負剛度隔振技術

正文

摘要：在低頻干擾的環(huán)境中隔振秆乳，需要滿足隔振系統(tǒng)的固有頻率足夠小懦鼠，這在工藝和彈性元件選擇上都有一定的困難。此處提供一種通

過剛性彈簧與負剛度結構相結合的方法屹堰，在低頻隔振上實現(xiàn)優(yōu)良的性能肛冶。

一、剛度

剛度是一個比較寬泛的概念扯键，表示的意思類似于胡克定律中的勁度系數(shù)k,

F = -k*x

k越大睦袖，表示引起形變x所需要的力F越大，x與F的方向相反荣刑，這里的k就是彈簧的剛度扣泊。

在隔振的應用中，剛度通常是指抵抗形變的能力嘶摊，表現(xiàn)為力與位移的斜率，即比例系數(shù)评矩，剛度越大表示越難發(fā)生形變叶堆。

k = df/dx

剛度的大小與材料，幾何形狀斥杜，具體截面都有關系虱颗。

二沥匈、負剛度

由于剛度為力與位移的斜率，如果位移越大忘渔，所需要的力越大高帖，這時為正剛度，而如果位移越大畦粮，需要的力越小散址，這時為負剛度。負剛

度可以通過某種方法和結構實現(xiàn)宣赔，比如壓桿失衡预麸。

 

如果一根桿在兩端施以軸向向心推力，且桿發(fā)生了彎曲儒将，在2狀態(tài)時的彎矩要大于1狀態(tài)時的彎矩吏祸，桿更容易發(fā)生進一步彎曲變形，所

需要的力F也更小钩蚊，這時表現(xiàn)為負剛度贡翘。

結構在收到?jīng)_擊時的穩(wěn)定性，多數(shù)情況下取決于結構的負剛度階段下的變形能力和殘余載荷能力砰逻。

三鸣驱、利用負剛度隔振

使用正剛度設計結構作為隔振，在激振頻率等于固有頻率的時候诱渤，往往會發(fā)生激振丐巫，使震動傳遞效率產(chǎn)生一個峰值。常規(guī)結構通過阻尼

來降低激振峰值勺美，但是同時又會大幅降低隔振效果递胧。

如圖λ為激振頻率與固有頻率的比值，ξ為粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)的比值赡茸。

而我們采用負剛度隔振的結構如圖：

在垂直方向缎脾，將具有正剛度的彈簧，與具有負剛度的結構結合占卧。

 

在水平方向遗菠，通過束柱串聯(lián)垂直方向運動的隔離器提供水平方向運動的隔離，載物臺的稱重豎直作用與柱體华蜒，在發(fā)生水平位移時彈性力

提供的正剛度與臺面重力作用下的負剛度結合辙纬。

整體結構可以獲得很低的橫向和縱向固有頻率和很高的內(nèi)部結構頻率，擋支持的重量W時叭喜，隔離器整體的剛度可以趨近于零贺拣。

四、應用

低剛度意味著結構有很低的共振頻率，隔振頻率可以從很低開始譬涡。

 

如圖為氣浮隔振與上述負剛度結構隔振效果的對比闪幽。

其優(yōu)異的隔振效果廣泛應用于，適用于所有需要進行高效隔振的實驗平臺涡匀，目前為止盯腌，已應廣泛用在包括納米技術、生物科學陨瘩、半導

體腕够、材料研究、航天器零重力模擬以及高端音頻等領域拾酝。

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