一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置

1.本发明涉及隔振技术领域，具体涉及一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置。


背景技术：

2.舰船动力机械引起的低频线谱，已经成为了现代水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号，是舰船水声隐身性能的主要危害。因此，低频线谱隔离对于提高舰船声隐身性能具有重要意义。被动隔振器是一个承载的耗能元件，具有结构简单，低能耗，易实现和经济性好等优点，是隔离隔振传递的主要手段。
3.然而，目前绝大多数基于经典隔振理论设计的被动隔振器具有输入和输出的频率保持性，对于舰船辐射噪声频谱结构的改变无能为力；而且线性隔振系统对外界激励频率小于根二倍系统固有频率的低频线谱的隔离能力有限；同时，大承载力和超低频隔振、超低刚度和位置稳定性、低共振点传递率和宽频域高衰减率之间的矛盾一直制约着被动隔振器的工程应用。
4.由正、负刚度元件并联的准零刚度隔振器，在静平衡位置一定区间内具有较小的组合刚度，可获得支撑被隔离设备的高静刚度和减小振动传递率的低动刚度特性，既可保证工作点附近的低频隔振性能，又能提高系统的稳定性。但是，若被隔振物体的重量不是设计的理想重量，即被隔振物体放在准零刚度隔振器上，不能够稳定在理想的静平衡位置上，准零刚度隔振器的性能将受到影响。针对这问题，发明专利cn104455181a、cn203641365u、cn202132428u和cn102678804a，均是通过调节套调节正刚度弹簧的压缩量使系统达到静平衡位置，但是弹簧的预压量调节量有限，当被隔振物体重量与设计的理想重量有较大偏差时，该方法难以达到理想的效果。而且，虽然目前存在数种实现可调负刚度的方法，但是多通过附加复杂的机械机构来调节负刚度机构参数，而且调节机构单一、不够灵活，不利于应对实际工程上的复杂环境。另外，附加的机械调节机构，不但使得隔振系统的组成结构复杂、占用空间大，而且会导致系统在负刚度调节上延迟效果更为明显，影响控制效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构简单的磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置。
6.本发明采用的技术方案为：一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置，包括上支撑平台、基座、弹性气囊正刚度机构、中心轴、隔振箱体、安装在隔振箱体内的两个弹簧正刚度模块和电磁负刚度模块；
7.所述支撑平台与基座上下且平行布置；所述弹性气囊正刚度机构包括弹性气囊，弹性气囊的上端与上支撑平台相连，弹性气囊的下端与基座相连；所述弹性气囊、上支撑平台和基座围合形成腔体；所述基座上开设有与腔体连通的气孔；气孔的入口可与外设的气体控制单元连接；
8.所述隔振箱体安装在腔体内，隔振箱体的底座固定在基座上；两个弹簧正刚度模块对称布置在电磁负刚度模块的上部和下部；
9.所述中心轴的上端与上支撑平台相连，中心轴的下端依次穿过位于隔振箱体内上部的弹簧正刚度模块、电磁负刚度模块和位于隔振箱体内下部的弹簧正刚度模块，与隔振箱体的底座相连。
10.按上述方案，所述电磁负刚度模块包括沿中心轴轴向依次配置的上环形永磁体、中间环形永磁体和下环形永磁体，上下环形永磁体对称布置在中间环形永磁体的上部和下部；每个永磁体的外部分别对应配置有同轴的环形线圈，环形线圈与对应的环形线圈箱体固定；三个环形永磁体可随中心轴在对应环形线圈内部的空腔内沿轴向运动；
