一种负刚度机构及隔震装置的制作方法

本发明涉及轨道交通工程及装备减、隔振，具体是一种负刚度机构及隔震装置。

背景技术：

1、在人类的生活环境和工程实践中，振动是无处不在的。有害的振动会影响到工程的安全性和可靠性，使得精密仪器的精度降低，同时会危害人体的健康，使得人类的安全感和舒适性得不到保障。人体对4-8hz的垂向振动是非常敏感的；而车辆等运载工具在运动过程中往往容易出现1-10hz的振动；这些振动可能是周期的、随机的以及冲击的等。此时，传统的隔振器往往由于自身的固有频率无法降到足够低而难以实现期望的隔振目标，主要体现在对低频扰动隔振性能差。由此，研究和设计具有低频隔振性能的隔振器是十分有意义的。

2、根据隔振理论：线性隔振系统的参振质量越大、支承刚度越小，其系统的固有频率就越小，隔振效果就越好。而且线性隔振器只有在振动源的振动频率高倍隔振系统的固有频率的情况下才能产生隔振效果。但在实际工程设计中由于受到空间、成本以及承载能力等多方面的限制，使得采用加大质量和降低刚度来提高隔振系统的隔振效果具有相当大的局限性。而准零刚度隔振技术通过获取较高的静态刚度和较低的动态刚度，从而在保证其承载能力的基础上具有很好的低频隔振性能。近年来准零刚度隔振技术已成为国内外学者的研究热点。由此，准零刚度隔振装置的设计与应用成为减/隔振技术领域所追求的目标。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明供一种负刚度机构及隔震装置，不仅结构简单、可靠性高，而且能够在收到冲击载荷时形成稳定的垂向负刚度。

2、为实现上述目的，本发明提供一种负刚度机构，包括筒状结构的第一承载部与第二承载部，所述第一承载部同轴套设在所述第二承载部；

3、所述第一承载部与所述第二承载部之间围成环形的安装腔，所述安装腔内沿环向间隔设有多个负刚度元件，以在所述第一承载部在振动冲击力的作用下发生垂向位移时形成垂向负刚度。

4、在其中一个实施例，所述负刚度元件包括第一关节支承块、第二关节支承块与若干弓形瓦片式弹簧；

5、所述第一关节支承块设在所述第一承载部的内壁上，所述第二关节支承块设在所述第二承载部的外壁上，各所述弓形瓦片式弹簧沿竖向间隔设在所述第一关节支承块与所述第二关节支承块之间。

6、在其中一个实施例，所述弓形瓦片式弹簧包括弓形部以及设在所述弓形部两端的圆弧部，所述第一关节支承块上对应各所述弓形瓦片式弹簧的连接处设有第一凹槽，所述第二关节支承块上对应各所述弓形瓦片式弹簧的连接处设有第二凹槽；

7、所述弓形瓦片式弹簧第一端的所述圆弧部设在对应所述第一凹槽内并形成转动关节性配合关系，所述弓形瓦片式弹簧第二端的所述圆弧部设在对应所述第二凹槽内并形成转动关节性配合关系，且所述弓形瓦片式弹簧的第一端高于第二端。

8、在其中一个实施例，所述弓形部的外轮廓圆弧半径比内轮廓圆弧半径大1mm～2mm，且所述弓形部的内轮廓圆弧圆心的位置相较于外轮廓圆弧圆心向远离所述弓形部的方向偏移0.4mm～0.7mm，以使得所述弓形部的厚度形成顶端最厚向两端方向逐渐变薄的结构；

9、两所述圆弧部的圆心连线位置相对于所述弓形部的内轮廓圆弧圆心向远离所述弓形部的方向偏移0.5mm～1mm，两所述圆弧部的圆心连线长度大于所述弓形部的外轮廓圆弧半径的两倍，且所述圆弧部的半径大于所述弓形部的顶端厚度。

