一种准零刚度隔震装置的制作方法

本实用新型涉及隔震技术领域，具体地说，涉及一种准零刚度隔震装置。

背景技术：

舰船工作环境复杂，其上有大量舰载设备。一方面，设备工作时自身产生的振动和噪音会影响舱室的安静性和仪器、仪表的工作环境。尤其对舰艇来说，会影响到其生死攸关的隐蔽性；另一方面，在抵抗外部攻击造成的冲击时，设备的抗冲击和抗倾覆能力直接决定了舰船抵御外部攻击的能力。因此，舰船上的振动控制至关重要。对于振动控制主要有主动隔震、半主动和被动隔震三种方式，复杂程度和成本等因素，目前应用最多的为方式为被动隔震。根据振动理论，被动隔震起始有效隔震频率是系统固有频率的倍，系统固有频率越低其隔震范围越大，效果越好。但是对于传统结构，降低固有频率就意味着降低系统静刚度或是增加系统质量，从而造成系统静态位移加大。为了克服上述缺点，理想的隔震系统应该同时具有较高的静态刚度和较低的动态刚度(较低动态刚意味着较低系统固有频率)，在承受较高的负载的同时保证系统固有频率较低，系统的隔震频率范围更大，隔震效果更好。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种准零刚度隔震装置，包括碟簧隔震机构和十字隔震机构，所述碟簧隔震机构包括支座组件、中间轴组件和开槽碟簧，支座组件包括上下开口的圆筒状的支座外圈，中间轴组件包括同心地设置在支座外圈内的中间轴，至少一个开槽碟簧套设在中间轴上，并且，所述开槽碟簧的径向内侧嵌入中间轴上，径向外侧嵌入在支座外圈上；所述十字隔震机构包括水平且上下间隔对应设置的上十字支架、下十字支架，并且，在上十字支架的中心设置有轴线竖直的通孔，四个弧形簧板的两端分别与上十字支架、下十字支架对应的十字端头连接，中间轴从上十字支架的通孔内向上穿出上十字支架的上端面，并且，支座外圈的上部连接在上十字连接支架的下方。

优选地，支座组件还包括支座隔离环和支座压环，所述支座外圈的底端沿径向向内侧延伸出内台肩，支座隔离环和支座压环依次由下至上同轴地套在支座外圈内，并且，在支座隔离环的低端和所述内台肩的上端之间形成第一容纳槽，在支座隔离环的顶端和支座压环的低端之间形成第二容纳槽，中间轴组件还包括中间轴上压盖和中间轴下压盖，中间轴与中间轴上压盖之间形成第四容纳槽，中间轴与中间轴下压盖之间形成第三容纳槽，开槽碟簧为两个，一个开槽碟簧的径向内侧设置在第三容纳槽内，其径向外侧则设置在第一容纳槽内，另一个开槽碟簧的径向内侧设置在第四容纳槽内，其径向外侧则设置在第二容纳槽内。

优选地，至少一个开槽碟簧的开槽部分的高度H与厚度t的比值在1.39～1.41之间。

优选地，至少一个开槽碟簧的沟槽沿径向由内向外逐渐增大。

优选地，在每个弧形簧板的外侧还间隔设置有至少一个弧形簧板。

优选地，在内侧的弧形簧板的两端分别连接在上十字支架的下端面和下十字支架的上端面上，在外侧的弧形簧板的两端分别连接在上十字支架的上端面和下十字支架的下端面上。

优选地，每个弧形簧板的两端分别通过螺栓以及簧板压片连接在上十字支架和下十字支架的对应的十字端头上。

优选地，所述中间轴上压盖为上部直径小于下部直径的形式，使得其上部从所述通孔穿出上十字支架的上端面，而其下部则被阻挡在上十字支架的下方。

优选地，所述中间轴、中间轴上压盖和中间轴下压盖具有轴向的依次连通的孔。

本实用新型使用开槽碟簧与安装有弧形簧板的十字支架进行串联连接，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型使用开槽碟簧组成的碟簧隔震机构与十字隔震机构串联，具有竖向和水平方向的双重隔震效果。

