阅读说明：本技术 一种低频宽带特性的准零刚度隔振器 (Quasi-zero stiffness vibration isolator with low-frequency broadband characteristic ) 是由 韦天山 李占龙 杨强 何霞 班顶顺 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低频宽带特性的准零刚度隔振器,包括负刚度机构和正刚度机构,负刚度机构包括上下两个固定磁环和中间的自由磁环,自由磁环安装在中轴(2)上,中轴(2)和正刚度机构连接,正刚度机构是人工肌肉结构。本发明创新设计了负刚度三磁环结构(固定上下磁环,内磁环固定于中轴随轴移动),正刚度利用搭载PAM的平台,易于控制；正负结构都可随被隔振物体适应性调节；工程实用性上有隔振器配套有上下连接机构,上端的球铰结构更拓宽了隔振器的使用领域和使用寿命。(The invention discloses a quasi-zero stiffness vibration isolator with low-frequency broadband characteristics, which comprises a negative stiffness mechanism and a positive stiffness mechanism, wherein the negative stiffness mechanism comprises an upper fixed magnetic ring, a lower fixed magnetic ring and a middle free magnetic ring, the free magnetic rings are arranged on a middle shaft (2), the middle shaft (2) is connected with the positive stiffness mechanism, and the positive stiffness mechanism is an artificial muscle structure. The invention innovatively designs a negative-rigidity three-magnet ring structure (an upper magnet ring and a lower magnet ring are fixed, an inner magnet ring is fixed on a middle shaft and moves along with the shaft), and positive rigidity is easily controlled by utilizing a platform carrying PAM; the positive and negative structures can be adaptively adjusted along with the vibration-isolated object; have the isolator to join in marriage the cover and have upper and lower coupling mechanism on the engineering practicality, the ball pivot structure of upper end has more widened the application range and the life of isolator.)

一种低频宽带特性的准零刚度隔振器

技术领域

本发明涉及一种隔振器。

背景技术

所谓准零刚度是指将负刚度机构和正刚度机构串联起来使用，含负刚度机构的振动系统具有固有频率低、承载能力大、隔振效果好等优点。目前通常是将弹簧机构和磁力结构分别作为正刚度机构和负刚度机构，例如中国专利 CN 109681573 A公开的一种准零刚度隔振器，采用电磁负刚度机构和弹簧正刚度机构构成准刚度机构，而弹簧的承载能力较弱，变形的幅度会比较大，作为车辆座椅人体体验不好。并且其使用的负刚度机构需要通电才能使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前的准零刚度隔振机构承载能力较低的问题，提供了一种较高承载能力的准零刚度机构，可以用于工程车辆的座椅隔振。

本发明的技术方案是：一种准零刚度隔振器，包括负刚度机构和正刚度机构，负刚度机构包括上下两个固定磁环和中间的自由磁环，自由磁环安装在中轴上，中轴和正刚度机构连接，正刚度机构是人工肌肉结构。

所述人工肌肉结构包括多个人工肌肉单元、上盖和安装座，每个人工肌肉单元的两端分别与安装座或上盖铰接。

人工肌肉单元共六个，两两为一组，每组两个人工肌肉单元对称且倾斜一定角度，三组呈中心对称布置。

负刚度机构的两个固定磁环分别为上磁环和下磁环，两者固定在内壳体的内壁上，自由磁环为内磁环，上磁环、内磁环和下磁环均为永磁体。

中轴的上半段安装在直线轴承中，直线轴承安装在上端盖中，上端盖、外壳体和底座构成整个隔振器的安装腔体。

内壳体安装在外壳体内，内壳体的内壁上开设上下两道环槽用于装嵌上磁环和下磁环，安装座固定在底座上，内磁环的外径小于上磁环和下磁环的内径。

内磁环的磁极方向沿轴向或径向，上磁环和下磁环均吸引内磁环。

至少有一个负刚度机构，负刚度机构数量大于一时沿中轴串联。

中轴顶部通过球铰安装承载平台。

承载平台上安装座椅。

本发明的有益效果：

正刚度机构次啊用气路相同的多维PAM支撑平台，共三组六个PAM，相邻两个为60度夹角，两组一个平面，三组互为60度夹角。基于多PAM的结构本身，可以提供极强的正刚度，有足够的承载力；依靠多维平台又可在一定程度上对于重载均衡施力，达到防偏载的目的。调控精准，操作简单，易于控制。对于重载的正刚度支撑更加可靠。实际操作时，可设定一初始位置，然后依据不同质量的负载自动给予适宜的充气量，维持PAM支撑机构的稳定。

负刚度机构为全新设计的三磁环结构。内磁环直接固定于中间轴某一位置，随载荷的改变中间轴带动固定的内磁环在上下固定磁环之间运动，而具体充磁方式有两种选择，针对不同的三磁环布置及尺寸可以选择最适宜的充磁方向，带来更稳定的负刚度特性。此处充分参考了磁环充磁方法和磁极布置的实际情况。可以依据载荷而变化，可以累加多个负刚度机构，在同等充磁条件下负刚度性能得到强化。整体上看就是内磁环直接随中间轴在上下磁环之间的运动产生负刚度。

