一種擬零剛度隔振裝置的製作方法

2023-06-05 22:49:41

本發明涉及擬零剛度隔振裝置，更準確地說，是一種以形狀記憶合金絲超彈性機理為依據的隔振裝置。

背景技術：

隔振裝置可以有效地隔離機械設備上的振動，減少振動噪聲產生的有害影響，因此是船舶、車輛以及工程機械等設備的重要組成部分。集成度越來越高的晶片生產工藝需要越來越精密的隔振平臺，以對地球的脈動，潮汐引力等引起的低頻微幅振動有效進行隔離。在艦船工業中，長期以來浮筏隔振技術已經能夠十分有效的隔離艦艇的高頻振動，但對低頻振動沒有很好的隔離辦法，低頻振動能否控制好，已經成為潛艇發展的瓶頸。除此之外，汽車座椅上的低頻振動會增大駕駛員患腰背部疾病的概率，給他們帶來身體和精神上的傷害，但一直以來，動激勵的隔離和抑制，都是難以解決的問題。

技術實現要素：

本發明針對現有低頻隔振技術的不足，提出了一種基於形狀記憶合金絲超彈性效應的新型擬零剛度隔振裝置。本發明提出的擬零剛度隔振裝置，採用形狀記憶合金絲作為彈性元件，通過對形狀記憶合金絲的預拉伸處理，使其工作在超彈性工作區間。在此超彈性工作區間，形狀記憶合金絲較大的變形引起的恢復力基本保持不變，因此形狀記憶合金隔振裝置可以取得超低動剛度。以形狀記憶合金絲為彈性元件的隔振裝置，可以有效隔離低頻的振動。

為了實現上述要求，本發明所採取的技術方案是：本發明提出的擬零剛度隔振裝置主要由上蓋板、滑輪組、形狀記憶合金絲、工作平臺、柔性薄膜（波紋管），流體介質裝置等部件組成。

所述流體介質裝置兩端分別為一箱體，中間相通。左端箱體上側與工作平臺相連接，右端箱體上側與上蓋板相連接，連接處採用柔性薄膜連接，柔性薄膜具有良好伸縮性。工作平臺與上蓋板面積比為10:1（可根據需要調整）。裝置內部為流體（氣體，液體均可，根據需要選擇）。

所述工作平臺上放置需要隔振的動力裝置等振源。

所述上蓋板裝置與流體介質裝置右端箱體通過柔性薄膜相連。上蓋板兩側分別固定滑輪組。

所述滑輪組左右兩側各三組，分別固定於上蓋板、流體介質裝置右端箱體上部、底部，每側的三組滑輪組之間以形狀記憶合金絲纏繞。最底部滑輪組處安裝搖柄，對形狀記憶合金絲進行預拉伸處理。滑輪組數及合金絲纏繞圈數可根據激振力大小進行選擇控制。

所述形狀記憶合金絲必須工作在超彈性工作區內。

此擬零剛度隔振裝置主要具有很高的靜態支撐剛度和基本為零的動態振動剛度。相比於傳統隔振方式，可以有效的使隔振系統的固有頻率基本為零，下面詳細描述如何實現上述特點：

當振源靜止沒有振動時，流體介質裝置中充滿流體，通過搖柄對纏繞在滑輪組之間的形狀記憶合金絲進行預拉伸，預拉伸後形狀記憶合金絲受到應力作用，使上蓋板受到向下的拉力，擠壓流體，產生壓強。因工作平臺的面積是上蓋板面積的數十倍，所以相同的壓強下，工作平臺所受支持力是合金絲所受應力的數十倍，合金絲纏繞的圈數可以根據振源的質量進行選擇控制。這樣，合金絲較小的應力可以支持較大重量的振源，利於合金絲充分作用於超彈性區域。調節合金絲預拉伸量，使得工作平臺底面所受的作用力與振源重量相等，以支撐振源質量。這樣就可以很好的保證其靜態下的支撐剛度。無需精密調節裝置，就可以保證其在靜止狀態下的支撐穩定性。

隔振裝置處於工作狀態時，工作平臺上下振動，會使得流體介質裝置內腔容積發生變化，從而引起內部壓強產生變化，但是工作平臺、上蓋板與流體介質裝置之間連接的柔性薄膜具有良好的伸縮性，壓力增強會使柔性薄膜面積更加伸展，增大內腔容積，降低內腔壓強；反之亦然。使得流體介質裝置內壓力保持相對恆定，整體維持一個相對恆定的較高的靜剛度實現對振源的支撐。