10、在其中一个实施例，负刚度机构还包括盖板，所述盖板可拆卸地连接在所述第一承载部的顶部；

11、所述第一承载部的内壁上设有第一台阶结构，所述第一关节支承块的顶端抵接所述盖板，所述第一关节支承块的底端与所述第一台阶结构之间具有间隔。

12、在其中一个实施例，所述第二承载部的顶部与所述盖板的底部之间设有第一密封结构；

13、所述第一承载部的内壁上设有第二台阶结构，所述第二承载部底端支承设在所述第二台阶结构上，且所述第二承载部底端与所述第二台阶结构之间设有第二密封结构。

14、在其中一个实施例，所述第一承载部、所述第二承载部、所述第一密封结构、所述第二密封结构以及所述负刚度元件之间的空隙内填充有润滑油脂。

15、在其中一个实施例，所述第二承载部的两端为圆柱构型、中部为内凹的多边形主体结构；

16、所述第二关节支承块卡接在所述第二承载部的外壁上。

17、在其中一个实施例，在所述安装腔内，相邻的两所述负刚度元件之间挡块，且所述挡块与相邻两所述负刚度元件之间的三角空间相适应。

18、在其中一个实施例，负刚度机构还包括支撑柱、锁紧螺母、弹簧垫圈与碟簧，所述支撑柱包括同轴相连的螺杆与光杆；

19、所述螺杆与所述第二承载部螺纹相连，且所述螺杆的顶端位于所述第二承载部上方；

20、所述光杆的一端与所述螺杆的底端相连，另一端穿过所述第一承载部、所述第二承载部的底部后向外延伸，且所述光杆与所述第一承载部、所述第二承载部间均为间隙配合；

21、所述第二承载部顶部设有沉槽，所述弹簧垫圈的底端嵌入所述沉槽，且所述弹簧垫圈套设在所述螺杆上；

22、所述锁紧螺母与所述螺杆螺纹相连，且所述锁紧螺母抵接所述弹簧垫圈，所述碟簧套设在所述弹簧垫圈上，且所述碟簧的凹面朝上。

23、为实现上述目的，本发明提供一种隔震装置，包括正刚度隔振器以及上述的负刚度机构，所述正刚度隔振器与所述负刚度机构并联。

24、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

25、本发明通过在第一承载部与第二承载部间的安装腔内沿环向间隔布置多个负刚度元件，并在每个负刚度元件中布置多个倾斜的弓形瓦片式弹簧，从而提供稳定的垂向负刚度，不仅结构简单，而且具有较高的可靠性。

技术特征：

1.一种负刚度机构，其特征在于，包括筒状结构的第一承载部与第二承载部，所述第一承载部同轴套设在所述第二承载部；

2.根据权利要求1所述的负刚度机构，其特征在于，所述负刚度元件包括第一关节支承块、第二关节支承块与若干弓形瓦片式弹簧；

3.根据权利要求2所述的负刚度机构，其特征在于，所述弓形瓦片式弹簧包括弓形部以及设在所述弓形部两端的圆弧部，所述第一关节支承块上对应各所述弓形瓦片式弹簧的连接处设有第一凹槽，所述第二关节支承块上对应各所述弓形瓦片式弹簧的连接处设有第二凹槽；

4.根据权利要求3所述的负刚度机构，其特征在于，所述弓形部的外轮廓圆弧半径比内轮廓圆弧半径大1mm～2mm，且所述弓形部的内轮廓圆弧圆心的位置相较于外轮廓圆弧圆心向远离所述弓形部的方向偏移0.4mm～0.7mm，以使得所述弓形部的厚度形成顶端最厚向两端方向逐渐变薄的结构；

5.根据权利要求2至4任一项所述的负刚度机构，其特征在于，还包括盖板，所述盖板可拆卸地连接在所述第一承载部的顶部；

6.根据权利要求5任一项所述的负刚度机构，其特征在于，所述第二承载部的顶部与所述盖板的底部之间设有第一密封结构；

7.根据权利要求6任一项所述的负刚度机构，其特征在于，所述第一承载部、所述第二承载部、所述第一密封结构、所述第二密封结构以及所述负刚度元件之间的空隙内填充有润滑油脂。

8.根据权利要求2至4任一项所述的负刚度机构，其特征在于，所述第二承载部的两端为圆柱构型、中部为内凹的多边形主体结构；

9.根据权利要求8所述的负刚度机构，其特征在于，在所述安装腔内，相邻的两所述负刚度元件之间挡块，且所述挡块与相邻两所述负刚度元件之间的三角空间相适应。

10.根据权利要求1至4任一项所述的负刚度机构，其特征在于，还包括支撑柱、锁紧螺母、弹簧垫圈与碟簧，所述支撑柱包括同轴相连的螺杆与光杆；

11.一种隔震装置，其特征在于，包括正刚度隔振器以及权利要求1至10任一项所述的负刚度机构，所述正刚度隔振器与所述负刚度机构并联。

技术总结本发明公开了一种负刚度机构及隔震装置，负刚度机构包括筒状结构的第一承载部与第二承载部，所述第一承载部同轴套设在所述第二承载部；所述第一承载部与所述第二承载部之间围成环形的安装腔，所述安装腔内沿环向间隔设有多个负刚度元件，以在所述第一承载部在振动冲击力的作用下发生垂向位移时形成垂向负刚度。本发明应用于轨道交通工程及装备减、隔振领域，不仅结构简单、可靠性高，而且能够在收到冲击载荷时形成稳定的垂向负刚度。技术研发人员：谭锦如,魏湛湘,邹元享受保护的技术使用者：湖南星光速流科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17