一種準(zhǔn)零剛度壓桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種準(zhǔn)零剛度壓桿，可應(yīng)用于各類隔振平臺(tái)，可使平臺(tái)在各自由度上 具有高靜低動(dòng)剛度特性，從而實(shí)現(xiàn)低頻隔振。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車、艦船、航天航空等高精密工程領(lǐng)域中，由于運(yùn)些精密儀器對(duì)周圍的振動(dòng)環(huán) 境都非常敏感，微小的不良振動(dòng)都會(huì)大大影響到其精密性甚至造成損傷，因而其隔振性能 常常影響其運(yùn)用性能。傳統(tǒng)的隔振系統(tǒng)無法做到權(quán)衡靜承載力和低剛度之間的矛盾，故低 頻及超低頻振動(dòng)的隔離成為研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著低頻隔振技術(shù)研究的不斷深入，研究 者提出了一系列的低頻隔振系統(tǒng)，且對(duì)于一些需要彈性支承的低頻或超低頻振動(dòng)環(huán)境，也 提出了具有隔振性能的壓桿裝置。目前，運(yùn)些隔振裝置有利用彈黃裝置，也有利用負(fù)剛度機(jī) 構(gòu)來獲得其低頻隔振的效果，但由于結(jié)構(gòu)不夠緊湊，很難應(yīng)用在狹小空間去實(shí)現(xiàn)隔振，也不 便于組合成復(fù)合性準(zhǔn)零剛度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多向準(zhǔn)零剛度的功能特性
[0003] 經(jīng)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮?00610150921.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種名稱為"非線 性壓桿彈黃裝置"的發(fā)明專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)將壓桿作為彈性元件，利用導(dǎo)向滑塊在導(dǎo)向 槽中滑動(dòng)保持壓桿受力為軸向力。該專利依據(jù)壓桿失穩(wěn)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)高靜態(tài)剛度和低動(dòng)態(tài)剛 度，從而期望獲得低頻隔振效果。該專利可能存在幾個(gè)問題：1)壓桿屈曲導(dǎo)致滑塊摩擦力增 加，損害中高頻隔振;2)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于微幅振動(dòng)達(dá)不到預(yù)期的隔振效果;3)與本專利申請(qǐng) 所依據(jù)的機(jī)理完全不同，本專利是通過半球環(huán)形凸起-萬向滾輪-黃片來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度的高 靜態(tài)剛度和低動(dòng)態(tài)剛度特性，并且對(duì)微幅振動(dòng)有較好的隔振效果。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利"承重可調(diào)準(zhǔn)零剛度隔振器及其控制方法(201210081938.1)"、"滑 動(dòng)梁和彈黃組合非線性超低頻隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?01210145254.3)"、"屈曲板型準(zhǔn)零剛度隔 振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?01310330357.1)"、"滾球型準(zhǔn)零剛度隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?01310330359. or、 "碟形橡膠準(zhǔn)零剛度隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?01310330360.3)"、"扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)零剛度隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?201410558315.8)"、"一種采用環(huán)形永磁鐵產(chǎn)生負(fù)剛度的準(zhǔn)零剛度隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?20 1410582655.4 )"、"一種采用螺旋彈黃與磁性彈黃并聯(lián)的準(zhǔn)零剛度隔振器 (201510097824. X)"，實(shí)用新型專利"具有準(zhǔn)零剛度的非線性磁力隔振器（【申請(qǐng)?zhí)枴?201120223834.