[发明专利]准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置

权利要求书

1.一种准零刚度弹性节点，其特征在于，包括：

外套；

正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；

负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度；

其中，所述正刚度元件包括：芯轴、弹性层及内套，所述弹性层套设于所述芯轴上，所述内套于所述弹性层上，所述外套套设于所述内套上，发生振动时，所述芯轴、所述弹性层及所述内套配合产生正刚度；

所述负刚度元件包括：

一椭球机构，沿垂直所述芯轴的轴向方向设置于所述内套中，且连接于所述外套及所述内套；及

二个弹簧机构，沿所述芯轴的轴向方向设置于所述芯轴中且位于所述椭球机构的两侧，发生振动时，所述椭球机构与二个所述弹簧机构配合产生负刚度；

其中，所述内套上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构包括：

底座，设置于一所述安装孔上且连接于所述外套及所述内套；

椭球杆件，其一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层及所述芯轴连接于所述底座，所述椭球杆件的另一端连接于所述外套及所述内套；

其中，沿所述芯轴的轴向方向于所述芯轴内开设有一通孔，二个所述弹簧机构设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件的两侧，所述椭球杆件上设置有椭球部，发生振动时，二个所述弹簧机构与所述椭球部配合产生负刚度；

其中，每一所述弹簧机构包括：

安装座，装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴；

弹簧，其一端装设于所述安装座上；

作动头，其一端连接于所述弹簧的另一端；

作动头滚球，装设于所述作动头的另一端上，所述作动头滚球对位于所述椭球部；

作动头外套，套设于所述作动头滚球上；

其中，发生振动时，二个所述作动头滚球、二个所述弹簧及所述椭球部在垂直于所述芯轴的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。

2.如权利要求1所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述芯轴、所述弹性层和所述内套经过硫化工艺硫化为一体形成所述正刚度元件。

3.一种准零刚度弹性节点的构建方法，其特征在于，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建方法用于构建上述权利要求1-2中任一项所述的准零刚度弹性节点，所述构建方法包括：

容许尺寸确定步骤：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；

刚度确定步骤：根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；

预压力调整步骤：调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；

准零刚度确定步骤：根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。

4.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述容许尺寸确定步骤包括：

根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。

5.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述刚度确定步骤包括：

根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。

6.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述预压力调整步骤包括：

通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。