[发明专利]一种负载可变的超低频隔振器及其设计方法

权利要求书

1.一种负载可变的超低频隔振器的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据隔振器负载质量以及负载的变化范围确定线性弹性元件(11)的刚度系数，同时确定在负载变化范围内线性弹性元件(11)的变形位移范围，将该位移范围作为实现负刚度元件匹配的线性负刚度的位移范围；

步骤二、根据隔振系统固有频率的要求，确定隔振器的综合刚度；根据步骤一中确定的线性弹性元件(11)的刚度系数，进一步确定第一负刚度元件和第二负刚度元件在负刚度匹配后的线性负刚度的幅值；

步骤三、根据隔振器结构和体积的约束，分别确定上部中心矩形永磁体(4)和下部中心矩形永磁体(9)的长a1、宽b1、高c1，所述上部中心矩形永磁体(4)和下部中心矩形永磁体(9)的长、宽、高分别相等；同时确定上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的宽度b，所述上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的宽度相等；同时确定下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的宽度b2，所述下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的宽度相等，同时确定上部中心矩形永磁体(4)分别与上部左侧矩形永磁体(6)、上部右侧矩形永磁体(7)的中心距h；随机给定上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)一长度，所述上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的长度相等；随机给定下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)一长度，所述下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的长度相等；

步骤四、根据步骤一确定的负刚度元件匹配的位移范围、以及步骤三中确定的第一负刚度元件和第二负刚度元件的各永磁体的几何参数、以及中心距h，建立第一负刚度元件和第二负刚度元件的负刚度特性的力学模型；

步骤五、改变上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的高度，使得第一负刚度元件的刚度特性呈凹特性分布；同时改变下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的高度，使得第二负刚度元件的刚度特性呈凸特性分布；分析第一负刚度元件和第二负刚度元件并联后，其负刚度匹配后的总体负刚度非线性分量的变化规律，当负刚度匹配后的负刚度特性的非线性分量为零时，确定上部左侧矩形永磁体(6)、上部右侧矩形永磁体(7)的高度c，以及下部左侧矩形永磁体(8)、下部右侧矩形永磁体(10)的高度c2；

步骤六、基于步骤三和步骤五中所确定的第一负刚度元件和第二负刚度元件的各永磁体的几何参数、以及步骤三中随机给定的上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的长度、以及步骤三中随机给定的下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的长度，判断第一负刚度元件和第二负刚度元件的负刚度匹配后的负刚度幅值是否与步骤二中确定的线性负刚度的幅值是否一致，若不一致，则调整上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的长度、下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)长度；若一致，则确定当前上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的长度a，以及下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)长度a2；

根据上述步骤所确定的上部中心矩形永磁体(4)和下部中心矩形永磁体(9)的长a1、宽b1、高c1，上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)的长a、宽b、高c，下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)的长a2、宽b2、高c2，即为各永磁体的几何尺寸

所述超低频隔振器包括矩形壳体(5)、隔振承台(1)、承载杆(2)、第一连接杆(14)、第二连接杆(12)、第一负刚度元件、第二负刚度元件、固定板(15)和线性弹性元件(11)，所述承载杆(2)的一端与隔振承台(1)固定连接，另一端穿过矩形壳体(5)的顶部且通过上部导向轴承(3)与矩形壳体(5)连接；所述第一负刚度元件包括上部左侧矩形永磁体(6)、上部中心矩形永磁体(4)以及上部右侧矩形永磁体(7)，所述上部中心矩形永磁体(4)与承载杆(2)固定连接，所述上部左侧矩形永磁体(6)和上部右侧矩形永磁体(7)分别与矩形壳体(5)的内侧壁固定连接；所述第二负刚度元件包括下部左侧矩形永磁体(8)、下部中心矩形永磁体(9)和下部右侧矩形永磁体(10)，所述第一连接杆(14)的一端与上部中心矩形永磁体(4)固定连接，另一端与下部中心矩形永磁体(9)固定连接，所述下部左侧矩形永磁体(8)和下部右侧矩形永磁体(10)分别与矩形壳体(5)的内侧壁固定连接；所述固定板(15)位于矩形壳体(5)内且与矩形壳体(5)的内侧壁固定连接，所述第二连接杆(12)的一端与下部中心矩形永磁体(9)固定连接，另一端穿过固定板(15)与线性弹性元件(11)固定连接，所述第二连接杆(12)通过下部导向轴承(16)与固定板(15)连接。