一种仿蛇鹫非线性隔振器

1.本发明涉及减隔振技术领域，具体涉及一种仿蛇鹫非线性隔振器。


背景技术：

2.近年来，在工程实践中，包括主动、半主动、被动隔振技术在内的各种方法被开发出来以解决振动抑制的问题。被动隔振技术因为其易于实现和可靠性高而被广泛使用。但是，传统的线性被动隔振器对于低频外扰的隔振，在实现时会遇到静变形过大和失稳的问题。而非线性隔振器可以有效地解决这一问题，此类隔振器的准零刚度系统具有高静态、低动态刚度特性，在达到静平衡位置时动刚度为零或准零，从而可以获得较低的固有频率且同时具有较大承载能力。
3.专利文献公开号为cn202110202430.1的专利技术公开了一种仿生隔振系统，主要通过空气弹簧将振动机械能与内能相互转化，阻尼单元产生阻尼作用削弱振动。然而空气弹簧减振单元结构复杂，需要时常维护气压以保证正常运行。
4.专利文献公开号为cn106402229b的专利技术公开了一种剪式准零刚度隔振器及其工作方法，主要通过正负刚度模块叠加以实现准零刚度从而达到隔振效果。然而负刚度模块所需的连杆较多，装配困难。
5.专利文献公开号为cn213808606u的专利技术公开了一种带有正负刚度并联机构的准零刚度隔振器，主要通过竖直设置正刚度弹簧和水平设置负刚度弹簧，保证正负刚度弹簧不发生弯曲变形，并联实现零刚度。然而此装置的承载能力弱，不适用于负载大的场合。
6.专利文献公开号为cn109737168a的专利技术公开了一种准零刚度隔振器，主要通过使交叉臂结构、t型滑板以及导轨保证拉伸弹簧的伸缩在一条水平线上，t型滑板在导轨上移动进行负刚度调节，最后实现零刚度。然而该装置所需零件较多，结构复杂，维护成本较高。
7.自然界中蛇鹫在捕食时，通常包括如下过程：1、张开并扇动翅膀快速接近猎物。2、一只腿用于支撑，另一只腿向上抬起，期间支撑的腿往外弯曲使得整个身体向下压呈现出蓄力的状态。3、抬起的腿迅速踩向猎物的头部并挥动翅膀保持身体平衡。4、连续重复以上动作直至猎物死亡。在以上过程中，蛇鹫每次踢腿仅用时15毫秒，尽管一直重复着高速高频的踩踏动作，但蛇鹫的身体仍能保持相对稳定的状态。因此，本发明参考了蛇鹫的身体结构，提出了一种仿蛇鹫非线性隔振器。