11.通过两个弹簧正刚度模块可调节中心轴的轴向位移，进而改变环形永磁体和对应线圈的相对位置，从而调整电磁负刚度模块的负刚度。
12.按上述方案，所述弹簧正刚度模块包括螺旋弹簧、限位件和调节件；所述螺旋弹簧套在中心轴上，螺旋弹簧的一端与调节件相连，调节件与中心轴配合；螺旋弹簧的另一端与限位件的上端面相连；所述中心轴自限位件的中心穿过；所述电磁负刚度模块安装在两个螺旋弹簧正刚度模块的限位件之间；调节两个所述弹簧正刚度模块的调节件时，可以改变两个螺旋弹簧的压缩量，进而改变中心轴的轴向位置，从而调整环形永磁体和对应环形线圈的相对位置，从而调整电磁负刚度模块的负刚度。
13.按上述方案，所述限位件为直线轴承，两个弹簧正刚度模块的直线轴承沿所述隔振装置的平衡位置对称布置在中心轴上；螺旋弹簧的一端与直线轴承的端面相连，直线轴承与环形线圈箱体相连。
14.按上述方案，三个环形线垂向同轴心对称布置构成吸引式电磁负刚度机构；上下两个环形线圈分别对称布置在中间环形线圈的两端，而且通入同向且大小相等的电流。
15.按上述方案，所述环形线圈均为水冷线圈。
16.按上述方案，三个环形永磁体和三个环形线圈垂向同轴心对称布置构成排斥式电磁负刚度机构；环形永磁体均通过固定环与中心轴固定相连，三个环形线圈均与对应的环形永磁体等高度同轴心。
17.按上述方案，直线轴承为铝制外壳、四氟乙烯树脂内衬的滑动轴承。
18.按上述方案，环形线圈的垂向间距为14～15mm，环形永磁体的垂向间距为14～15mm，环形线圈与对应永磁体的横向间距为4～5mm。
19.按上述方案，所述弹簧气囊采用橡胶材料制作。
20.本发明的有益效果为：本发明将气囊弹簧正刚度机构和电磁负刚度模块结合起来，通过调整控制电流使电磁负刚度可与气囊弹簧正刚度相匹配，在一定载荷范围内可始终实现近零刚度和低频隔振，保证系统兼有高承载能力与低频隔振性能。本隔振装置主要适用于安装空间有限、负载质量不同以及工作环境复杂的场合，采用弹簧气囊与电磁负刚度结合形式，使得隔振装置的结构简单、紧凑以及容易安装；当负载质量或者外部激励变化时，利用气囊和电磁机构更易于实时调节隔振系统的刚度且稳定性较高。另外，本发明也采用吸引式电磁负刚度机构和排斥式电磁负刚度机构耦合的方式，实现软化刚度特性与硬化刚度特性的非线性部分相互抵消，提升了准零刚度隔振器中负刚度的线性度，具有很好的抗摇摆性，结构简单，维护方便，适用于低频、甚至超低频隔振。
附图说明
21.图1为本发明一个具体实施例的整体结构示意图。
22.图2为本实施例的前视剖视图。
23.图3为本实施例中电磁式负刚度模块的整体结构示意图。
24.图4为本实施例中电磁式负刚度模块的前视剖视图。
25.图5为本实施例中电磁式负刚度模块的侧视图。
26.图6为本实施例中环形永磁体与上下直线轴承的安装示意图。
27.其中：1、上支撑平台；2、螺旋弹簧；3、上端环形线圈；4、中间环形线圈；5、下环形线圈；6、底座；7、锁紧螺母；8、微调螺母；9、上直线轴承；10、固定环；11、隔振箱体；12、下直线轴承；13、粗调螺母；14、中心轴；15、贯穿螺栓；16、上环形永磁体；17、下环形永磁体；18、中间环形永磁体；19、中间环形线圈箱体；20、上线性弹簧箱体；21、下环形线圈箱体；22、下环形线圈箱体；23、上环形线圈箱体；24、弹性气囊；25、基座；26、线孔；27、气孔。
具体实施方式
28.为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
29.如图1～图2所示的一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置，
