惯容准零刚度隔振器动态特性研究

将惯容器运用于准零刚度（quasi?zero stiffness,简称QZS）隔振器中,根据惯容器、弹簧与阻尼器的布置形式,提出并联式与串联式惯容准零刚度隔振器。研究两种惯容准零刚度隔振器在简谐力激励下的动态特性,运用谐波平衡法求解系统的动态响应,揭示两个主要的结构参数（惯质比与刚度比）对系统动态特性的影响规律,定义动态位移峰值、力传递率峰值、隔振频带以及高频带的力传递率4个性能评价指标来评价系统的隔振性能。研究表明,相较准零刚度隔振器,并联式惯容准零刚度隔振器的力传递率峰值较小,隔振频带较宽,但动态位移峰值与高频带的力传递率较大;串联式惯容准零刚度隔振器能拓宽准零刚度隔振器的隔振频带,高频带的力传递率都趋于零,但动态位移峰值与力传递率峰值较大。研究内容为将惯容器运用于准零刚度低频隔振领域具有理论指导意义。     

仿足弓准零刚度隔振器特性分析与实验

为满足光学精密仪器更高的精度及动态特性要求,解决其安装空间逼仄与宽频域隔振的矛盾,提出了一种由屈曲梁与黏弹性材料并联构成的仿生准零刚度隔振装置,并建立了该仿生隔振装置的非线性动力学模型,结合谐波平衡法对其振动传递特性进行了分析。仿真与实验结果表明：当频率比大于15时,振动幅值传递率小于0.2,系统共振区振动幅值传递率低于0.75,隔振效果良好。该结论验证了仿足弓准零刚度隔振器的有效性,为光学精密仪器复杂隔振系统设计提供了参考。     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性,设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先,阐述了该隔振器的隔振原理,建立了数学模型,分析了隔振器的静力学特性;其次,采用平均法研究了振动的主共振响应,得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率,并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明：该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角,来适应负载的变化,而且角度增加能削弱共振,降低起始隔振频率;隔振器同时还具有渐硬-渐软特性,能压缩共振频段,降低向下跳跃频率,可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

准零刚度扭转隔振器振动传递特性研究

针对一种应用连杆弹簧负刚度结构所设计的正负刚度并联扭转隔振器,通过分析其设计参数,得到了其在静平衡位置达到准零刚度的条件。针对所述系统,建立二自由度非线性动力学微分方程,应用谐波平衡法求解了准零刚度隔振器的振动响应。考虑激励幅值、系统阻尼和转动惯量等因素,从扭转振动力矩传递和扭转振动功率流传递两个角度分析了准零刚度隔振系统的非线性振动传递特性。结果表明,此隔振系统具有良好的低频隔振效果,且表现为振动传递的硬特性;从功率流角度的分析还表明,系统的瞬时传递功率流峰值与输入功率流和耗散功率流的变化趋势保持一致。在低于共振区域的低频区间内,隔振系统前后两端的转动惯量对系统振动具有较大影响。最后,对扭转隔振器的振动隔离特性进行了试验验证,试验结果表明,隔振器具有良好的低频振动隔离特性。     

零刚度交叉簧片柔性铰链的设计与仿真

零刚度柔性铰链利用负刚度系统抵消功能方向正刚度特性,具有驱动力小、传动效率高等优点,是构建复杂柔性静平衡机构的基本模块.而建立正确的理论模型,分析铰链静平衡条件是设计零刚度柔性铰链的关键所在.基于广义交叉簧片柔性铰链解析刚度表达,综合零长弹簧转动负刚度原理,分别建立利用双弹簧和单弹簧实现的零刚度交叉簧片柔性铰链模型,继而得出各自的静平衡条件.最后,通过有限元仿真结果佐证了理论模型的正确性.     

新型准零刚度非线性悬置座椅特性分析与参数匹配

为有效解决车辆传统线性座椅振动舒适性差、非线性座椅成本高且可靠性差的问题,提出了一种基于连杆-剪式隔振机构的新型非线性悬置座椅。利用准零刚度理论建立座椅数学模型,探明座椅可变承载特性、低频隔振特性及其影响规律和关键参数可行设计域,进而提出悬置刚度解析匹配方法和建立减振器非线性阻尼匹配数学模型。通过样机试验对比,验证所建模型和所提方法的正确性及座椅能效。结果表明,新型座椅振动舒适性比传统线性座椅提高了35%且与传统非线性座椅相当;新型座椅成本是传统非线性座椅的一半,且失效条件下舒适性比传统非线性座椅提高14%以上。     

准零刚度绝对位移传感器设计及运用

设计了一种准零刚度（QZS）绝对位移传感器。分析了QZS传感器的结构参数,得到了保证QZS传感器特性的参数要求。给定不同激励,对QZS传感器测量精度及响应速度进行了检测,并分析总结QZS传感器的一些不足及其使用范围。将QZS 传感器运用于Stewart平台的速度反馈,通过谐波平衡法得到平台z轴、绕x轴、绕y轴方向的幅频特性曲线。仿真结果表明,QZS传感器能够有效地测量平台z轴、绕x轴、绕y轴方向的绝对位移。     