技术实现要素：

8.针对上述现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供可以应用于宽频，具有高静低动特性的仿蛇鹫非线性隔振器。本发明的仿蛇鹫非线性隔振器具有制造方法简单，可靠性高，承载能力大等特点。
9.本发明的目的通过下述技术方案来实现：
10.一种仿蛇鹫非线性隔振器，包括承重台、限位装置、仿蛇鹫翅膀模块、仿蛇鹫下肢模块和基底；所述限位装置有四个，分别安装在承重台和基底的四角上，所述仿蛇鹫翅膀模块安装在承重台的两侧，所述仿蛇鹫下肢模块安装在承重台和基底之间，关于承重台的垂直中心线呈轴对称分布。
11.所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台的左右对称安装，第一方案包括竖直连接座、铰链、刚性板、第一粘弹性阻尼层、第一拉伸弹簧；所述刚性板宽度比承重台窄，为均匀矩形中空细长板；所述刚性板的一端通过铰链与承重台连接，所述第一粘弹性阻尼层粘接在刚性板下表面，所述刚性板上表面的两个竖直连接座分布在刚性板铰接端的两个角上，承重台上表面的两个竖直连接座分布在与刚性板上的竖直连接座同一水平线上的承重台边线位置，刚性板和承重台下表面的竖直连接座分布与上表面对称；在承重台和刚性板相对应的竖直连接座上安装第一拉伸弹簧。
12.所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台的左右对称安装，第二方案水平连接座、柔性板和第二粘弹性阻尼层，所述柔性板为均匀矩形中空细长板，通过水平连接座固定在承重台上，所述第二粘弹性阻尼层粘接在柔性板下表面。
13.蛇鹫的翅膀上布满羽毛，在拍动过程中受到力的作用以维持身体平衡。第一粘弹性阻尼层、第二粘弹性阻尼层为一种仿蛇鹫羽毛的具有粘弹性的高分子聚合物材料。
14.所述仿蛇鹫下肢模块包含短连杆、长连杆、中连杆、第二拉伸弹簧构成的菱形结构和连接底座、压力弹簧；两根短连杆的一端通过固定支座与承重台下表面中心点连接，两根短连杆的另一端分别与两根长连杆的一端铰接，两根长连杆的另一端分别与两根中连杆的一端铰接，两根中连杆的另一端与连接底座的上端铰接；所述连接底座的底端与基底固定连接；所述两根长连杆的中上部铰接在一起，所述短连杆与长连杆被连接点所截两段中较短一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块上部组成小菱形结构；所述中连杆与长连杆被连接点所截两段中较长一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块下部组成大菱形结构；在大菱形结构的两个水平连接点之间设置有第二拉伸弹簧，在连接底座上设置有压力弹簧。所述中连杆和水平面的夹角α根据实际载荷情况而定，夹角α不同的隔振器达到准零刚度所需的压力不同。
15.所述短连杆、长连杆、中连杆之间的长度比根据蛇鹫腿部的股骨、胫骨和跗跖骨之间的比例选为1：3.5：2.5。
16.所述连接底座的结构为：一个圆筒套接在圆柱上，圆柱底部固定连接下延支撑台，所述下延支撑台与基底固连，所述圆筒的外表面设置有外延支撑圆面，所述压力弹簧设置于外延支撑圆面和下延支撑台之间。
17.所述第一方案的优点在于，仿蛇鹫翅膀模块所需的材料易于获得，刚性板通过铰链和承重台连接能够更好地摆动，且该装置不易受环境干扰，可以在复杂的状况下工作。所述第二方案的优点在于，仿蛇鹫翅膀模块相较于第一方案的结构更加紧凑，柔性板通过水平连接座紧靠承重台，可以看成是一个整体。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.1)本发明采用的仿蛇鹫腿部的双菱形结构，有效的拓宽了可隔振的频率范围。
20.2)本发明的隔振器具有高的静刚度和低的动刚度，可以有效隔离低频振动。
21.3)本发明中柔性板为仿蛇鹫的翅膀，在摆动过程中提供了惯性力，有利于减小设
备的振动。
22.4)本发明中粘弹性阻尼层为仿蛇鹫翅膀的羽毛，是一种高聚物。高分子材料形变性质的重要特征是粘弹性，高分子材料可以吸收振动能量，将吸收的机械能部分地转变为热能耗掉，起到阻尼作用。有助于减小承重台的振动。
23.5)本发明结构简单，易于加工制造，隔振行程大，承载能力高。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
25.图1为本发明中所述隔振器的第一方案结构示意图。
26.图2为本发明中所述隔振器的第二方案结构示意图。
27.图3为本发明中所述水平连接座的结构示意图。
28.图4为本发明所述铰链的结构示意图。
29.图5为本发明中所述刚性板和柔性板的结构示意图。
30.图6为本发明中所述连杆的结构示意图。
31.图7为本发明中所述竖直连接座的结构示意图。
32.图中示出：
33.101-承重台，102-限位装置，103-竖直连接座，104-铰链，105-刚性板，106-第一粘弹性阻尼层，107-第一拉伸弹簧，108-短连杆，109-长连杆，110-第二拉伸弹簧，111-中连杆，112-连接底座，113-压力弹簧，114-基底