2、本实用新型使用开槽碟簧作为其核心隔震部件，由开槽碟簧组成的碟簧隔震机构与十字隔震机构串联后整体结构刚度进一步降低，装置的频率在4Hz一下，可以更有效降低舰载设备的有害振动。

3、本实用新型使用开槽碟簧组成的碟簧隔震机构与十字隔震机构串联，碟簧隔震机构使得准零刚度隔震装置在小幅振动时刚度很低，有很好的隔震效果；十字隔震机构可以设计刚度较大，保证整体结构具有很好的抗冲击性。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本实用新型实施例的准零刚度隔震装置的剖视图；

图2是图1的局部放大图；

图3是表示本实用新型实施例的开槽碟簧的平面示意图；

图4是图3的A-A向剖视图；

图5是表示本实用新型实施例的准零刚度隔震装置的开槽碟簧的无量纲的位移-载荷关系特性曲线；

图6是表示本实用新型实施例的准零刚度隔震装置的开槽碟簧的无量纲的位移-刚度关系特性曲线。

其中，1上十字连接支架、2弧形板簧、4下十字连接支架、5支座外圈、6开槽碟簧、7支座隔离环、8中间轴、9中间轴上压盖、10中间轴下压盖、11中间轴连接螺栓、12支座压环、13螺栓、14簧板压片、15螺母。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本实用新型所述的准零刚度隔震装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

术语解释：

蝶形弹簧：用金属板料或是锻压坯料锻压制成的轴向上呈锥形截面的垫圈式弹簧。

开槽蝶形弹簧(下文简称开槽碟簧)：开槽蝶形弹簧是在普通蝶形弹簧上开出由内向外的径向沟槽制成的。与相应直径的普通蝶形弹簧比，它能在较小的载荷下产生较大的变形，因此，它综合了蝶形弹簧和悬臂片簧两者的一些优点。

刚度：结构在受力时抵抗变形的能力。计算公式为K＝P/δ，其中P代表载荷，δ代表变形量；对于刚度随变形量改变的系统，刚度表达式改写为K＝ΔP/Δδ，其中ΔP代表载荷变化量，Δδ代表变化量。

准零刚度：系统刚度接近零的结构。根据变刚度结构刚度定义公式K＝ΔP/Δδ，当结构位移量Δδ发生改变时，如果载荷变化量ΔP非常小，接近零，该系统此时刚度接近零，称为准零刚度系统。

弹簧串联刚度：两个刚度为K1和K2的弹簧串联时等效刚度为K1*k2/(K1+K2)，等效刚度比其中最小的弹簧刚度小。

准零刚度隔震装置包括串联的碟簧隔震机构和十字隔震机构，如图1所示，碟簧隔震机构包括支座组件、中间轴组件和至少一片开槽碟簧6。下文中以两片开槽碟簧6并联来描述。

其中，支座组件包括支座外圈5、支座隔离环7和支座压环12，支座外圈5为上下开口的圆筒体，并且，所述支座外圈5的底端沿径向向内侧延伸出内台肩51。支座隔离环7和支座压环12依次由下至上同轴地套在支座外圈5内，并且，在支座隔离环7的低端和所述内台肩51的上端之间形成第一容纳槽61，在支座隔离环7的顶端和支座压环12的低端之间形成第二容纳槽62。其中，支座隔离环7和支座压环12以及支座外圈5可以是分体式的，也可以是一体式。加工成分体式便于开槽碟簧6的安装。

中间轴组件包括中间轴8、中间轴上压盖9和中间轴下压盖10，中间轴8同心地设置在支座外圈5内，中间轴上压盖9从上端同轴地套压在中间轴8上。

同样地，中间轴下压盖10从下端同轴地套压在中间轴8上，并通过中间轴连接螺栓11固定在中间轴8上。并且，中间轴8与中间轴上压盖9之间沿圆周方向形成第四容纳槽64，中间轴8与中间轴下压盖10之间沿圆周方向形成第三容纳槽63。此处并不排除中间轴8、中间轴上压盖9和中间轴下压盖10为一体式。

