一种采用倾斜磁体产生负刚度的超阻尼隔振器

摘要

一种采用倾斜磁体产生负刚度的超阻尼隔振器，包括中心轴，沿中心轴的轴向依次设置三个凸台，中心轴与上、下紧固盖由一对相互对压的弹簧相连，通过在中心轴的中间和底部的两个凸台间设置有一对对压的弹簧来约束中间的环形永磁体并使其沿轴向运动，并在上端盖的顶部安装滑动轴承，约束中心轴使其沿轴向运动，倾斜的环形永磁体紧固在上、下端盖上；被固定在上、下端盖上的倾斜磁体和环形永磁体构成磁性弹簧，为隔振器提供负刚度；由于被隔振物体的一部分振动能量转移到环形永磁体上，其振动得以衰减；同时；由正、负刚度弹性恢复力之间存在相位差，使得隔振器具有超阻尼特性，抑制共振区域的振动；本发明具有承载能力强，结构简单，使用方便，成本低，应用范围广的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔振器，具体涉及一种采用倾斜磁体产生负刚度 的超阻尼隔振器。

背景技术

当机械结构受到外部扰动作用时，系统将会产生受迫振动。其中， 对于实际工程中有害振动的抑制问题，人们给予了大量研究；在航天 航空工程、仪表仪器以及精密工程等领域，机械振动往往会造成结构 的破坏失效，仪表器件测量精度的下降，结构使用寿命的缩短等不利 情况。例如，航天器发射时，外界冲击载荷造成的发射精度的降低； 车辆行驶时，不平路面引起的舒适度下降；外界扰动引起的仪表仪器 测量精度的降低等。

被动式隔振技术由于其具有结构简单，低成本，易实现，高稳定 性等特征被广泛的应用于结构的抑振、减振控制当中；然而，传统的 线性隔振系统往往只对中-高频频带范围的有害振动具有隔振效果， 对于低频范围的振动往往难以有效隔离；因此，近些年，通过在传统 线性隔振器的基础上引入负刚度机构设计出具有高静态刚度-低动态 刚度隔振器得到了广泛的研究，从而能够在线性隔振系统的基础上进 一步拓宽隔振频带，实现对低频振动的有效抑制；同时，由于永磁体 性能的进一步提高，采用磁结构设计出满足功能需求的该类隔振器显 得相对容易，但该类隔振系统对于共振区域的振动抑制效果相对较 差；在满足实际使用需求的条件下，设计出结构紧凑，实现低频隔振， 并且能够抑制共振区域振动的隔振器就显得尤为困难。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种 采用倾斜磁体产生负刚度的超阻尼隔振器，本发明装置在其工作位置 附近具有承载能力强和超阻尼特性，能够实现超低频隔振并且能够有 效地抑制共振区域的振动，使得隔振系统避免出现共振现象；同时， 该隔振系统具有结构简便、使用方便、成本低、应用范围广的特点。

本发明解决现存技术问题所采用的技术方案是：

一种采用倾斜磁体产生负刚度的超阻尼隔振器，包括从上至下依 次带有第一凸台20、第二凸台9和第三凸台13的中心轴1，所述中 心轴1穿过通过第三紧固螺栓7紧固锁紧的上端盖6和下端盖15中 部，其中，第一凸台20位于上端盖6外部，第二凸台9和第三凸台 13位于上端盖6和下端盖15内的空腔内；所述中心轴1外壁与上端 盖6间设置滑动轴承3，滑动轴承3沿轴向通过第一紧固螺栓2与上 端盖6紧固相连；所述上端盖6和下端盖15均为锥形面，上端盖6 锥形面上设置多个位置对称的腔体，每个腔体内通过第二紧固螺栓4 紧固连接有第一倾斜环形永磁体5，下端盖15锥形面上设置多个与 上端盖6锥形面上腔体位置对称的腔体，每个腔体内通过第四紧固螺 栓16紧固连接有第二倾斜环形永磁体17；所述下端盖15通过第五 紧固螺栓18和底座19紧固相连；所述中心轴1的第二凸台9和第三 凸台13间设置有能够沿中心轴1轴向运动的第三环形永磁体11，所 述第三环形永磁体11与中心轴1的第二凸台9和第三凸台13间分别 设置第三弹簧10和第四弹簧12；通过第三弹簧10和第四弹簧12的 相互对压来约束第三环形永磁体11使其沿中心轴1轴向运动；当结 构需要承受轴向的弹性支撑力时，中心轴1的第二凸台9和上端盖6 间设置有第一弹簧8，中心轴1的第三凸台13和下端盖15间设置有 第二弹簧14；通过第一弹簧8和第二弹簧14的相互对压为超阻尼隔 振器沿轴向提供一定的承载能力。

所述第一弹簧8和第二弹簧14的刚度系数相同。

所述第三弹簧10和第四弹簧12的刚度系数相同。

除第一弹簧8、第二弹簧14第三弹簧10和第四弹簧12以外， 所述超阻尼隔振器的其余零部件均采用非导磁的金属材料。

所述上端盖6和下端盖15的锥形面相对水平方向的倾斜角度即 第一倾斜环形永磁体5和第二倾斜环形永磁体17相对水平方向的倾 斜角度为30⁰。

所述中心轴1上位于第一凸台20上方设置有便于与被控结构相 连的螺纹段，所述底座19的底部设置有便于与振源相连的螺纹段。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、当沿着轴向加载时，在上端盖6与中心轴1的第二凸台9之 间以及下端盖15与中心轴1的第三凸台13之间分别设置第一弹簧8 和第二弹簧14；采用相互对压的第一弹簧8和第二弹簧14能够提高 结构沿轴向的承载能力；同时，其具有占用空间小、简单便捷，便于 调节更换。