34.201-水平连接座，202-柔性板，203-第二粘弹性阻尼层
35.601-圆筒，602-外延支撑圆面，603-圆柱，604-下延支撑台
具体实施方式
36.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
37.如图1，图4，图5，图6所示，一种仿蛇鹫非线性隔振器，包括承重台101、限位装置102、仿蛇鹫翅膀模块、仿蛇鹫下肢模块和基底114；所述限位装置102有四个，分别安装在承重台101和基底114的四角上，所述仿蛇鹫翅膀模块安装在承重台101的两侧，所述仿蛇鹫下肢模块安装在承重台101和基底114之间，关于承重台(101)的垂直中心线呈轴对称分布。
38.所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台101的左右对称安装，包括竖直连接座103、铰链104、刚性板105、第一粘弹性阻尼层106、第一拉伸弹簧107；所述刚性板105宽度比承重台101窄，为均匀矩形中空细长板；所述刚性板105的一端通过铰链104与承重台101连接，所述第一粘弹性阻尼层106粘接在刚性板105下表面，所述刚性板105上表面的两个竖直连接座103分布在刚性板105铰接端的两个角上，承重台101上表面的两个竖直连接座103分布在与刚性板105上的竖直连接座103同一水平线上的承重台101边线位置，刚性板105和承重台101下表面的竖直连接座103分布与上表面对称；在承重台101和刚性板105相对应的竖直连接座103上安装第一拉伸弹簧107。
39.如图2，图3所示，所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台101的左右对称安装，水平连接座
201、柔性板202和第二粘弹性阻尼层203，所述柔性板202为均匀矩形中空细长板，通过水平连接座201固定在承重台101上，所述第二粘弹性阻尼层203粘接在柔性板202下表面。
40.所述仿蛇鹫下肢模块包含短连杆108、长连杆109、中连杆111、第二拉伸弹簧110构成的菱形结构和连接底座112、压力弹簧113；两根短连杆108的一端通过固定支座与承重台101下表面中心点连接，两根短连杆108的另一端分别与两根长连杆109的一端铰接，两根长连杆109的另一端分别与两根中连杆111的一端铰接，两根中连杆111的另一端与连接底座112的上端铰接；所述连接底座112的底端与基底114固定连接；所述两根长连杆109的中上部铰接在一起，所述短连杆108与长连杆109被连接点所截两段中较短一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块上部组成小菱形结构；所述中连杆111与长连杆109被连接点所截两段中较长一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块下部组成大菱形结构；在大菱形结构的两个水平连接点之间设置有第二拉伸弹簧110，在连接底座112上设置有压力弹簧113。
41.所述短连杆108、长连杆109、中连杆111之间的长度比根据蛇鹫腿部的股骨、胫骨和跗跖骨之间的比例选为1：3.5：2.5。
42.所述连接底座112的结构为：一个圆筒601套接在圆柱603上，圆柱603底部固定连接下延支撑台604，所述下延支撑台604与基底114固连，所述圆筒601的外表面设置有外延支撑圆面602，所述压力弹簧113设置于外延支撑圆面602和下延支撑台604之间，如图7所示。
43.以下对本发明的仿蛇鹫非线性隔振器的工作原理进行说明：
44.当承重台101上放置需要隔振的物体时，承重台101向下移动，由于两个菱形结构内的各个连杆铰接，可以转动，在物体压力的作用下，各连杆在竖直方向相互靠拢，实现了菱形结构的压缩，也就是蛇鹫捕食时用于支撑的腿向外弯曲的过程。同时又因为第二拉伸弹簧110的两端分别挂钩于大菱形结构中间的两个连接处的螺栓上，第二拉伸弹簧110随着菱形结构的压缩沿着长度方向伸长。底部的压力弹簧113也在物体的压力的作用下缩短。以上使得整个隔振器处于较低的动刚度范围内，以适应对基底114振源隔离的需求。在受到振动激励时，第一方案中刚性板105和承重台101为铰链104连接，竖直连接座103之间通过拉伸弹簧107连接，刚性板105随承重台101上下摆动的过程中提供了惯性力。加上第一粘弹性阻尼层106本身就具有吸振效果，反过来使得承重台101的振动进一步减小。第二方案中柔性板202则可以直接随着承重台101上下摆动，提供了惯性力，加上第二粘弹性阻尼层203本身就具有吸振效果，同样反过来使得承重台101的振动进一步减小。当撤离隔振的物体后，两个菱形结构在第二拉伸弹簧110的拉力作用下复位，压力弹簧113在没有载荷后也同时回到原位，最终隔振器回归原始位置。
45.第一方案的优点在于，仿蛇鹫翅膀模块所需的材料易于获得，刚性板通过铰链和承重台连接能够更好地摆动，且该装置不易受环境干扰，可以在复杂的状况下工作。第二方案的优点在于，仿蛇鹫翅膀模块相较于第一方案的结构更加紧凑，柔性板通过水平连接座紧靠承重台，可以看成是一个整体。
