一种非线性刚度悬架及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性刚度悬架，包括下平台、固定座、推杆、水平弹簧、第一滚子、X型杆、上平台、槽型结构、导轨台、固定支座、滑动板支撑、第一销子、第二销子、第二滚子、第三销子、第四销子、螺纹丝杆、把手以及推块。本发明专利技术还公开了一种非线性刚度悬架的设计方法。本发明专利技术有益效果如下：比起凸轮结构，槽型结构更容易实现较大行程的运动，从而能够在较大位移范围内得到非线性刚度特性；槽型结构倾斜角可调，具有更多的适用场合。更多的适用场合。更多的适用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性刚度悬架及其设计方法


[0001]本专利技术涉及减振
，具体涉及可应用于船舶设备减振、座椅减振等，通过不同倾斜角度的槽面或不同的槽面曲线，实现非线性刚度特性的非线性刚度悬架及其设计方法。

技术介绍

[0002]目前的减振结构大多专注于高频小幅振动的控制，而在低频减振领域，诸如海上船舶的减振，目前的一些结构则存在着许多弊端，使用较多的凸轮滚子结构仅在一定范围内具有良好非线性刚度特性，且当载荷改变时需要对结构进行一定的调节，大行程的非线性刚度实现需要更大的凸轮半径，从而无法有效的将该结构应用于大行程的减振场景中。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种非线性刚度悬架及其设计方法，其结构较为简单，可在较大范围内实现非线性刚度的特性，能够应用于低频大行程的减振场景中，从而解决
技术介绍
中设计的技术问题。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种非线性刚度悬架，包括下平台、固定座、推杆、水平弹簧、第一滚子、X型杆、上平台、槽型结构、导轨台、固定支座、滑动板支撑、第一销子、第二销子、第二滚子、第三销子、第四销子、螺纹丝杆、把手以及推块，所述下平台与所述上平台上下间隔设置，所述固定座数量为两个且分别安装于所述下平台和所述上平台相互正对的两个表面上且相正对设置；所述X型杆数量为两根，所述X型杆的一端与所述下平台上的所述固定座铰接，另一端安装有所述第一滚子且通过所述第一滚子抵接于所述上平台；另一根所述X型杆的一端与所述上平台上的所述固定座铰接，另一端安装有所述第一滚子且通过所述第一滚子抵接于所述下平台；两根所述X型杆的交叉处通过所述第一销子铰接；所述槽型结构固定于所述X型杆上；所述导轨台安装于所述下平台上，所述导轨台的顶部设有导轨，所述固定支座固设于所述导轨台的顶部，所述螺纹丝杆安装于所述固定支座上且与所述固定支座螺纹连接，所述滑动板支撑安装于所述导轨台的顶部并可沿所述轨道移动，所述把手和所述推块分别安装于所述螺纹丝杆的两端且所述推块抵接于所述滑动板支撑，所述推杆装配于所述滑动板支撑上并可沿所述滑动板支撑移动，所述第二滚子可转动的安装于所述推杆的一端且抵接于所述槽型结构上，所述水平弹簧套设于所述推杆上且一端固设于所述推杆的另一端，另一端固设于所述滑动板支撑。
[0006]作为本专利技术的一种优选改进，所述X型杆通过第二销子分别与上、下平台上的固定座铰接。
[0007]作为本专利技术的一种优选改进，所述第一滚子通过第三销子分别与两根所述X型杆铰接。
[0008]作为本专利技术的一种优选改进，所述第二滚子通过第四销子与所述推杆铰接。
[0009]作为本专利技术的一种优选改进，所述固定座为双耳固定座。
[0010]作为本专利技术的一种优选改进，所述把手为五角星把手。
[0011]本专利技术还提供了一种所述的非线性刚度悬架的设计方法，该设计方法包括如下步骤：
[0012]步骤一、假设某时刻安装有槽型结构的X型杆与水平面的倾斜角为θ，并进一步假设槽型结构安装在点A处，则以A处为原点建立t
‑
s坐标系，槽型结构在t
‑
s坐标系中的曲线方程为则与槽型结构的倾斜角度一一对应，第二滚子在槽型结构上的接触点为点M；再在固定座中轴线O处建立y
‑
x坐标系，则槽型结构的曲线方程在两坐标系中的转换关系可由下式(1)到(3)表示：
[0013][0014]即为：
[0015][0016][0017]其中，s是t
‑
s坐标系中的横坐标，l是安装点距离X型杆下端的距离；
[0018]步骤二、设接触点M在t
‑
s坐标系中的坐标为水平弹簧安装高度为H，接触点M在y
‑
x坐标系中的坐标为(x
M
，H)；令式(3)中y＝H，将代入即可得到s
M
与θ的关系，记为：
[0019]s
M
＝f1(θ)
ꢀꢀ
(4)
[0020]其中，f1是函数符号，用来表征s
M
与θ的关系；
[0021]将式(4)代入式(2)中，即可将接触点M在y
‑
x坐标系中的横坐标x
M
用θ来表示，记为：
[0022]x
M
＝f2(θ)
ꢀꢀ
(5)
[0023]其中，f2是函数符号，用来表征x
M
与θ的关系；
[0024]步骤三、设X型杆初始倾角为θ0，则点M的在y
‑
x系中的初始横坐标可表示为：
