本技术涉及一种集成扭转式负刚度模块,属于结构振动控制技术领域。包括外壳、封闭盖板、预压缩弹簧、伸缩导杆、扭转连接件、花键连接套、连接端口、平键以及花键传动轴;外壳内部中间位置设置有花键,包括内部的花键传动轴以及花键连接套,花键连接套外壁上还设置有连接端口;连接端口与外壳的各个角部之间连接有预压伸缩装置;集成扭转式负刚度模块的上、下部位可实现类“乐高”式插销连接,集成扭转式负刚度模块可在工厂批量生成预制,通过调整集成扭转式负刚度模块的数量实现减震装置负刚度性能的高性能、定制化。可以有效应对作业对象的多样化和结构差异化,同时有效提高减震产品或相关应用装置的产品性能质量与标准化进程。
背景技术
在振动控制领域,负刚度装置因其能有效降低系统等效刚度,提升加速度控制效果而备受关注。研究人员不断探索和开发新型的负刚度装置,如基于磁性材料的负刚度装置、利用特殊机械结构实现负刚度的装置等,以提高负刚度的性能和可靠性,并拓展其应用范围。此外,通过更精确的理论分析和建模方法,可深入研究负刚度装置的力学特性、动态响应和稳定性,为其设计和优化提供更坚实的理论基础。同时,将负刚度装置与其他振动控制技术相结合,如惯容器、阻尼器等,形成复合式的振动控制装置,可以充分发挥各种技术的优势,提高振动控制的效果。目前,除了在传统的机械工程、建筑结构等领域的应用研究不断深入外,负刚度装置在航空航天、精密仪器、生物医学等新兴领域的应用也逐渐受到关注和探索,例如在航天器零重力模拟、高端音频设备等方面的应用。相关的专利技术如:CN116732828A一种负刚度局域共振器隔振结构、CN115899169A一种积木组装式“负刚度”隔振装置、CN220365899U一种具有负刚度特性的磁流变隔振器、CN111336210A一种基于负刚度和可变阻尼的混合振动控制装置、方法及应用、CN104929245A一种负刚度隔震支座、CN117366162A一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置等等。
目前,负刚度装置存在如下优点:
低频隔振效果好:负刚度装置可有效过滤低频振动能量,能在不影响弹簧静态载荷支撑能力的情况下使垂直振动力变低,例如在一些对低频振动敏感的仪器设备中,如光学平台、精密测量仪器等,使用负刚度隔振技术能将振动降至传统隔离设备如气垫隔振所未能达到的水平,从而让仪器稳定运行。
高静低动刚度特性:准零刚度隔振系统具有高静 - 低动刚度特性,在小位移下具有较高的刚度以支撑负载,在大位移下刚度降低,能更好地适应振动环境的变化,可有效过滤低频振动能量,提高隔振效果。
结构简单:负刚度装置的结构相对简单,通常由一些机械部件组成,如弹簧、阻尼器等,不需要复杂的电子设备或控制系统,这使得其成本相对较低,可靠性较高,且易于安装和维护。
无需外部能源:负刚度装置是被动式的振动控制装置,不需要外部能源供应,如电力、气源等,因此在一些特殊环境或场合下,如无电源供应的偏远地区、对电磁干扰敏感的区域等,具有独特的优势。
适用范围广:负刚度装置可以根据不同的应用需求进行设计和调整,适用于各种不同类型的振动控制场景,包括建筑结构、桥梁、机械设备、航空航天等领域。
但现有技术中,在有限空间和装置布局数量限制的条件下,难以实现大吨位的负刚度附加。
实现思路