高承载紧凑型准零刚度隔振器隔振特性分析与实验研究

摘要

准零刚度隔振器的高静刚度低动刚度特性可以有效解决传统隔振器低刚度和高承载之间的矛盾.然而，现有的准零刚度隔振器大多针对小负载工况而且结构不够紧凑，难以应用于设备负载大、安装空间紧凑的工况.鉴于此，本文提出了一种高承载紧凑型准零刚度隔振器，并通过实验验证了其重载低频隔振特性.该隔振器利用同轴永磁环提供负刚度，并与沿圆周均布的线圈弹簧并联实现准零刚度.通过等效磁荷法，推导了同轴永磁环的恢复力表达式，并使用COMSOL软件对永磁环进行有限元仿真来验证解析表达式的准确性.随后，建立了隔振系统的非线性动力学理论模型，通过谐波平衡法求解方程，并使用龙格库塔法对理论结果进行了验证，同时讨论了系统阻尼比和外部激励幅值对系统幅频响应和力传递率的影响规律.最后，制备了隔振器样机，并对其进行了准静态静力学试验和正弦激振试验.结果表明：同轴永磁环准零刚度隔振器可在60 mm安装高度和160 kg负载下实现紧凑重载低频隔振，在控制激励力幅值为20 N时起始隔振频率低至3.6 Hz, 5 Hz时隔振效率为44.3%(5 dB),10 Hz时隔振效率达90%(20 dB).

关键词

准零刚度 / 低频隔振 / 高承载 / 同轴磁环 / 紧凑