负刚度结构的座椅悬架优化及隔振分析

为进一步提升车辆座椅悬架的隔振性能,利用连杆弹簧负刚度结构与正刚度弹性元件并联的方式,设计了 一种具有准零刚度的座椅悬架系统.基于多 目标参数协调优化原理,进行了结构参数优化,获得了使座椅悬架刚度动刚度趋于准零刚度的最佳值.通过对座椅悬架隔振系统的动力学响应分析,以及仿真实验,验证了座椅悬架隔振系统优化的有效性.研究结果表明,采用连杆弹簧负刚度结构的座椅悬架系统能有效提升座椅的隔振效果,并可降低系统本身的固有频率,实现低频和超低频隔振.     

新型非线性超低频水平隔振系统的研制

通过对正负刚度并联隔振机理的分析,研制了新型正倒摆并联非线性超低频水平隔振系统。其正摆具有正刚度特性,倒摆具有负刚度特性。通过分析,得出了系统在平衡位置处的零刚度条件,系统水平刚度随两个摆长之比和下端弹簧刚度而变化的关系。试验研究表明：该隔振系统的固有频率由单一正摆时的1．75Hz降为0．5Hz,从而使其隔振频带加宽,隔振能力显著提高,而系统的结构保持较小尺寸。     

碟形弹簧负刚度在低频精密隔振中的应用研究

负刚度机构可用于系统的低频隔振,本文设计了一种新型的利用碟形弹簧负刚度的低频被动垂直隔振系统。碟形弹簧具有非线性变形特性,并且在一定条件下,碟形弹簧具有负刚度的特性。将碟形弹簧在负刚度区间与正刚度弹簧并联,通过合理选择参数,使得隔振系统的刚度在平衡点附近趋向于零,隔振系统的固有频率可以达到极低,从而使其隔振频带加宽,可实现低频隔振的目的。通过计算机仿真计算,证明并联机构具有良好的低频隔振效果。     

精密仪器用超低频非线性并联隔振系统研究

在分析了负刚度的形成机理基础上，设计研制了一种正负刚度并联的新型隔振系统。隔振系统采用负刚度机构在平衡点某一领域内抵消了弹性元件的部分正刚度，使隔振系统刚度呈现非线性，从而使得隔振系统总刚度趋向于零。经过设计，隔振系统具有高的支撑刚度和很低的运动刚度。在隔振系统中，可通过调节负刚度机构两端的受力情况来降低其固有频率。大量实验结果表明，该隔振系统的固有频率从10Hz降到1Hz，从而使得其隔振频带加宽，隔振能力显著提高，达到了较好的设计效果。     

剪叉式准零刚度隔振器的设计及其动力学仿真

针对工程实际中隔离微幅低频振动的难题,设计出一种能够增大负刚度机构介入程度的剪叉式准零刚度(QZS)隔振器。介绍剪叉式隔振器的设计原理,对其进行静力学分析,探索隔振器的力和刚度特性;比较剪叉式和连杆-弹簧式隔振器中负刚度机构弹簧的压缩量和刚度曲线;利用ADAMS仿真验证剪叉式隔振器的QZS特性和隔振效果,并对其隔振性能进行评价。结果表明,剪叉式隔振器的隔振性能优于线性隔振器,能够实现微幅低频振动的隔离。     

低频非线性隔振器的动力学分析

针对低频隔振效果较好的一种具有负刚度机理的无源隔振系统,给出了隔振系统的基本结构模型,对其进行了力学分析,建立了强非线性动力学微分方程.分别利用谐波平衡法和切比雪夫逼近法对该方程进行非线性近似求解和线性近似求解,并进行数字模拟仿真,通过对比得出了非线性较线性分析具有较高的精度,且在0.5Hz时可以纠正线性求解的错误,对低频隔振器的设计有着一定的指导意义.     

