一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构

摘要

本发明属于机械振动控制领域。目的是提供一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构，该结构可实现准零刚度特性，实现低频隔振。技术方案是：一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构，其特征在于：包括用于连接外部机械设备的下底板、间隔距离设置在下底板上方以承受振动的上底板、固定在下底板上的磁悬浮机构以及可活动地连接在上底板与下底板之间的六边形机构。

说明书

技术领域

本发明属于机械振动控制领域，具体是一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构。

背景技术

振动问题是航天航空等国防军工领域的“卡脖子”问题，随着空间任务功能化提升，航天器趋于结构大型化与轻量化，导致振动响应低频化、模态密集化等问题日益严重，所引起的大幅低频振动导致设备器件服务可靠性差、故障易发生，严重影响空间结构的指向精度、降低工作品质、缩短服役寿命。因此，关于具备良好隔振性能的低频宽频隔振结构一直是该领域的研究重点。

传统线性隔振系统可有效隔绝中高频振动，但需要降低刚度，来满足隔振带宽的需要，这也导致了隔振系统静支撑能力不足，位移响应增大等问题。近年来，通过引入负刚度机构的方式来获得低频隔振性能的非线性隔振器成为众多学者的研究热点。非线性隔振器可使用非线性刚度或非线性阻尼来改善隔振性能，以克服传统线性隔振器不能同时兼顾低频宽频隔振与承载能力的缺陷。其中，非线性刚度可以降低动态刚度以拓宽隔离带，来实现低频隔振。基于此，可设计一种结构，通过非线性刚度的调控，从而提升隔振带宽和性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中描述的不足，提供一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构，该结构可实现准零刚度特性，实现低频隔振。

本发明提供的技术方案是：

一种六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构，其特征在于：包括用于连接外部机械设备的下底板、间隔距离设置在下底板上方以承受振动的上底板、固定在下底板上的磁悬浮机构以及可活动地连接在上底板与下底板之间的六边形机构。

所述磁悬浮机构包括固定在下底板上的下固定座、固定在下固定座上的第一磁体组件以及固定在下底板上且分别对称设置在第一磁体组件左右两侧的两组第二磁体组件；

所述六边形机构包括固定在上底板底面的上固定座、铰接在上固定座与下固定座之间的两组连杆组件以及两端分别连接两组连杆组件的弹簧；两组连杆组件结构相同且左右对称设置；每组连杆组件中均设置有第三磁体组件，并且每组第三磁体组件均位于第一磁体组件和同侧的第二磁体组件之间。

所述第一磁体组件包括固定在下固定座左右两侧的两个第一磁体；两个第一磁体分别与同侧的第二磁体组件间隔距离对应设置。

所述第二磁体组件包括固定在下底板上的侧固定座、固定在侧固定座上的线圈壳、安装在线圈壳内并与侧固定座固定连接的第二磁体以及绕设在线圈壳外周的闭合线圈。

两组连杆组件组合后形成类似六边形结构；每组连杆组件均包括依次铰接的第一连杆、第三磁体组件和第二连杆；所述第一连杆的另一端铰接在上固定座上；所述第二连杆的另一端铰接在下固定座上。

所述第一连杆和第二连杆长度相等。

所述第三磁体组件包括两端分别与第一连杆和第二连杆相铰接的磁体外壳、固定安装在磁体外壳中的第三磁体以及与磁体外壳固定连接并盖合第三磁体的外壳盖。

所述弹簧两端分别与两组连杆组件中的两个磁体外壳上部固定连接。

每组连杆组件中，所述第一连杆和第二连杆均设置有两个且前后对称设置；所述弹簧设置为两组且前后对称设置。

所述第三磁体与第一磁体对应的磁极相同；所述第三磁体与第二磁体对应的磁极相同，使得第三磁体在第一磁体和第二磁体的斥力作用下保持磁悬浮状态。

所述第一磁体和第二磁体的中心线同轴设置。

本发明的有益效果是：

1、本发明中在初始状态时，第三磁体在两侧第一磁体和第二磁体的斥力作用下保持平衡并处于磁悬浮状态；当上底板受到振动后，通过连杆组件带动第三磁体的位置发生移动，使闭合线圈与第三磁体之间产生相对运动，引起闭合线圈中通过的磁通量变化，进而在闭合线圈中产生感应电流，该感应电流使线圈受到与运动方向相反的安培力，以阻碍第三磁体与闭合线圈的相对运动，从而对第三磁体的位置变化进行阻尼，抑制振动，实现隔振。

2、本发明中引入了磁悬浮特性，并基于磁力的非线性特性，通过几何非线性调控悬浮磁铁在磁场中的运动规律，可实现非线性刚度的调控，从而提升隔振带宽和性能。

3、该结构利用磁体间的非线性正刚度来补偿负刚度，从而实现准零刚度隔振。

4、本发明的每组连杆组件中，第一连杆和第二连杆均设置有两个且前后对称设置，并且弹簧也设置有两组且前后对称设置，可大大提高整体结构的稳定性和振动承载能力。

5、本发明结构简单紧凑，安全可靠，适合推广应用。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的前视结构示意图。

