁體11,使得第三環形永磁體11能夠相對中心軸1產生 沿軸向的微小相對運動。
5、除第一彈簧8、第二彈簧14第三彈簧10和第四彈簧12以外,本發明其余零部件均采用非導磁的金屬材料,當第三環形永磁體11沿著運動時,將會引起隔振器內部磁場的變化,在非導磁金屬零部件中形成渦電流,可進一步提高隔振器的阻尼特性。
6、由于被隔振物體的一部分振動能量轉移到沿軸向運動的環形永磁體上,被隔振物體的振動得以衰減。
7、本發明具有結構簡單,使用方便,成本低,應用廣泛的特點。
附圖說明
圖1為本發明隔振器裝配體半剖視圖。
圖2為中心軸零件圖。
圖3a為上、下端蓋俯視圖,圖3b為上、下端蓋等軸測視圖。
圖4a安裝底座主視圖,圖4b安裝底座等軸測視圖。
圖5為隔振系統的傳遞比-頻率曲線。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理進一步做詳細說明。
如圖1、圖2、圖3和圖4所示,本發明為一種采用傾斜磁體產生負剛度的超阻尼隔振器,包括帶有第一凸臺20、第二凸臺9、第三凸臺13的中心軸1,在所述的第一凸臺20的上軸段設置螺紋段;在所述的第一凸臺20和第二凸臺9之間沿軸向設置滑動軸承3;所述 滑動軸承3通過第一緊固螺栓2與上端蓋6的上端面緊固相連;在所述的上端蓋6的錐形面上設置四個腔體;將第一傾斜環形永磁體5安裝在所述的上端蓋6錐形面上的腔體內;所述的上端蓋6與第一傾斜環形永磁體5通過第二緊固螺栓4緊固相連;所述的上端蓋6與下端蓋15通過第三緊固螺栓7緊固相連;在所述的下端蓋15的錐形面上同樣設置四個腔體,并將第二傾斜環形永磁體17安裝固定在所述下端蓋15錐形面上的腔體內;通過采用第四緊固螺栓16將第二傾斜環形永磁體17與下端蓋15鎖緊相連;在所述下端蓋15的底部采用第五緊固螺栓18將安裝底座19與下端蓋15緊固相連;所述安裝底座19中間軸端設置一個具有通孔22的凸臺21,并在所述凸臺21的下面軸段設置螺紋;在所述中心軸1的第二凸臺9和第三凸臺13之間設置一個可沿軸向運動的第三環形永磁體11;在所述的第三環形永磁體11與中心軸1的第二凸臺9、第三凸臺13之間分別設置第三彈簧10和第四彈簧12。當結構需要承受軸向的彈性支撐力時,在所述的上端蓋6與中心軸1的第二凸臺9之間以及下端蓋15與中心軸1的第三凸臺13之間分別設置第一彈簧8和第二彈簧14。
優選的,所述的第一傾斜環形永磁體5和第二傾斜環形永磁體17均對稱安裝在上端蓋6和下端蓋15錐形面上的腔體內,錐形面相對水平方向的傾斜角度為30°。
優選的,所述的第一傾斜環形永磁體5和第二傾斜環形永磁體17相對水平方向的傾斜角度均為30°。
優選的,所述的第一彈簧8和第二彈簧14具有相同的剛度系數。
優選的,所述第三彈簧10和第四彈簧12具有相同的剛度系數。
優選的,除第一彈簧8、第二彈簧14、第三彈簧10和第四彈簧12以外,隔振器的其余零部件均采用非導磁的金屬材料。
本發明的工作原理是:使用時,將中心軸1的上螺紋段與被控結構相連,底座19與振源相連;當中心軸1、第三環形永磁體11與上端蓋6和下端蓋15之間發生相對運動時,被固定在上端蓋6和下端蓋15上的第一傾斜環形永磁體5和第二傾斜環形永磁體17將會分別吸引第三環形永磁體11,并沿軸向為系統提供負剛度;被緊固的第一傾斜環形永磁體5和第二傾斜環形永磁體17與沿軸向運動的第三環形永磁體11構成磁性彈簧,被隔振物體的一部分振動能量被轉移到第三環形永磁體11上,降低被隔振物體所帶有的振動能量,進而能夠抑制被隔振物體的振動;作用在第三環形永磁體11上沿軸向的磁性恢復力與由第一彈簧8、第二彈簧14、第三彈簧10和第四彈簧12所提供的軸向彈性恢復力之間存在相位差,使得隔振器具有超阻尼特性,能夠抑制共振區域的振動,避免隔振器出現共振;當本發明處于工作時,裝置內部的磁場變化將會在非導磁金屬零部件內產生渦電流,進而產生與運動方向相反的阻尼力,進一步提高了隔振器的阻尼特性;超阻尼隔振器的隔振特性如圖5所示,與其對應的線性隔振系統相比,超阻尼隔振器拓寬了隔振頻帶并能夠有效地抑制共振區域的振動,同時保證了高頻振動的衰減率。

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一種 采用 傾斜 磁體 產生 剛度 阻尼 隔振器
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