30.包括上支撑平台1、基座27、弹性气囊正刚度机构、中心轴14、隔振箱体11、安装在隔振箱体11内的两个弹簧正刚度模块和电磁负刚度模块；
31.所述支撑平台1与基座27上下且平行布置；所述弹性气囊正刚度机构包括弹性气囊24，弹性气囊24的上端与上支撑平台1相连，弹性气囊24的下端与基座25相连；所述弹性气囊24、上支撑平台1和基座25围合形成封闭的腔体；所述基座25上开设有与腔体连通的气孔27；气孔27的入口可与外设的气体控制单元连接；
32.所述隔振箱体11安装在腔体内，隔振箱体11的底座6固定在基座25上；两个弹簧正刚度模块对称布置在电磁负刚度模块的上部和下部；
33.所述中心轴14的上端通过锁紧螺母7与上支撑平台1相连，中心轴14的下端依次穿过位于隔振箱体11内上部的弹簧正刚度模块、电磁负刚度模块和位于隔振箱体11内下部的弹簧正刚度模块，与隔振箱体11的底座6相连；所述中心轴14可轴向移动(上支撑平台1随之移动)，使弹簧正刚度模块和电磁负刚度模块的刚度变化。
34.本发明中，弹性气囊24位于外侧，并通过螺栓与上支撑平台1和基座25固定连接；气孔27的入口避开隔振箱体。气孔27的入口可与外设的与气体控制单元连接，气体控制单元包括气源、管道和相关的控制阀门，可用于实时控制弹性气囊24内部的压力以调节刚度和承载能力连通。
35.优选地，如图3～6所示，所述电磁负刚度模块包括沿中心轴14轴向依次配置的上环形永磁体16、中间环形永磁体18和下环形永磁体17，上下环形永磁体对称布置在中间环形永磁体18的上部和下部；每个环形永磁体的外部分别对应配置有同轴的环形线圈(分别对应配置上环形线圈3、中间环形线圈4和下环形线圈5)，环形线圈与对应的环形线圈箱体固定(各环形线圈分别对应上环形线圈箱体23、中间环形线圈箱体19和下环形线圈箱体21)；三个环形永磁体可随中心轴14在对应环形线圈内部的空腔内沿轴向运动；通过两个弹簧正刚度模块可调节中心轴14的轴向位移，进而改变环形永磁体和对应线圈的相对位置，
从而调整电磁负刚度模块的负刚度。
36.优选地，所述弹簧正刚度模块包括螺旋弹簧2、限位件和调节件；所述螺旋弹簧2套在中心轴14上，螺旋弹簧2的一端与调节件相连，调节件与中心轴14配合；螺旋弹簧2的另一端与限位件的上端面相连；所述中心轴14自限位件的中心穿过；所述电磁负刚度模块安装在两个弹簧正刚度模块的限位件之间；调节两个所述弹簧正刚度模块的调节件时，可以改变两个螺旋弹簧2的压缩量，进而改变中心轴14的轴向位置，从而调整环形永磁体和对应环形线圈的相对位置，从而调整电磁负刚度模块的负刚度。
37.优选地，所述调节件为调节螺母。所述螺旋弹簧2为线性螺旋弹簧。具体地，上部弹簧正刚度模块的调节螺母为微调螺母8，下部弹簧正刚度模块的调节螺母为粗调螺母13；两螺母螺纹的螺距不同，粗调螺母13的螺距大于微调螺母8的螺距，粗调螺母13可用于较大的位置调整，微调螺母8可用于精细微调，结构设计简单，但兼顾了粗调和微调，且操作方便。
38.本发明中，上支撑平台1设于锁紧螺母7上，中心轴14的上端穿过锁紧螺母7，伸入上支撑平台1预留的槽口内，上支撑平台1可随中心轴14轴向移动(此时弹性气囊24的形态随之变化)；基座26内预留中心轴14轴向移动的槽口。
39.优选地，所述限位件为直线轴承，两个弹簧正刚度模块的直线轴承(上部的为上直线轴承9，下部的为下直线轴承12)沿所述隔振装置的平衡位置对称布置在中心轴14上(中心轴14与直线轴承的内圈适配)；螺旋弹簧2的一端与直线轴承的端面相连，直线轴承分别通过若干轴向间隔布置的贯穿螺栓15与环形线圈箱体相连。具体地，上部弹簧正刚度模块的上直线轴承9与上环形线圈箱体23螺栓连接，下部弹簧正刚度模块的下直线轴承11与下环形线圈箱体21螺栓连接；两个直线轴承安装在上下环形线圈的外侧，可保证箱体和中心轴14的同轴度，减少运动时的摩擦。两个直线轴承的上表面设有弹簧槽口，可有效限制螺旋弹簧2位置。
