一种负刚度装置

本技术涉及振动控制设备，具体涉及一种负刚度装置。

背景技术：

1、近年来，负刚度装置常见于建筑结构隔震与机械结构振动控制领域，其主要用于减小结构和基础间的隔振层的水平或竖向刚度，利用滤波效应以更好地过滤地面震动或外部振源，减小外部激励对结构的影响，或阻止隔振物体产生的振动向地面传播。对于建筑结构或机械设备而言，由于其隔振(震)层空间有限，应用于隔振(震)系统的负刚度装置体积往往不宜过大。同时，对于大型结构或机械设备而言，要达到较好的低频隔振(震)效果，往往需要出力较大的隔振(震)系统。然而，传统的负刚度装置往往很难兼具体积小和出力大的特点。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本实用新型提供了一种负刚度装置，包括预压弹簧，壳体，转盘，万向节，滚珠，丝杆以及若干轴承；丝杆随外部结构发生平动时，通过滚珠驱动转盘发生转动，转盘转动后释放预压弹簧，产生与转盘转动方向相同的扭矩，并通过滚珠驱动将扭矩转换为丝杆在平动方向上的力。

2、通过将预压弹簧的水平位移转换为转盘的转动，利用转盘驱动丝杆进行平动，使弹簧在有限预压缩量下提供更大的出力，同时减小了负刚度元件的体积。

3、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

4、本申请实施例提供了一种负刚度装置，包括壳体、预压弹簧、转盘、万向节、丝杆、滚珠，其中：

5、所述预压弹簧的一端通过一个所述万向节与所述壳体连接，所述预压弹簧的另一端通过另一个所述万向节与所述转盘连接，所述转盘与所述壳体连接；

6、所述丝杆具有螺纹，所述壳体为中空圆柱形；

7、所述滚珠嵌设于所述转盘和所述螺纹之间，使得所述丝杆做平动时，所述滚珠驱动所述转盘转动。

8、进一步地，所述转盘中心开设有中心孔，所述丝杆穿过所述中心孔，所述中心孔侧壁具有槽孔，所述滚珠置于所述槽孔中，用于驱动所述转盘发生转动，所述槽孔数目与所述丝杆螺纹的线数相同。

9、进一步地，所述装置还包括轴向接触轴承，所述转盘通过所述轴向接触轴承与所述壳体进行连接，使转盘仅能够相对于壳体转动。

10、进一步地，所述装置还包括直线轴承，所述丝杆通过所述直线轴承与所述壳体连接，使丝杆仅能够相对于壳体进行平动。

11、进一步地，所述预压弹簧的数量至少为2个，且在所述壳体中绕轴心对称分布。

12、进一步地，所述滚珠的数目与所述丝杆螺纹的线数相同。

13、进一步地，所述预压弹簧在初始状态时，垂直于所述壳体底部并处于压缩状态。

14、进一步地，所述壳体与一外部结构固定连接，所述丝杆与另一外部结构连接，所述丝杆仅能够相对于所述壳体做平动。

15、进一步地，所述丝杆随外部结构做平动时，通过所述滚珠驱动所述转盘转动，从而释放所述预压弹簧，产生与所述转动方向相同的扭矩，并通过所述滚珠驱动所述丝杆，将所述扭矩转换成作用于所述丝杆平动方向上的力。

16、进一步地，所述转盘的半径为200-500mm，所述丝杆的半径为40-100mm，所述同一根弹簧两侧的万向节之间的距离为300-800mm；所述丝杆的螺纹升角的尺寸为45-85°。

17、本实用新型提供的一种负刚度装置具有以下有益效果：

18、本实用新型提供的负刚度装置结构紧凑，构造简单，能够在有限空间中使用；同时本实用新型提供的负刚度装置在所需行程范围内可实现良好的负刚度，从而实现隔振系统的低频甚至超低频隔振。

技术特征：

1.一种负刚度装置，其特征在于，包括壳体(1)、预压弹簧(2)、转盘(3)、万向节(4)、丝杆(7)、滚珠(8)，其中：

2.如权利要求1所述的负刚度装置，其特征在于，所述转盘(3)中心开设有中心孔(9)，所述丝杆(7)穿过所述中心孔(9)，所述中心孔(9)侧壁具有槽孔(10)，所述滚珠(8)置于所述槽孔(10)中，用于驱动所述转盘(3)发生转动，所述槽孔(10)数目与所述丝杆(7)螺纹的线数相同。

3.如权利要求1所述的负刚度装置，其特征在于，所述装置还包括轴向接触轴承(5)，所述转盘(3)通过所述轴向接触轴承(5)与所述壳体(1)进行连接，使转盘(3)仅能够相对于壳体(1)转动。

4.如权利要求1所述的负刚度装置，其特征在于，所述装置还包括直线轴承(6)，所述丝杆(7)通过所述直线轴承(6)与所述壳体(1)连接，使丝杆(7)仅能够相对于所述壳体(1)进行平动。

5.如权利要求2所述的负刚度装置，其特征在于，所述预压弹簧(2)的数量至少为2个，且在所述壳体(1)中绕轴心(11)对称分布。

6.如权利要求1所述的负刚度装置，其特征在于，所述滚珠(8)的数目与所述丝杆(7)螺纹的线数相同。

7.如权利要求5所述的负刚度装置，其特征在于，所述预压弹簧(2)在初始状态时，垂直于所述壳体(1)底部并处于压缩状态。

8.如权利要求1所述的负刚度装置，其特征在于，所述壳体(1)与一外部结构固定连接，所述丝杆(7)与另一外部结构连接，所述丝杆(7)仅能够相对于所述壳体(1)做平动。

9.如权利要求1-8任一项权利要求所述的负刚度装置，其特征在于，所述丝杆(7)随外部结构做平动时，通过所述滚珠(8)驱动所述转盘(3)转动，从而释放所述预压弹簧(2)，产生与所述转盘(3)转动的方向相同的扭矩，并通过所述滚珠(8)驱动所述丝杆(7)，将所述扭矩转换成作用于所述丝杆(7)平动方向上的力。

10.如权利要求9所述的负刚度装置，其特征在于,所述转盘(3)的半径为200-500mm，所述丝杆(7)的半径为40-100mm，同一根所述预压弹簧两侧的万向节(4)之间的距离为300-800mm，所述丝杆(7)的螺纹升角的尺寸为45-85°。

技术总结
本技术公开了一种负刚度装置。其包括壳体，预压弹簧，丝杆，轴向接触轴承，万向节，转盘，滚珠，直线轴承等；预压弹簧安装于壳体内，通过万向节连接壳体与转盘；转盘与壳体间设有轴向接触轴承，使得转盘仅可相对于壳体进行旋转运动；丝杆置于壳体轴心，与壳体通过直线轴承连接，与转盘通过滚珠连接，并能随转盘转动进行平动。本技术从负刚度与减隔振原理的角度出发，通过将预压弹簧的水平位移转换为转盘的转动，利用转盘驱动丝杆进行平动，使弹簧在有限预压缩量下提供更大的出力，同时减小了负刚度元件的体积。

技术研发人员：朱宏平,唐子桉,罗浩
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：20221209
技术公布日：2024/1/12