综上，负刚度可以通过磁环的累加增强适应性，正刚度多维PAM平台重载支撑性能好。整体上搭配可实现低频隔振。综合了重载支撑和低频隔振两大优势。无论从三磁环原理还是结构上看，无论从结构的灵活度还是磁环布置得多样性上看，我专利结构清晰、操作便捷，创新优势明显。创新负刚度三磁环结构（固定上下磁环，内磁环固定于中轴随轴移动），创新了磁环的磁极布置和充磁方向；正刚度利用搭载PAM的平台，易于控制；正负结构都可随被隔振物体适应性调节；工程实用性上有隔振器配套有上下连接机构，上端的球铰结构更拓宽了隔振器的使用领域和使用寿命。

附图说明：

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明半剖立体图。

图3为多个负刚度机构串联示意图。

图4和图5分别是一种磁极布置示意图。

图6为正刚度机构结构示意图。

图7 为气动人工肌肉的安装结构示意图。

具体实施方式

实施例：

如图，本发明是一种准零刚度隔振器搭配PAM（气动人工肌肉）的三磁环式新型准零刚度隔振器。整体上由球铰承载平台1，上端盖，壳体，三磁环负刚度机构，PAM正刚度机构以及底座构成。具体包括球铰承载平台1、中轴2、直线轴承3、上端盖4、上磁环5、内磁环6、下磁环7、内壳体8、外壳体9、气动人工肌肉的上盖10、气动人工肌肉11、气动人工肌肉的安装座12、底座13。球铰承载平台1在最上方，并开有四个通孔22，被隔振物体通过通孔22直接与球铰承载平台1通过螺栓连接。球铰承载平台1下方设计有球铰21，球铰21与中轴2顶端的球形凹槽嵌套连接，此结构使球铰轴承平台1可以拥有一定倾斜角度，减少对直线轴承3径向压力。中轴2***直线轴承3内，并与直线轴承3间隙配合。直线轴承3与上端盖4通过第一螺钉20连接，中轴2上有轴槽，内磁环6由两个安装在中轴2轴槽上的轴用弹性挡圈固定，避免内磁环6相对中轴2的上下相对滑动。中轴2与气动人工肌肉的上盖10通过第二螺钉19连接。六个气动人工肌肉11上下两端都与上盖10或安装座12通过铰装座14铰接。气动人工肌肉安装座12与底座13通过第一螺栓17连接。内壳体8可拆为两部分内壳体8（1）内壳体8（2）便于安装上下磁环，上磁环5及下磁环7放入内壳体8内壁上的凹槽中，内壳体8（1）与内壳体8（2）合并***外壳体9。外壳体9上端与上端盖4第二螺栓16连接，外壳体9下端与底座13通过螺栓连接。完整内壳体8嵌套在外壳体9内部。负刚度磁性调节机构包括内永磁铁6和双磁环两部分。负刚度双磁环机构的中轴2上部穿出筒体上部与球铰承载平台1相连，负刚度磁性调节机构的中轴2下部与气动人工肌肉正刚度平台的上盖10相连。上盖10通过气动人工肌肉机构11与气动人工肌肉安装座12相连，气动人工肌肉安装座12与底座13固定；

如图六所示，正刚度气动人工肌肉机构包括气动人工肌肉上盖10、气动人工肌肉11和气动人工肌肉12座三部分，上下圆盘各有6个铰接点，每一个气动人工肌肉与上下圆盘各一组铰接点连接。正刚度气动人工肌肉即气动人工肌肉，包括内层膨胀管和外层编织网，每个气动人工肌肉都有通气管，通过向正刚度平台的气动人工肌肉统一输入或输出一定压力的空气，外层编织网具有弹性，配合膨胀管的收缩和舒张。气动人工肌肉平台可以根据载荷的反馈自适应调节气动人工肌肉的收缩和舒张来改变正刚度的大小。保持整个气动人工肌肉平台位置的稳定，提供相适应的承载能力，使隔振器稳定在理想的静平衡位置上；

如图3所示，还可以组合多个三磁环机构，通过负刚度串联效应，达到更好的隔振性能。

如图4和图5所示，为三磁环负刚度机构的两种磁极分布方案。如图4所示，三磁环磁极均呈左右分布。上下磁环充磁方向一致，内磁环6充磁方向相反。上磁环5的N极一侧和内磁环6同侧的S极相互吸引，上磁环5的S极一侧和内磁环6同侧的N极相互吸引；同理下磁环7和内磁环6两侧异性相吸。如图5所示，三磁环磁极均呈上下分布。上磁环5下部N极和内磁环6上部S极呈异磁性，相互吸引；下磁环7上部S极和内磁环6下部N极呈异磁性，相互吸引。两种磁极分布方式都可实现在平衡位置呈零刚度，偏离平衡位置呈负刚度特性。

综上，对于不同负载，负刚度和正刚度的适应性变化相互配合，可以使此新型准零刚度隔振器始终处于准零刚度状态，具有低隔振起始频率、宽隔振频带特性。

控制策略:

本发明隔振器采用主动控制，工程应用过程中可以随车装备，相应的控制反馈装置环节安装在车辆上，根据不同的路面传感器信号实时反馈给此准零隔振器。实时对正负刚度机构进行调节控制；

其次可以采用离线调节，即针对某项确定任务出勤时，根据路况条件提前规划好路线，根据路面条件给准零隔振器设计好使用参数，车辆在确定的正负刚度参数下工作；还可以设计成远程控制型，即控制和执行器进行无线通讯，可实现轻量化设计。除此之外可以根据驾驶员对于座椅舒适性的不同理解对准零隔振器反馈进行预设置。偏好设置将带给使用者更适宜的驾驶和乘坐体验。