40.本发明中，三个环形永磁体通过固定环10安装在中心轴14上。上环形永磁体16对应配置有上环形线圈3和上环形线圈箱体23，中间环形永磁体18对应配置有中间环形线圈4和中间环形线圈箱体19，下环形永磁体17对应配置有下环形线圈5和下环形线圈箱体21；三个环形线圈箱体19、20、21内部均设有挡环，用于固定对应的环形线圈。所述隔振箱体11包括顶部的弹簧箱体(如图1～4中的顶部弹簧箱体20)、中部的三个环形线圈箱体(如图中的上环形线圈箱体23、中间环形线圈箱体19和下环形线圈箱体21)和底部的弹簧箱体(附图标记22)，各箱体之间通过外部螺栓固定连接。底部的弹簧箱体22也即整个隔振装置的底座箱体，其底座6上设有螺栓孔，可用于固定连接；下部弹簧正刚度模块的粗调螺母13安装在底座6上。
41.本发明中，直线轴承选用铝制外壳四氟乙烯树脂内衬的滑动轴承，以避免普通钢制滚珠直线轴承会影响磁场；环形永磁体均采用稀土永磁材料制作；中心轴14、固定环10、螺栓螺母等部件及结构均采用非导磁性或弱导磁性的材料制作，如304不锈钢；各箱体则采用铝合金材料制作。
42.本发明中，所述电磁负刚度模块的部件可分别构成吸引式电磁负刚度机构和排斥式电磁负刚度机构。
43.三个环形线圈3、4、5垂向同轴心对称布置构成吸引式电磁负刚度机构。如图3和图4所示，吸引式电磁负刚度机构包括两个对称布置的上、下环形线圈3和5以及一个中部环形
线圈4，每个环形线圈由漆包线绕制而成。两个上下相同的环形线圈3和5沿着中心轴14分别位于中间环形线圈4的两端，对称布置，而且通入同向且大小相等的电流。三个环形线圈之间相互固定；所述环形线圈均为水冷线圈，可有效解决线圈的发热问题。
44.三个环形永磁体16、17、18和三个环形线圈3、4、5垂向同轴心对称布置构成排斥式电磁负刚度机构。如图3和图4所示，排斥式电磁负刚度机构包括三对由环形线圈与永磁体组成的配对结构(上环形线圈3和上端环形永磁体16、中间环形线圈4和中间环形永磁体18、下环形线圈5和下端环形永磁体17)，且这三对环形线圈与永磁体组成的配对结构沿着中心轴14对称布置。优选地，三对配对结构中的环形永磁体均通过固定环10与中心轴14固定相连，三个环形线圈3、4、5之间相互固定，均与对应的环形永磁体16、17、18等高度同轴心。三对环形线圈与对应永磁体形成的配对结构其垂向距离均为14～15mm(也即环形线圈的垂向间距为14～15mm，环形永磁体的垂向间距为14～15mm)，环形线圈与对应环形永磁体的横向间距为4～5mm。三对配对结构中的环形永磁体均采用轴向充磁，由环形永磁体和环形线圈的二维轴对称可知，仅有轴向力作用在环形永磁体上，即仅产生轴向负刚度。
45.正刚度机构包括两个螺旋弹簧2和一个弹性气囊24。如图1-6所示，所述螺旋弹簧2套设在中心轴14上，位于两个直线轴承9、12的外侧。所述弹性气囊24位于隔振箱体11的外侧，通过螺栓与上支撑平台1和底部基座25固定连接；线性弹簧2的一端压紧在直线轴承9、12的槽口上，另一端分别压紧在中心轴14的粗调螺母13和微调螺母8上。底部的基座25内部还开设有线孔26，各环形线圈的连接导线经线孔26引出。
46.本发明中，直线轴承选用铝制外壳四氟乙烯树脂内衬的滑动轴承，以避免普通钢制滚珠直线轴承会影响磁场；弹性气囊24采用橡胶材料制作；环形永磁体16、17、18均采用稀土永磁材料制作；上支撑平台、中心轴、固定环、基座，螺栓螺母等部件及结构均采用非导磁性或弱导磁性的材料制作，如304不锈钢；隔振箱体则采用铝合金。