〇r、"具有準(zhǔn)零剛度的單自由度垂直隔振系統(tǒng)(201320230643.6)"、"一種準(zhǔn) 零剛度隔振器(201420008107.6)"提出了若干種準(zhǔn)零剛度隔振器，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式與本 專利申請(qǐng)完全不同，在正負(fù)剛度實(shí)現(xiàn)機(jī)理上，也并未檢測(cè)到利用半球環(huán)形凸起-萬向滾輪-黃片的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)和正剛度彈黃組合實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零特性的準(zhǔn)零剛度壓桿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于正負(fù)剛度并聯(lián)的原理，本發(fā)明旨在提供一種半球環(huán)形凸起-萬向滾輪-黃片 (其中黃片W兩端固支的梁的形式起作用）復(fù)合型負(fù)剛度機(jī)構(gòu)與彈黃正剛度組成的準(zhǔn)零剛 度壓桿，該準(zhǔn)零剛度壓桿可W實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振動(dòng)的隔離，具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于組合成多種復(fù)合 性準(zhǔn)零剛度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多向準(zhǔn)零剛度的功能特性的特點(diǎn)，例如將其應(yīng)用到隔振平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)平 臺(tái)的準(zhǔn)零特性，便于解決多向低頻隔振的問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種準(zhǔn)零剛度壓桿，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿，套裝在細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿外的外套筒， 半開口式圓柱套筒，W及用于調(diào)節(jié)外套筒與半開口式圓柱套筒之間距離的內(nèi)套筒;所述細(xì) 長(zhǎng)內(nèi)桿的一端伸出所述外套筒外且另一端與一豎直彈黃相連，具有正剛度的該豎直彈黃的 一端定位于細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿的端部，且豎直彈黃另一端定位于開設(shè)在半開口式圓柱套筒上的定位 孔內(nèi)；所述細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿的外壁面上具有環(huán)狀半球環(huán)形凸起，該半球環(huán)形凸起的外表面為半球 面;所述外套筒內(nèi)壁上裝有環(huán)形套，該環(huán)形套內(nèi)壁上裝有至少=個(gè)黃片，每個(gè)黃片內(nèi)壁上均 裝有與所述半球環(huán)形凸起接觸的萬向滾輪;所述半球環(huán)形凸起、黃片和萬向滾輪之間構(gòu)成 負(fù)剛度元件。
[000引由此，本發(fā)明的半球環(huán)形凸起-萬向滾輪-黃片與豎直彈黃并聯(lián)，具有良好的高靜 低動(dòng)剛度特性，可組合成各類準(zhǔn)零剛度隔振平臺(tái)，可使平臺(tái)在各自由度上具有高靜低動(dòng)剛 度特性，從而實(shí)現(xiàn)多向低頻隔振。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還可W對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，W下為優(yōu)化后形成的技 術(shù)方案：
[0010] 所述細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿的伸出端裝有單桿型球頭桿端關(guān)節(jié)軸承，所述半開口式圓柱套筒的 外端部上裝有單桿型球頭桿端關(guān)節(jié)軸承。
[0011] 所述內(nèi)套筒具有外螺紋，所述外套筒和半開口式圓柱套筒的內(nèi)壁均開有與所述內(nèi) 套筒的外螺紋配合的內(nèi)螺紋。由此，該可調(diào)節(jié)的圓柱內(nèi)套筒是利用螺紋的旋進(jìn)與旋出來實(shí) 現(xiàn)彈黃壓縮量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)整半球環(huán)形凸起與萬向滾輪的接觸情況，且該圓筒兩端的螺 紋之間存在一道寬槽，便于螺紋的旋進(jìn)。
[0012] 所述細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿通過多個(gè)直線軸承裝在外套筒內(nèi)壁，并可相對(duì)外套筒軸向移動(dòng)。
[0013] 所述環(huán)形套有兩個(gè)，設(shè)置在所述半球環(huán)形凸起的上下兩側(cè)，所述黃片的兩端分別 固定在相應(yīng)的環(huán)形套上。由此，黃片W兩端固支的梁的形式起作用。
[0014] 所述外套筒由=段串接而成;所述環(huán)形套固定在中間的外套筒內(nèi)壁上。優(yōu)選地，圓 柱外套筒與圓柱外套筒之間的連接通過螺紋來實(shí)現(xiàn)，組裝成一個(gè)長(zhǎng)的圓柱外套筒，有利于 內(nèi)部元件的裝配。
[0015] 所述豎直彈黃為機(jī)械螺旋彈黃。
[0016] 優(yōu)選地，所述黃片為=個(gè)，=個(gè)黃片均勻設(shè)置在半球環(huán)形凸起的外側(cè)。
[0017] 所述半球環(huán)形凸起的半球面圓屯、與萬向滾輪的圓屯、位于同一水平面時(shí)的準(zhǔn)零剛 度壓桿處于靜平衡位置;所述準(zhǔn)零剛度壓桿的無量綱回復(fù)力和無量綱剛度玄0ZS分 別為：