康复机器人准零刚度隔振特性分析与实验

为了解决康复机器人低频振动对人体的影响问题,提出并设计一种具有准零刚度特性的新型被动隔振机构,它由两个对称的具有负刚度特性的拉伸弹簧并联一个线性正刚度弹簧实现。首先,通过静力学特性,建立此隔振机构的力-位移和刚度-位移关系式,得出机构在静态平衡位置处具有准零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学特性,建立其分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性微分动力学方程,采用谐波平衡法分析机构参数与激励对系统力传递率、位移传递率的影响;最后,通过实验验证在有、无负刚度情况下,输入与输出的曲线。结果表明,在有负刚度机构的情况下,隔振系统具有一定范围的准零刚度特性,且低频隔振性能较好,达到了高静态、低动态刚度的效果。本研究对机器人低频隔振具有创新性和指导意义。     

可变解耦膜刚度半主动液阻悬置研究

分析一种新型的可变解耦膜刚度半主动液阻悬置的基本结构,测试其动特性。基于工程流体力学相关理论,建立与结构几何相关联,既能分析外特性、又能分析内特性的非线性集总参数模型。基于储能动刚度不动点的参数识别方法,对其空气室封闭与接通大气两种状态下的上液室体积刚度和橡胶主簧等效泵液活塞面积进行参数识别,结果表明两种状态因解耦膜刚度不同而显著改变上液室体积刚度。对所建模型进行动特性分析,经与试验结果对比,二者吻合良好,验证了模型的合理性和参数的正确性。在此基础上,建立单质量-半主动液阻悬置的隔振系统模型,对低频、高频及冲击等典型工况进行隔振性能仿真,基于力传递率探讨典型工况下系统的隔振性能,提出可变解耦膜刚度半主动液阻悬置的控制方式,对半主动液阻悬置的开发以及汽车动力总成的隔振降噪具有指导意义。     

精密隔振平台振动的模糊控制

采用混合隔振技术建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，并采用模糊控制理论设计其主动控制器。应用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真分析结果表明，该振动控制系统在较宽的频率范围内具有良好的减振效果，该系统可应用于超精密测量．制造设备的隔振领域。     

菱形负刚度机构HSLDS隔振器优化设计研究

提出一种采用菱形连杆负刚度机构的高静刚度、低动刚度隔振器(后简称菱形HSLDS隔振器)具体实现形式,针对菱形HSLDS隔振器优化设计需求,以隔振器在平衡位置处的无量纲刚度(称为零位刚度)、刚度曲线曲率(称为零位曲率)以及负刚度机构质量作为优化目标函数,结合拉簧国标参数系列与几何约束条件构建优化数学模型;采用分区搜索的NSGA-Ⅱ改进算法解决目标空间区域搜索效率不均导致的最优解分布问题;利用MSC.ADAMS软件对Pareto最优解选择方法进行仿真分析,并通过实物样机进行验证,结果表明:Pareto最优解中选择零位刚度较小的参数组,可以获得较好的低频隔振性能,并降低负刚度机构质量;零位刚度一致时选择零位曲率较小的参数组,也可获得较好的低频隔振性能,但会增加负刚度机构质量.     

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。     

A negative stiffness vibration isolator using magnetic spring combined with rubber membrane

The most important characteristic of a passive vibration isolator is its natural frequency and load capacity. The vibration isolation performance of a passive vibration isolator in low input frequencies is considerably improved by reducing its natural frequency. This paper presents a negative stiffness magnetic suspension vibration isolator (NSMSVI) using a magnetic spring combined with rubber membranes to obtain lower natural frequency. To study the vibration isolation performance of the NSMSVI, the stretching force of the rubber membrane is measured through experiments. The stiffness of the rubber membrane comes from the derivative of the stretching force. A parametric study of load capacity, axial magnetic stiffness, and natural frequency of the magnetic spring is also performed. Consequently, as a case study, the size dimensions of the magnetic spring are determined. An NSMSVI table is set up for experimental validation, after which the transmissibility curves of the NSMSVI are calculated and tested. Experimental results show that the lowest natural frequency of the NSMSVI reaches 1.5 Hz with a maximum attenuation of -40 dB between 0 Hz and 100 Hz, whereas the NSMSVI has the maximum load capacity at the lowest stiffness. This paper essentially provides an efficient method to construct a negative stiffness vibration isolator for practical applications.     