[0025][0026]从而水平弹簧拉伸量的变化量Δx可表示为：
[0027][0028]其中，x
M
是点M在y
‑
x坐标系中任意时刻的横坐标，是点M在y
‑
x坐标系中初始平衡状态的横坐标；
[0029]步骤四、设水平弹簧的预拉伸量为δ0，弹性系数为k
h
，则弹簧弹力f
h
由下式给出：
[0030]f
h
＝k
h
(δ0+Δx)
ꢀꢀ
(8)
[0031]由式(5)、(6)、(7)、(8)以及给定的初始倾斜角θ0可得弹簧弹力f
h
与杆倾斜角θ的关系：
[0032]f
h
＝f3(θ)
ꢀꢀ
(9)
[0033]其中，f3是函数符号，用来表征f
h
与杆倾斜角θ的关系；
[0034]上平台在竖直方向的位移h可由下式给出：
[0035]h＝L(sinθ0‑
sinθ)
ꢀꢀ
(10)
[0036]其中，L是X型杆的总长度；
[0037]对于X型结构、槽型结构、滚轮
‑
推杆结构组成的整体，列虚功方程：
[0038]δW＝0
ꢀꢀ
(11)
[0039]其中，δ表示微小量，W是虚位移所产生的总的虚功；
[0040]即：
[0041]F
·
δy
G
+f
h
·
δx
M
＝0
ꢀꢀ
(12)
[0042]以θ为参数写出点G的坐标yG：
[0043]y
G
＝Lsinθ
ꢀꢀ
(13)
[0044]其变分为：
[0045]δy
G
＝Lcosθδθ
ꢀꢀ
(14)
[0046]点M的坐标x
M
由式(5)给出，其变分为：
[0047]δx
M
＝f2′
(θ)δθ
ꢀꢀ
(15)
[0048]其中，f2′
是表征x
M
关于θ的导数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性刚度悬架，其特征在于，包括下平台、固定座、推杆、水平弹簧、第一滚子、X型杆、上平台、槽型结构、导轨台、固定支座、滑动板支撑、第一销子、第二销子、第二滚子、第三销子、第四销子、螺纹丝杆、把手以及推块，所述下平台与所述上平台上下间隔设置，所述固定座数量为两个且分别安装于所述下平台和所述上平台相互正对的两个表面上且相正对设置；所述X型杆数量为两根，所述X型杆的一端与所述下平台上的所述固定座铰接，另一端安装有所述第一滚子且通过所述第一滚子抵接于所述上平台；另一根所述X型杆的一端与所述上平台上的所述固定座铰接，另一端安装有所述第一滚子且通过所述第一滚子抵接于所述下平台；两根所述X型杆的交叉处通过所述第一销子铰接；所述槽型结构固定于所述X型杆上；所述导轨台安装于所述下平台上，所述导轨台的顶部设有导轨，所述固定支座固设于所述导轨台的顶部，所述螺纹丝杆安装于所述固定支座上且与所述固定支座螺纹连接，所述滑动板支撑安装于所述导轨台的顶部并可沿所述轨道移动，所述把手和所述推块分别安装于所述螺纹丝杆的两端且所述推块抵接于所述滑动板支撑，所述推杆装配于所述滑动板支撑上并可沿所述滑动板支撑移动，所述第二滚子可转动的安装于所述推杆的一端且抵接于所述槽型结构上，所述水平弹簧套设于所述推杆上且一端固设于所述推杆的另一端，另一端固设于所述滑动板支撑。2.根据权利要求1所述的一种非线性刚度悬架，其特征在于：所述X型杆通过第二销子分别与上、下平台上的固定座铰接。3.根据权利要求1所述的一种非线性刚度悬架，其特征在于：所述第一滚子通过第三销子分别与两根所述X型杆铰接。4.根据权利要求1所述的一种非线性刚度悬架，其特征在于：所述第二滚子通过第四销子与所述推杆铰接。5.根据权利要求1所述的一种非线性刚度悬架，其特征在于：所述固定座为双耳固定座。6.根据权利要求1所述的一种非线性刚度悬架，其特征在于：所述把手为五角星把手。7.一种如权利要求1
‑
6任意一项所述的非线性刚度悬架的设计方法，其特征在于，该设计方法包括如下步骤：步骤一、假设某时刻安装有槽型结构的X型杆与水平面的倾斜角为θ，并进一步假设槽型结构安装在点A处，则以A处为原点建立t
‑
s坐标系，槽型结构在t
‑
s坐标系中的曲线方程为则与槽型结构的倾斜角度一一对应，第二滚子在槽型结构上的接触点为点M；再在固定座中轴线O处建立y
‑
x坐标系，则槽型结构的曲线方程在两坐标系中的转换关系可由下式(1)到(3)表示：即为：即为：
其中，s是t
‑
s坐标系中的横坐标，l是安装点距离X型杆下端的距离；步骤二、设接触点M在t
‑
s坐标系中的坐标为水平弹簧安装高度为H，接触点M在y
‑
x坐标系中的坐标为(x
M
，H)；令式(3)中y＝H，将代入即可得到s
M
与θ的关系，记为：s
M
＝f1(θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，f1是函数符号，用来表征s
M
与θ的关系；将式(4)代入式(2)中，即可将接触点M在y
‑
x坐标系中的横坐标x
M
用θ来...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁东红，蔡泽华，吕志远，刘贵杰，杜海平，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：