2、被固定在上端盖6、下端盖15上的第一倾斜环形永磁体5、 第二倾斜环形永磁体17与沿轴向相对运动的第三环形永磁体11构成 磁性弹簧，并且磁性弹簧为系统沿轴向提供负刚度，进而实现低频隔 振，拓宽了隔振频带；由于磁性弹簧作用在第三环形永磁体11上的 磁性恢复力与由第一、二、三、四弹簧8、14、10、12所提供的弹性 恢复力之间存在相位差，使得隔振器具有超阻尼特性，从而可以抑制 共振区域的振动响应。

3、由于第一倾斜环形永磁体5、第二倾斜环形永磁体17采用倾 斜的安装方式，其进一步缩减了隔振器的径向尺寸，使得隔振系统简 单、紧凑，便于在多种场合下使用。

4、本发明为使隔振系统具有超阻尼特性，在中心轴1的第二凸 台9和第三凸台13之间分别设置第三弹簧10和第四弹簧12来约束 第三环形永磁体11，使得第三环形永磁体11能够相对中心轴1产生 沿轴向的微小相对运动。

5、除第一弹簧8、第二弹簧14第三弹簧10和第四弹簧12以外, 本发明其余零部件均采用非导磁的金属材料，当第三环形永磁体11 沿着运动时，将会引起隔振器内部磁场的变化，在非导磁金属零部件 中形成涡电流，可进一步提高隔振器的阻尼特性。

6、由于被隔振物体的一部分振动能量转移到沿轴向运动的环形 永磁体上，被隔振物体的振动得以衰减。

7、本发明具有结构简单，使用方便，成本低，应用广泛的特点。

附图说明

图1为本发明隔振器装配体半剖视图。

图2为中心轴零件图。

图3a为上、下端盖俯视图，图3b为上、下端盖等轴测视图。

图4a安装底座主视图，图4b安装底座等轴测视图。

图5为隔振系统的传递比-频率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理进一步做详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明为一种采用倾斜磁体产 生负刚度的超阻尼隔振器，包括带有第一凸台20、第二凸台9、第三 凸台13的中心轴1，在所述的第一凸台20的上轴段设置螺纹段；在 所述的第一凸台20和第二凸台9之间沿轴向设置滑动轴承3；所述 滑动轴承3通过第一紧固螺栓2与上端盖6的上端面紧固相连；在所 述的上端盖6的锥形面上设置四个腔体；将第一倾斜环形永磁体5安 装在所述的上端盖6锥形面上的腔体内；所述的上端盖6与第一倾斜 环形永磁体5通过第二紧固螺栓4紧固相连；所述的上端盖6与下端 盖15通过第三紧固螺栓7紧固相连；在所述的下端盖15的锥形面上 同样设置四个腔体，并将第二倾斜环形永磁体17安装固定在所述下 端盖15锥形面上的腔体内；通过采用第四紧固螺栓16将第二倾斜 环形永磁体17与下端盖15锁紧相连；在所述下端盖15的底部采用 第五紧固螺栓18将安装底座19与下端盖15紧固相连；所述安装底 座19中间轴端设置一个具有通孔22的凸台21，并在所述凸台21的 下面轴段设置螺纹；在所述中心轴1的第二凸台9和第三凸台13之 间设置一个可沿轴向运动的第三环形永磁体11；在所述的第三环形 永磁体11与中心轴1的第二凸台9、第三凸台13之间分别设置第三 弹簧10和第四弹簧12。当结构需要承受轴向的弹性支撑力时，在所 述的上端盖6与中心轴1的第二凸台9之间以及下端盖15与中心轴 1的第三凸台13之间分别设置第一弹簧8和第二弹簧14。

优选的，所述的第一倾斜环形永磁体5和第二倾斜环形永磁体 17均对称安装在上端盖6和下端盖15锥形面上的腔体内，锥形面相 对水平方向的倾斜角度为30°。

优选的，所述的第一倾斜环形永磁体5和第二倾斜环形永磁体 17相对水平方向的倾斜角度均为30°。

优选的，所述的第一弹簧8和第二弹簧14具有相同的刚度系数。

优选的，所述第三弹簧10和第四弹簧12具有相同的刚度系数。

优选的，除第一弹簧8、第二弹簧14、第三弹簧10和第四弹簧 12以外，隔振器的其余零部件均采用非导磁的金属材料。

本发明的工作原理是：使用时，将中心轴1的上螺纹段与被控结 构相连，底座19与振源相连；当中心轴1、第三环形永磁体11与上 端盖6和下端盖15之间发生相对运动时，被固定在上端盖6和下端 盖15上的第一倾斜环形永磁体5和第二倾斜环形永磁体17将会分别 吸引第三环形永磁体11，并沿轴向为系统提供负刚度；被紧固的第 一倾斜环形永磁体5和第二倾斜环形永磁体17与沿轴向运动的第三 环形永磁体11构成磁性弹簧，被隔振物体的一部分振动能量被转移 到第三环形永磁体11上，降低被隔振物体所带有的振动能量，进而 能够抑制被隔振物体的振动；作用在第三环形永磁体11上沿轴向的 磁性恢复力与由第一弹簧8、第二弹簧14、第三弹簧10和第四弹簧 12所提供的轴向弹性恢复力之间存在相位差，使得隔振器具有超阻 尼特性，能够抑制共振区域的振动，避免隔振器出现共振；当本发明 处于工作时，装置内部的磁场变化将会在非导磁金属零部件内产生涡 电流，进而产生与运动方向相反的阻尼力，进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图5所示，与其对应的线性隔振 系统相比，超阻尼隔振器拓宽了隔振频带并能够有效地抑制共振区域 的振动，同时保证了高频振动的衰减率。