如图2所示，在中间轴组件上套设有两个开槽碟簧6，其中一个开槽碟簧的径向内侧设置在第三容纳槽63内，其径向外侧则设置在第一容纳槽61内。同样地，另一个开槽碟簧6的径向内侧设置在第四容纳槽64内，其径向外侧则设置在第一容纳槽62内。开槽碟簧6的平面示意图如图3所示。

通过以上结构，两片开槽碟簧并联连接，一方面使结构承载能力加倍，另一方面使结构具有一定抗倾覆能力。

十字隔震机构包括连接支架(上十字支架1和下十字支架4)和四对弧形簧板。

其中，上十字支架1和下十字支架4都为十字交叉的形式，上十字支架1和下十字支架4上下间隔设置，并且，在上十字支架1的中心设置有轴线竖直的通孔91。在上十字支架1和下十字支架4的对应的十字端头之间设置有一个弯曲的弧形簧板2，且其是以沿十字端头所指方向向外弯曲的。具体说，弧形簧板2的一端与上十字支架1的一个十字端头连接，弧形簧板2的另一端与下十字支架4的对应的十字端头连接。而弧形簧板2的中间(所指中间仅是指两端之间的部分，并不是指严格意义的中间位置)则沿十字端头所指方向向外弯曲。

中间轴上压盖9为上部直径小于下部直径的形式，从而使得其上部从上十字支架1的通孔91内向上穿出上十字支架1的上端面，而其下部则被上十字支架1的下端面阻挡住。并且，支座外圈5上部与上十字连接支架1通过螺栓13和螺母15连接在一起，从而能够串联完成隔震工作。整个装置的刚度比两个隔震部分中刚度最低的还低。

下面说明一下其工作原理：下十字支架4与基础部分通过螺栓连接，被隔震物体通过连接螺栓与中间轴上压盖9上端连接。载荷通过中间轴部分传递到两片并联开槽碟簧6，然后通过第一容纳槽61和第二容纳槽62传递给支座外圈5，再由支座外圈5传递到上连接支架1，经由四对弧形簧板传递到下十字连接支架，再传递到基础。

其中，如图4至图6所示，开槽碟簧6未压缩状态时的开槽部分高度H与厚度t的比值在接近1.4时，随着竖直方向负载增加其竖直方向载荷-位移关系曲线就会出现水平(或接近水平)段。在该水平段范围内，碟簧被向下压缩，但是负荷大小基本不变，装置刚度接近零，即所谓准零刚度特性。开槽碟簧的无量纲的位移-刚度关系特性曲线如图6所示。两个弹簧串联时结构总刚度比两者中最小的刚度还小。使用碟簧隔震机构与十字隔震机构串联一起工作，装置稳态运行时结构总刚度接近准零；当受到冲击载荷作用时，由于开槽碟簧的行程一般小于5mm，开槽碟簧被压缩到极限位置(开槽碟簧承载达到极限)，由十字隔震机构单独抵抗剩余的垂向冲击和侧向倾覆载荷。

在一个可选实施例中，开槽碟簧未压缩状态时的开槽部分的高度H与厚度t的比值在1.39～1.41之间。

在一个可选实施例中，开槽碟簧的径向沟槽沿径向由内向外逐渐变大。

在一个可选实施例中，在每个弧形簧板2的外侧间隔地设置有至少一个弯曲的弧形簧板。且外侧的弧形簧板比内侧的弧形簧板2的弧度大。

在一个可选实施例中，内侧的弧形簧板的两端分别连接在上十字支架1的下端面和下十字支架4的上端面上，外侧的弧形簧板的两端分别连接在上十字支架1的上端面和下十字支架4的下端面上。

在一个可选实施例中，弧形簧板的两端分别通过螺栓13以及簧板压片14、螺母15连接在上十字支架1和下十字支架4的对应的十字端头上。

在一个可选实施例中，所述中间轴8、中间轴上压盖9和中间轴下压盖10具有轴向的依次连通的孔。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。