當工作平臺上振源振動時，工作平臺位置發生上下偏移，會使上蓋板的位置發生相反的偏移，因工作平臺的面積是上蓋板面積的數十倍，所以，上蓋板上下移動的距離會是工作平面的數十倍，使合金絲有較為明顯的應變，利於合金絲充分發揮作用。分別固定在上蓋板和流體介質裝置上的滑輪組之間也會發生相對運動，使纏繞在滑輪組上面的形狀記憶合金絲的拉伸率不斷發生變化，即，應變發生變化。而採用的形狀記憶合金絲是一種具有滯回曲線寬度極窄特點的合金絲，經過預拉伸處理達到超彈性區域後，在一定範圍內，其應變無論是繼續增加抑或減少，所受恢復力大小基本維持不變，即靜態剛度基本不變，動態剛度基本為零。因此，在振動時，形狀記憶合金絲可以維持基本為零的動剛度，使得系統的諧振頻率接近於零。因此，本隔振裝置能有效隔離超低頻振動。

和傳統隔振裝置相比，本擬零剛度隔振裝置具有以下優點：

1. 用形狀記憶合金絲代替傳統的彈性元件，通過對形狀記憶合金絲的預處理使其工作在超彈性區域，在此區域工作的形狀記憶合金絲在產生較大的變形時，恢復力基本保持不變，因此，形狀記憶絲可以取得超低的動剛度，使得系統的諧振頻率接近於零。因此，本隔振裝置能有效隔離超低頻振動。

2. 本隔振裝置結構簡單，成本較低，工作平臺與上蓋板面積比可根據需要調整；流體介質裝置內部為流體，可根據需要選擇；滑輪組數及合金絲纏繞圈數也可根據激振力大小進行選擇控制，工作帶寬具有自適應能力。

3. 因工作平臺的面積是上蓋板面積的數十倍，所以相同的壓強下，工作平臺所受支持力是合金絲所受應力的數十倍，這樣，合金絲較小的應力可以支持較大重量的振源，利於合金絲充分作用於超彈性區域。同樣因工作平臺的面積是上蓋板面積的數十倍，所以，上蓋板上下移動的距離會是工作平面的數十倍，使合金絲有較為明顯的應變，利於合金絲充分發揮作用。

所以，本發明提出一種採用形狀記憶合金的隔振裝置，將隔振系統的固有頻率大幅降低至基本為零，從根本上解決現有的低頻隔振所遭遇的技術難題，且結構簡單，工作帶寬具有自適應能力。

附圖說明

圖1 是採用形狀記憶合金絲的滯回曲線示意圖；

圖2是隔振裝置無振動時的示意圖；

圖3是隔振裝置工作平臺向下振動時的示意圖；

圖4是隔振裝置滑輪組具體分布的示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖來說明本發明的設計思想。

如圖1所示，A點是形狀記憶合金絲經預拉伸處理後在滯回曲線上的位置點，B點是合金絲在A點預處理基礎上應變繼續增大後達到的位置點，C點是在A點預拉伸長度基礎上應變減小時的位置點。可以看出，A、B都在滯回曲線的上平臺，縱坐標（應力）不變；而C處於滯回曲線下平臺，由於滯回曲線寬度極窄，上下平臺幾乎重合，所以A、C的縱坐標（應力）幾乎相同。綜上，此種形狀記憶合金絲在超彈性範圍內，應變無論增大還是縮小，恢復力基本保持不變，即靜態剛度基本不變，動態剛度基本為零。

如圖2所示，本實施例中工作平臺1上安置有振源，流體介質裝置3內充滿流體，工作平臺1與流體介質裝置3之間通過柔性薄膜2連接，上蓋板6與流體介質裝置3之間通過柔性薄膜5連接。上蓋板6、流體介質裝置右端箱體上部、底部分別安有滑輪組7、8、10，滑輪組7、10、8之間纏繞形狀記憶合金絲9，滑輪組10上安有搖柄，形狀記憶合金絲9須經搖柄預拉伸處理至超彈性階段。

本實施例中振源工作時，工作檯1不斷上下振動，使工作檯1、柔性薄膜2、流體介質裝置3之間的容積發生變化，當工作檯1下降時，壓縮內腔，導致流體壓強增大，柔性薄膜2、5受壓，面積進一步拉伸，內腔容積增大。如圖3所示，工作檯1下降，柔性薄膜2、5受壓，上蓋板6上升，壓強減小恢復到原流體壓強；反之亦然。上述過程使得流體介質裝置3內壓力始終保持恆定，使得裝置整體維持一個相對恆定的較高的靜剛度實現對振源的支撐。

本實施例中振源工作時，振動傳遞到工作檯1上，工作檯1不斷上下振動，如圖3所示，當工作檯1有向下的位移時，滑輪組7、8、10上的形狀記憶合金絲9伸長，據前面介紹的形狀記憶合金絲特性，纏繞在滑輪組7、8、10的形狀記憶合金絲9上所受應力幾乎不變，系統獲得了幾乎不變的靜剛度和幾乎為零的動剛度，反之亦然，從而使得整個振動系統獲得了接近於零的固有頻率，進而實現超低頻隔振效果。

如圖4所示，是隔振裝置滑輪組具體分布的示意圖，滑輪組兩側對稱分布，滑輪組數及合金絲纏繞圈數可根據激振力大小進行選擇控制。

本發明的技術方案不限於上述具體實施例的限制，凡是根據本發明的技術方案做出的技術變形，均落入本發明的保護範圍之內。