【技术实现步骤摘要】
二维平面负刚度装置
[0001]本专利技术涉及一种精密减振装置，具体地说是一种二维平面负刚度装置。
[0002]背景介绍
[0003]过大的振动会造成许多危害，例如影响精密仪器的工作性能、降低车辆的乘坐舒适度、甚至造成结构的损坏等等。为缓解振动造成的不利影响，产生了各种振动控制技术。目前，振动控制技术可分为三类：被动控制、半主动控制和主动控制。具体的减振装置包括：粘性流体阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、调谐质量阻尼器、可变孔阻尼器、磁流变液体可变阻尼器、电流变液体可变阻尼器、可变摩擦阻尼器和主动减振系统等。
[0004]振动控制技术已在机械和土木工程领域得到了广泛引用。半主动和主动振动控制技术与被动振动控制技术相比，往往可以取得更好的振动控制效果。在主动控制技术中，其执行装置经常需要产生具有显著负刚度特性的控制力
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变形关系。此发现激发研究人员寻求一种被动式负刚度装置(negative
‑
stiffness device,NSD)，产生与主动控制系统相似或相同的滞回特性，从而达到...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二维平面负刚度装置，其特征在于，包括曲面(4)、万向轮(5)、伸缩杆(2)、固定框架(3)；其中万向轮(5)通过伸缩杆(2)与隔振结构(1)相连，曲面(4)通过固定框架(3)与基础相连，反之亦可；所述伸缩杆(2)提供预压力，并通过万向轮(5)施加在曲面(4)上；曲面(4)对万向轮(5)的反作用力则可通过曲面(4)的弧度进行调节；根据预压力的特性设计曲面(4)弧度，调节曲面(4)对于万向轮(5)的反作用力，从而在与预压力垂直的方向上产生所需的线性或非线性的负刚度力，并通过万向轮(5)和伸缩杆(2)传递到隔振结构(1)上，起到减振作用。2.根据权利要求1所述的一种二维平面负刚度装置，其特征在于，装置设计方法具体如下：以曲面(4)几何中心为原点建立坐标系，其中，纵轴y轴的方向与预应力的方向平行，横轴x轴的方向与预应力的方向垂直；施加在曲面(4)上的预压力P(y)与y轴方向上的位移关系可用公式(1)表达：其中，P0为初始预压力，k1为线性刚度系数，k
2n+1
为非线性刚度系数(n>0)；F
n
(x)为所需的负刚度力，是曲面(4)对万向轮(5)在垂直于预应力方向上、即x轴方向上的反作用力,F
n
(x)与x轴方向上的位移关系为：其中，F0为初始负刚度力，k1’
为线性负刚度系数(k1’
<0)，k
2n+1
‘
为非线性刚度系数(n>0)；夹角α是曲面(4)弧度切线方向(dy/dx)与x轴方向的夹角，力F
n
(x)、P(y)和曲面(4)弧度之间的关系为：依据公式(3)，可以根据预压力P(y)与所需的负刚度力F
n
(x)，而设计特定曲面(4)弧度；曲面(4)弧度的计算公式为：∫P(y)dy＝∫F
n
(x)dx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)积分后得曲面(4)形状表达式：其中C为常数，可根据负刚度的行程需求确定；依据公式(5)所计算出的曲面(4)弧度，围绕其对称轴旋转360
°
,即可获得所需二维曲面(4)，万向轮(5)可在曲面(4)上沿任意方向运动，因此可在二维平面的任一方向上产生负刚度力，包括线性负刚度力与非线性负刚度力。
3.根据权利要求1所述的一种二维平面负刚度装置，其特征在于，所述二维平面负刚度装置可以应用到单自由度系统或多自由度系统中。4.根据权利要求1所述的一种二维平面负刚度装置，其特征在于，在设计中，针对线性负刚度力，说明如下：1)如对曲面(4)施加的预应力为恒定的力,即P(y)＝P0，在垂直于预应力的方向上需得到线性负刚度力且在零位移处负刚度力为零，即F
n
(x)＝k1'x，(负刚度系数k1’
<0)；依据公式(5)求得到曲面(4)形状的表达式为：2)对曲面(4)施加的预应力为线性变化的力，即P(y)＝k1y+P0，在垂直于预应力的方向上需得到线性负刚度力且在零位移处负刚度力为零，即F
n
(x)＝k1'x，(负刚度系数k1’
<0)；依据公式(5)求得到曲面(4)形状的表达式为：3)对曲面(4)竖直方向施加恒定的力,即P(y)＝P0，在垂直于预应力的方向上需得到线性负刚度力且在零位移处负刚度力不为零，即F
n
(x)＝k1'x+F0(负刚度系数k1’
<0)；依据公式(5)得到曲面(4)形状的表达式为：4)...
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