[0020] 其中^為半球環(huán)形凸起偏離靜平衡位置的無量綱位移量，式，,,、.為零剛度條件下黃 片到細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿間的無量綱距離。
[0021] 藉由上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的準(zhǔn)零剛度壓桿包括加工有半球環(huán)形凸起的細(xì)長(zhǎng)內(nèi) 桿，并利用半球環(huán)形凸起、萬向滾輪與黃片的組合來實(shí)現(xiàn)負(fù)剛度，且萬向滾輪用螺栓固定在 黃片上，用萬向滾輪-黃片均勻分布固定在兩個(gè)環(huán)形套并安裝在一圓柱外套筒上來保證半 球環(huán)形凸起與萬向滾輪接觸的對(duì)中效果，使其不易發(fā)生偏轉(zhuǎn);具有正剛度的豎直彈黃一端 套在細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿的下端通過其軸肩來限定彈黃上端的位置，另一端卡在半開口式圓柱筒的圓 槽中；兩個(gè)一上一下安裝在圓柱外套筒上的直線軸承，確保了細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿與豎直彈黃的豎直 性，使其在豎直運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生偏移;可調(diào)節(jié)式圓柱內(nèi)套筒可通過螺紋來調(diào)節(jié)彈黃的壓縮 量進(jìn)而調(diào)節(jié)圓柱筒的位置來確保萬向滾輪圓屯、與半球環(huán)形凸起圓屯、連線垂直通過細(xì)長(zhǎng)內(nèi) 桿與豎直彈黃的軸屯、線;兩個(gè)單桿型球頭桿端關(guān)節(jié)軸承分別安裝在細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿和半開口式圓 柱套筒上，并可通過它們將該準(zhǔn)零剛度壓桿組合到其他隔振平臺(tái)上來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的多向準(zhǔn)零 剛度特性。
[0022] 優(yōu)選地，所述半球環(huán)形凸起為細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿的階梯軸上的一部分，形狀為半圓形圓環(huán)， 即便該半球環(huán)形凸起在接觸平面上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也不會(huì)影響半球環(huán)形凸起與萬向滾輪的接觸 情況。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 1)本發(fā)明準(zhǔn)零剛度壓桿通過具有正剛度的豎直彈黃和具有負(fù)剛度的半球環(huán)形凸 起-萬向滾輪-黃片機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合使其具有高靜剛度、低動(dòng)剛度的特征，并在靜平衡位置 處實(shí)現(xiàn)零剛度，且在靜平衡位置附近呈現(xiàn)微小剛度特性，可W實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻的振動(dòng)隔離；
[0025] 2)本發(fā)明準(zhǔn)零剛度壓桿結(jié)構(gòu)更加緊湊，可使用在很多空間受限的場(chǎng)合；
[0026] 3)本發(fā)明準(zhǔn)零剛度壓桿便于組合成多種復(fù)合性準(zhǔn)零剛度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多向準(zhǔn)零剛度 的功能特性。
[0027] W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的剖面示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明的受力分析圖，其中(a)為萬向滾珠與凸起接觸狀態(tài)受力圖；（b)為凸 起偏離萬向滾輪的狀態(tài)受力圖；（C)為萬向滾輪與凸起未接觸狀態(tài)受力圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明在0=1時(shí)的無量綱回復(fù)力-位移曲線；
[0031] 圖4是本發(fā)明在0=1時(shí)的無量綱剛度-位移曲線；
[0032] 圖5是本發(fā)明在準(zhǔn)零剛度條件下的無量綱剛度-位移曲線；
[0033] 圖6是圖1的局部放大圖。
[0034] 在圖中：
[0035] 1-單桿型球頭桿端關(guān)節(jié)軸承;2-細(xì)長(zhǎng)內(nèi)桿;3-直線軸承;4-5-6-外套筒;7-可調(diào)節(jié) 式圓柱內(nèi)套筒;8-豎直彈黃;9-半開口式圓柱套筒；10-環(huán)形套；11-黃片；12-萬向滾輪；13-螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例W本發(fā)明技術(shù)方案為前提條件進(jìn)行 實(shí)施，給出詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0037] 本實(shí)施例所述