图3是磁悬浮机构的立体结构示意图。

图4是第二磁体组件的爆炸结构示意图。

图5是六边形机构的立体结构示意图。

图6是六边形机构的前视结构示意图。

图7是第三磁体组件的爆炸结构示意图。

图8是本发明在振动过程中的状态结构示意图之一(振动过程中第三磁体向上运动)。

图9是本发明在振动过程中的状态结构示意图之二(振动过程中第三磁体处于初始平衡位置)。

图10是本发明在振动过程中的状态结构示意图之三(振动过程中第三磁体向下运动)。

附图标记：

1、下底板；

2、上底板；

3、磁悬浮机构；3-1、下固定座；3-2、第一磁体组件；3-2-1、第一磁体；3-3、第二磁体组件；3-3-1、侧固定座；3-3-2、线圈壳；3-3-3、第二磁体；3-3-4、闭合线圈；3-3-5、垫片；

4、六边形机构；4-1、上固定座；4-2、第一连杆；4-3、第三磁体组件；4-3-1、磁体外壳；4-3-2、第三磁体；4-3-3、外壳盖；4-3-4、定位销；4-4、第二连杆；4-5、弹簧。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

如图1、图2所示的六边形几何放大式磁悬浮低频隔振结构，包括下底板1、上底板2、磁悬浮机构3和六边形机构4。所述下底板用于连接外部机械设备(图中未显示)；所述上底板间隔距离设置在下底板的上方，用于承受振动。

如图3所示，所述磁悬浮机构固定在下底板上；磁悬浮机构包括下固定座3-1、第一磁体组件3-2和两组第二磁体组件3-3。所述下固定座固定在下底板上。所述第一磁体组件固定在下固定座上；具体地，第一磁体组件包括两个第一磁体3-2-1，两个第一磁体均通过螺栓固定在下固定座的左右两侧。

两组第二磁体组件均固定在下底板上，并且对称设置在第一磁体组件的左右两侧，其中两个第一磁体分别与同侧第二磁体组件间隔距离对应设置。如图4所示，第二磁体组件包括侧固定座3-3-1、线圈壳3-3-2、第二磁体3-3-3和闭合线圈3-3-4。所述侧固定座固定在下底板上；所述线圈壳固定在侧固定座上；所述第二磁体安装在线圈壳中并通过螺栓与侧固定座固定连接(螺栓与第二磁体之间填充有垫片3-3-5)；所述闭合线圈绕设在线圈壳外周。作为优选，所述第一磁体和第二磁体的中心线同轴设置。

如图5、图6所示，所述六边形机构可活动地连接在上底板与下底板之间；六边形机构包括上固定座4-1、两组连杆组件和弹簧4-5。所述上固定座固定在上底板的底面；两组连杆组件均铰接在上固定座与下固定座之间；两组连杆组件结构相同且左右对称设置，使得两组连杆组件组合后形成类似六边形结构。

具体地，每组连杆组件均包括依次铰接的第一连杆4-2、第三磁体组件4-3和第二连杆4-4；其中，每组第三磁体组件均位于第一磁体组件和同侧的第二磁体组件之间。所述第一连杆的另一端铰接在上固定座上；所述第二连杆的另一端铰接在下固定座上。本实施例中，第一连杆和第二连杆长度相等。

如图7所示，所述第三磁体组件包括磁体外壳4-3-1、第三磁体4-3-2和外壳盖4-3-3。所述磁体外壳的两端分别与第一连杆和第二连杆相铰接。所述第三磁体固定安装在磁体外壳中，其中第三磁体与第一磁体对应的磁极相同，并且第三磁体与第二磁体对应的磁极相同，以保证第三磁体分别在第一磁体和第二磁体的斥力作用下保持磁悬浮状态。所述外壳盖通过定位销4-3-4与磁体外壳固定连接，以便对第三磁体进行盖合。

所述弹簧两端分别与两组连杆组件中的两个磁体外壳上部固定连接。为了提高六边形机构的振动承载能力，每组连杆组件中，第一连杆和第二连杆均设置有两个且前后对称设置；所述弹簧也设置为两组且前后对称设置。

本发明的工作原理如下：

初始状态时，将下底板固定到机械设备上，上底板连接振动源，两个第三磁体则在对应的第一磁体和第二磁体斥力作用下保持磁悬浮状态。

当振动发生时，上底板上下移动，带动六边形机构变形，使第三磁体位置发生变化(具体是斜向上或斜向下移动，参见图8至图10)。由于闭合线圈与第三磁体之间产生相对运动，会引起闭合线圈中通过的磁通量变化，从而在闭合线圈中产生感应电流。根据楞次定律，该感应电流使线圈受到与运动方向相反的安培力，以阻碍第三磁体与闭合线圈的相对运动，从而对第三磁体的位置变化进行阻尼，抑制振动，实现隔振。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。