基于欧拉梁的准零刚度隔振系统动力特性分析

将两端受轴向压力的欧拉梁和线性弹簧并联,组成一个具备高静刚度和低动刚度的准零刚度隔振器。通过对隔振系统进行静力分析,给出系统具备准零刚度特性所需的条件。利用谐波平衡法求解系统的振动微分方程,分析系统的幅频特性,给出了系统的力传递率,讨论了阻尼、激励力等参数对系统传递率的影响。最后分析了该隔振系统的跳跃频率。研究结果表明：激励力以及初始偏移量的增大会使系统的隔振效果变差,因此要控制激励力的大小并尽量避免超载;阻尼比的选取需要综合考虑高频的隔振效果和有效隔振频率范围。     

准零刚度隔振系统跳跃频率区间隔振研究

基于跳跃频率区间内准零刚度隔振系统的隔振效果具有不确定性的问题,提出了一种阻尼扰动控制方法。当控制系统阻尼增大到一定程度时,向下跳跃频率将低于激振频率,在原共振支上的大幅振动响应便会失稳并跌落到低幅振动的非共振支上,在此过程中借助范德波尔平面来判断何时撤除阻尼控制,从而实现了跳跃频率区间内的有效隔振,拓宽了准零刚度隔振系统的有效隔振频率区间。     

正,负刚度并联结构的稳定性及应用研究

从判定系统静态稳定性的能量准则出发，推导了判定弹性系统静态稳定性的刚度准则，从而十分方法地解决了正、负刚度并联结构的稳定性问题，文中还对此结构在振动控制中的应用进行了研究。     

钢丝绳隔振器静力测试台研制

为测试钢丝绳隔振器的承载力、容许位移量和静刚度等静力特性，研制了钢丝绳隔振器静力测试台。该测试台采用3套独立的液压系统分别对可沿垂直向导向柱滑动的垂直导向板和可作水平横向、水平纵向滑动的3层叠合结构加载，通过测力传感器和数显标尺测试加载力和隔震器位移。该测试台既可对隔振器进行单向加载，又可进行二向或三向不同力值的加载，结构简单，设计合理，稳定可靠，为钢丝绳隔振器的研制和检测提供了手段。     

气动准零非线性隔振器的刚度特性与参数调控

针对大载荷、低动态频率的机械装备的隔振需求,提出了气动准零刚度非线性隔振技术方案,利用气体负压为静载、波纹管结构提供动刚度,实现了隔振装置的高静态低动态刚度特性。阐述了光滑型气动准零隔振器的结构及工作原理,根据气体状态方程推导了隔振装置的非线性刚度理论模型。为了得到符合设计要求的刚度特性,分别研究了气体占比与初始压强等参数对隔振装置刚度特性的调控规律,发现了合理的气/液比例,既可以实现较低的动态刚度,同时起到大幅振动下位移限位的效果。探讨了过载加速度对隔振系统固有特性的影响,研究发现,过载的存在使得隔振静平衡位置偏离设计的平衡点,因此其线化系统固有频率会发生较明显的变化,这是工程设计根据实际情况需要考量的一点。     

变质量-负刚度动力吸振器试验研究

针对传统动力吸振器“窄带”缺陷,设计了一种新型的变质量-负刚度动力吸振器,从而可以使吸振器具有较好的低频有效性。建立变质量-负刚度动力吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理;搭建了变质量-负刚度动力吸振器试验台,编制了PID控制程序;对吸振器减振性能进行了动力学仿真和试验研究。研究结果表明,所设计的吸振器连续可调,有效频带比传统吸振器频带宽了17.3%。     

圆柱螺旋弹簧刚度的稳健性设计

稳健性设计是一种保证产品质量、降低成本的有效设计方法，在工业发达国家受到极大重视。就稳健性设计思想和方法作了概述，在此基础上提出了稳健性设计的一般数学模型，然后对圆柱螺旋弹簧刚度开展稳健性设计，提高了圆柱螺旋的设计质量。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

温度对橡胶隔振器刚度阻尼特性的影响

在不同温度( 20~80 ℃ )下对橡胶材料进行了单轴静态拉伸试验与动态频率扫描试验,分析了应力应变关系、储能模量及损耗模量随温度的变化规律,拟合获得了不同温度下表征橡胶力学性能的超弹性和粘弹性本构模型参数。对某倒 V 形橡胶隔振器进行了不同温度本构参数下的静态与动态仿真,结果表明,温度对橡胶隔振器力学性能有较大影响,研究结果可为橡胶隔振器的工程应用提供参考。     

振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计计算

介绍了振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计及传动计算。采用阿线盘传动特性实现三个移动支座定心同步径向移动,以同步改变三根弹性支承梁悬伸量而达到调频的目的。通过变刚度装置结构方案、弹性支承梁尺寸和阿线盘传动动力等设计计算和样机试验,固频调谐效果显著;弹性支承调节为50-300mm时,能保证系统固频在10-120Hz内调谐,具有较好的实用价值。