46.以上对本发明的原理和两种具体实施方案进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方案，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术原理中的实施方案和实施方案中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，包括承重台(101)、限位装置(102)、仿蛇鹫翅膀模块、仿蛇鹫下肢模块和基底(114)；所述限位装置(102)有四个，分别安装在承重台(101)和基底(114)的四角上，所述仿蛇鹫翅膀模块安装在承重台(101)的两侧，所述仿蛇鹫下肢模块安装在承重台(101)和基底(114)之间，关于承重台(101)的垂直中心线呈轴对称分布。2.根据权利要求1所述的仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台(101)的左右对称安装，包括竖直连接座(103)、铰链(104)、刚性板(105)、第一粘弹性阻尼层(106)、第一拉伸弹簧(107)；所述刚性板(105)宽度比承重台(101)窄，为均匀矩形中空细长板；所述刚性板(105)的一端通过铰链(104)与承重台(101)连接，所述第一粘弹性阻尼层(106)粘接在刚性板(105)下表面，所述刚性板(105)上表面的两个竖直连接座(103)分布在刚性板(105)铰接端的两个角上，承重台(101)上表面的两个竖直连接座(103)分布在与刚性板(105)上的竖直连接座(103)同一水平线上的承重台(101)边线位置，刚性板(105)和承重台(101)下表面的竖直连接座(103)分布与上表面对称；在承重台(101)和刚性板(105)相对应的竖直连接座(103)上安装第一拉伸弹簧(107)。3.根据权利要求1所述的仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，所述仿蛇鹫翅膀模块在承重台(101)的左右对称安装，水平连接座(201)、柔性板(202)和第二粘弹性阻尼层(203)，所述柔性板(202)为均匀矩形中空细长板，通过水平连接座(201)固定在承重台(101)上，所述第二粘弹性阻尼层(203)粘接在柔性板(202)下表面。4.根据权利要求1所述的仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，所述仿蛇鹫下肢模块包含短连杆(108)、长连杆(109)、中连杆(111)、第二拉伸弹簧(110)构成的菱形结构和连接底座(112)、压力弹簧(113)；两根短连杆(108)的一端通过固定支座与承重台(101)下表面中心点连接，两根短连杆(108)的另一端分别与两根长连杆(109)的一端铰接，两根长连杆(109)的另一端分别与两根中连杆(111)的一端铰接，两根中连杆(111)的另一端与连接底座(112)的上端铰接；所述连接底座(112)的底端与基底(114)固定连接；所述两根长连杆(109)的中上部铰接在一起，所述短连杆(108)与长连杆(109)被连接点所截两段中较短一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块上部组成小菱形结构；所述中连杆(111)与长连杆(109)被连接点所截两段中较长一段的长度相等，从而在仿蛇鹫下肢模块下部组成大菱形结构；在大菱形结构的两个水平连接点之间设置有第二拉伸弹簧(110)，在连接底座(112)上设置有压力弹簧(113)。5.根据权利要求4所述的仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，所述短连杆(108)、长连杆(109)、中连杆(111)之间的长度比选为1：3.5：2.5。6.根据权利要求4所述的仿蛇鹫非线性隔振器，其特征在于，所述连接底座(112)的结构为：一个圆筒(601)套接在圆柱(603)上，圆柱(603)底部固定连接下延支撑台(604)，所述下延支撑台(604)与基底(114)固连，所述圆筒(601)的外表面设置有外延支撑圆面(602)，所述压力弹簧(113)设置于外延支撑圆面(602)和下延支撑台(604)之间。

技术总结
本发明提供了一种仿蛇鹫非线性隔振器，包括承重台、限位装置、仿蛇鹫翅膀模块、仿蛇鹫下肢模块和基底；所述限位装置有四个，分别安装在承重台和基底的四角上，所述仿蛇鹫翅膀模块安装在承重台的两侧，所述仿蛇鹫下肢模块安装在承重台和基底之间，关于承重台的垂直中心线呈轴对称分布。本发明的仿蛇鹫非线性隔振器具有制造方法简单，可靠性高，承载能力大等特点，适用于隔离低频大幅振源产生的振动干扰。适用于隔离低频大幅振源产生的振动干扰。适用于隔离低频大幅振源产生的振动干扰。


技术研发人员：易思成 江展 张泉 陈豪 徐良 李龙 岳涛 彭艳
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/12/2