基于负刚度的水平面内双向减振器

本发明属于结构减振(震)，涉及一种减振器，具体涉及一种基于板弹簧与连杆组合式的水平面内双向减振器。

背景技术：

1、寻找合适的振动抑制手段以减弱甚至消除工程中振动造成的不良影响进而确保结构正常工作，通常是工程实践的首要任务。近年来，由于科研人员不断探索和创新，非线性负刚度结构设计逐渐显示出其在替代传统线性结构方面的优势，特别是在提升振动抑制效果上。其中，最为经典的设计就是倾斜弹簧与竖直弹簧匹配的非线性负刚度结构。

2、基于倾斜弹簧与垂直弹簧的非线性负刚度结构在减振性能方面效果显著，然而预压缩螺旋弹簧在振动过程中易出现的压弯与失稳问题严重阻碍了其在实际工程中的应用。同时，由于制造和安装误差的存在，其减振性能也受到严重影响。为改善这一局限，研究人员进一步设计了倾斜螺旋弹簧与连杆组合的非线性负刚度结构。该结构虽然在稳定性方面得到了显著提升，但螺旋弹簧的制造难度、重量和维护成本等问题仍待解决。同时振动源方向的不确定性会使得振动难以预测，造成了针对特定或单一方向的减振器的性能失效，难以对面内多方向振动进行有效控制，这无疑限制了减振技术在工程实践和实际应用中的效果和范围。

3、综上所述，现有的基于非线性负刚度的减振装置存在稳定性差和控制方向单一的问题，这也是至今还没有成熟的负刚度减振系统相关产品的主要阻滞因素。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于负刚度的水平面内双向减振器，该减振器可对水平面上双向的振动进行控制，同时具有结构简单、质量轻、制造容易、价格便宜、工作可靠和承载能力强等诸多优点，确保了其在各种工况下的稳定性和耐用性。板弹簧和连杆的组合设计增强了减振器的结构稳定性，钳合铰链和滑动铰链的组合应用实现了在水平面内出色的振动控制。这些创新设计不仅有助于提升建筑和机械结构等的抗振性能，也将大幅降低维护和管理的复杂性和成本。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于负刚度的水平面内双向减振器，包括减振对象、线性支撑弹簧、线性阻尼、负刚度结构，其中：

4、所述减振对象的两个端面通过线性支撑弹簧和线性阻尼分别与两个正交方向上的侧墙弹性连接，减振对象的另外两个端面分别与负刚度结构连接，负刚度结构安装在两个正交方向上的侧墙上；

5、所述减振对象的下方安装有滑轮，与水平地面利用滑轮进行接触；

6、所述负刚度结构包括板弹簧、连杆、刚性悬臂；

7、所述板弹簧的两个端面与侧墙之间固定在一起，板弹簧的中心位置为拱高位置；

8、所述板弹簧的数量为两个，两个板弹簧以拱高位置相对的方式在水平正交方向关于刚性悬臂对称分布；

9、所述板弹簧的中心位置左右两侧对称安装有相互平行的连杆；

10、所述连杆的一端与板弹簧钳合铰接，连杆的另一端与刚性悬臂钳合铰接；

11、所述刚性悬臂与减振对象在刚性悬臂的正交方向上滑动铰接。

12、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

13、(1)与斜弹簧结构相比，本发明的负刚度结构中采用板弹簧，板弹簧与螺旋弹簧相比具有结构简单、质量轻便、制造容易、价格便宜、工作可靠和承载能力强等诸多优点。

14、(2)与斜弹簧连杆式结构相比，本发明的每侧均采用关于中心线对称的多杆连接形式，稳定性较每侧单杆连接形式更好。

15、(3)与单一方向减振的结构相比，本发明的主要侧重点为水平面内的位置随机的振动，不仅可以削弱面内随机位置简谐激励的影响，而且在面内随机位置地震激励的情况下同样适用。

16、(4)与固定参数的减振器相比，本发明的负刚度特性与板弹簧的结构参数(如长度、宽度、拱高、曲率等)有关，其中拱高又可通过调节杆进行调整，因此本发明的减振性能可随着激励的不同而随意调节，更加灵活。

技术特征：

1.一种基于负刚度的水平面内双向减振器，其特征在于所述双向减振器包括减振对象、线性支撑弹簧、线性阻尼、负刚度结构，其中：

2.根据权利要求1所述的基于负刚度的水平面内双向减振器，其特征在于所述板弹簧具有一定的初始形状，该形状可被预先制造或被预先压缩而成。

3.根据权利要求1所述的基于负刚度的水平面内双向减振器，其特征在于所述负刚度结构的装配流程如下：(1)板弹簧以拱高位置相对的方式水平放置，并安装连杆、刚性悬臂；(2)在不同板弹簧的端面处分别安装调节杆，所述调节杆由一个长杆和两个短杆组成，长杆与短杆相互垂直，板弹簧的端面卡在长短杆的垂直处，并尽可能地保证长杆与连杆平行、短杆与刚性悬臂平行；(3)两个短杆均向着刚性悬臂的方向缩进，带动板弹簧端面靠近拱高位置；(4)达到预期效果后，将板弹簧固定在侧墙上，并去除调节杆。

4.根据权利要求1所述的基于负刚度的水平面内双向减振器，其特征在于所述减振对象两个端面连接的负刚度结构在竖直方向上存在高度差。

5.权利要求1-4任一项所述的基于负刚度的水平面内双向减振器适用于简谐激励的减振和地震作用下的减振。

技术总结
本发明公开了一种基于负刚度的水平面内双向减振器，所述双向减振器包括减振对象、线性支撑弹簧、线性阻尼、负刚度结构，其中：减振对象的两个端面通过线性支撑弹簧和线性阻尼分别与侧墙弹性连接，另外两个端面分别与负刚度结构连接；减振对象的下方与水平地面利用滑轮进行接触；负刚度结构包括板弹簧、连杆、刚性悬臂；板弹簧的两个端面与侧墙之间固定在一起，板弹簧的中心位置为拱高位置；板弹簧的中心位置左右两侧对称安装有相互平行的连杆；连杆的一端与板弹簧钳合铰接，另一端与刚性悬臂钳合铰接；刚性悬臂与减振对象滑动铰接。该减振器可对水平面上双向的振动进行控制，具备结构简单、质量轻、制造容易、价格便宜、工作可靠和承载能力强等众多优点，确保了其在各种工况下的稳定性和耐用性。

技术研发人员：曹登庆,叶会然,陈帅
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19