车辆动力装置变刚度隔振新方法

常规的车辆动力装置隔振系统无法兼顾低频隔振性能和高承载稳定性,迫切需要新方法、新技术实现两者统一。在分析不同行程区间刚度特性对隔振率和稳定性影响的基础上,提出了预压定刚度弹簧与变刚度弹簧并联的变刚度隔振新构型,阐述了依据隔振率和负载匹配定刚度及预压参数、依据稳定性优化变刚度参数的设计方法。新型隔振器不仅支承能力强,而且隔振频域宽,尤其是低频工作域的隔振效果显著提升。实车测试结果表明,在保证足够稳定性的提前下,额定工况下新型变刚度隔振系统的隔振率由原来的30.3%提高至83.5%。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

针对风机滚动轴承微弱故障信号所具有的非线性和非平稳特征及易被强背景噪声掩盖的特点，提出了一种变分模态分解(variational modal decomposition, 简称VMD)和最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution, 简称MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障诊断方法。为实现VMD和MCKD的参数自适应选择，采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, 简称PSO)，对两种算法中的参数进行优化。首先，利用PSO优化VMD算法中的α和K，再基于VMD对微弱故障信号分解后的结果，选取最优模态分量；其次，利用PSO优化MCKD算法中的L和T，再基于MCKD算法加强最优分量信号中的故障冲击成分；最后，通过包络谱提取出轴承微弱故障特征。仿真和试验均表明，此方法能够自适应增强轴承微弱故障中的冲击成分，有效提取出被强噪声淹没的轴承微弱故障特征。     

Active low-frequency vertical vibration isolation system for precision measurements

Low-frequency vertical vibration isolation systems play important roles in precision measurements to reduce seismic and environmental vibration noise. Several types of active vibration isolation systems have been developed. However, few researches focus on how to optimize the test mass install position in order to improve the vibration transmissibility. An active low-frequency vertical vibration isolation system based on an earlier instrument, the Super Spring, is designed and implemented. The system, which is simple and compact, consists of two stages: a parallelogram-shaped linkage to ensure vertical motion, and a simple spring-mass system. The theoretical analysis of the vibration isolation system is presented, including terms erroneously ignored before. By carefully choosing the mechanical parameters according to the above analysis and using feedback control, the resonance frequency of the system is reduced from 2.3 to 0.03 Hz, a reduction by a factor of more than 75. The vibration isolation system is installed as an inertial reference in an absolute gravimeter, where it improved the scatter of the absolute gravity values by a factor of 5. The experimental results verifies the improved performance of the isolation system, making it particularly suitable for precision experiments. The improved vertical vibration isolation system can be used as a prototype for designing high-performance active vertical isolation systems. An improved theoretical model of this active vibration isolation system with beam-pivot configuration is proposed, providing fundamental guidelines for vibration isolator design and assembling.     

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。     

囊式空气弹簧平衡性分析

空气弹簧是一种低频、高效隔振零件,目前已广泛应用于舰船以降低主要动力设备的振动与噪声传递。空气弹簧的平衡性严重影响了隔振系统的安全与可靠性,而帘线缠绕角是决定空气弹簧平衡性的关键。为定量分析帘线缠绕角对空气弹簧平衡性的影响,针对舰用JYQN囊式空气弹簧,对其囊体几何模型进行简化,进而依据弹性薄壳无矩理论,建立囊体平衡方程和边界条件,推导出囊体经向和纬向薄膜内力公式。结合囊体复合材料分析,给出囊体帘线平衡角计算公式,提出空气弹簧囊体的平衡性分析方法。当骨架帘线铺设角度接近平衡角时,此时得到的空气弹簧囊体在内压和承载作用下的变形最小,具有较好平衡性。建立帘线平衡角与空气弹簧设计有效面积之间的函数关系,为空气弹簧设计与研制提供了理论依据。     

磁流变弹性体变刚度隔振系统的设计与仿真分析

磁流变弹性体兼有磁流变液和弹性体的优点,其剪切模量可由外加磁场控制,在振动控制等方面具有广阔的应用前景。现有的隔振系统中隔振器刚度一般都是固定值,这使系统的隔振效果有局限性,对较低频率振动,尤其是共振时的隔离效果很差。提出了将可调刚度的磁流变弹性体隔振器用于隔振系统中．通过改变隔振器的线圈电流大小来控制磁流变弹性体的剪切模量,进而调整隔振系统的刚度,使系统获得更宽的隔振频率范围。设计了隔振器的结构,基于SimuLink软件对系统的隔振效果进行仿真分析．表明了设计的有效性．     

基于压电摩擦阻尼的四参数隔振系统等效建模与频变阻尼特性分析

在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求。传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题。为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析。基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证。结果表明：时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1%;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性。仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题。