47.平衡位置是指系统静止状态下的位置；本发明中的平衡位置是在中间环形永磁体处于中间环形线圈垂向中心的位置。根据磁元件构型的电磁负刚度生成机理，吸引式电磁负刚度机构产生软化负刚度，因为磁铁之间的吸引力与其距离的平方成反比，离平衡位置越远，就越靠近一端磁铁，产生的力差也就越大。排斥式电磁负刚度机构产生硬化负刚度，因为越偏离平衡位置，磁元件之间的排斥力就越小。因此，将排斥式和吸引式电磁负刚度机构相耦合，实现软化刚度特性与硬化刚度特性的非线性部分相互抵消，而线性部分相互叠加，在提升负刚度线性度的同时提高负刚度的值。使用永磁体或线圈均可以产生软化或硬化特性的负刚度。永磁体之间产生的负刚度更大，但是不能被调节；线圈可以通过控制励磁电流来控制磁场的大小，但承载电流能力有限，仅靠线圈之间电磁力产生的负刚度太弱；因此，选择线圈和永磁体的组合构型设计电磁负刚度机构实现可调负刚度，以获得更大的可调范围。
48.本发明中，排斥式电磁负刚度装置则采用三个环形永磁体16、17、18和三个环形线圈3、4、5。当在环形线圈中通入电流后，由于电流的磁效应，载流环将激发一个恒定的磁场，并与环形永磁体之间产生相互作用力。永磁体和线圈等磁元件在真空中产生的磁场分布比较规律，可以计算其产生的电磁场进而计算电磁力。
49.根据叠加定理，轴向充磁的环形永磁体可以等效为在圆柱永磁体内叠加一个反向充磁的圆柱永磁体。轴向充磁的环形磁铁可以等效为位于内外环面的两个薄螺线管，两个
螺线管中的电流大小相等方向相反，分别为：
[0050][0051][0052]
式中，μ0为真空中的磁导率(h/m)，内i
in
为内部等效螺线管电流值(a)，i
out
为外部等效螺线管电流值(a)，h为等效螺线管轴向高度(m)，n
eq
为等效螺线管的等效匝数(圈)，j为等效极化强度(c/m2)。
[0053]
本发明中，吸引式电磁负刚度结构则采用三个环形线圈3、4、5作为吸引式负刚度产生模块，其中两个相同的环形线圈通入方向相同大小相等的电流。当在环形线圈中通入电流后，由于电流的磁效应，两个载流环1和2将分别激发一个恒定的磁场，并产生相互作用力。
[0054]
毕奥-萨伐尔定律描述电流元在空间任意点处所激发的磁场：
[0055][0056]
其中，i是源电流(a)，dl是源电流的微小线元素(m)，r是电流元到激发磁场点的距离(m)，er为电流元指向激发磁场点的单位向量(a
·
m)，b为磁感应强度(t)，μ0是真空中的磁导率(h/m)。
[0057]
载流环上的电流元idl所受到的来自另一载流环的作用力为：
[0058]
df＝idl
×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)，对上式积分即可得到两个载流环之间的相互作用力：
[0059]
f＝∫
l
df
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)，
[0060]
由于两个载流环同心，根据对称性可知电磁力沿轴向。因为积分复杂，很难求解析解，同样用椭圆积分表示可得：
[0061][0062]
式中，i1为载流环1的电流值(a)，i2为载流环2的电流值(a)，r1为载流环1的半径(m)，r2为载流环2的半径(m)，z为两个载流环之间的垂直距离(m)，k则为k(k)和e(k)分别是以k为模数的第一、第二类完整椭圆积分。
[0063]
两个载流环之间相互作用力的方向是由励磁电流的方向决定的，根据安培定则，当两载流环内电流方向相同时，电磁力表现为相互吸引，反之则互斥。至此，两个载流环之间的电磁力已经确定，将载流环之间的力叠加即可以求解通电线圈或螺线管之间的电磁力。结合轴向充磁永磁体和螺线管的等效关系，也可以叠加得到线圈和磁铁之间的电磁力。
[0064]
本发明中，电磁负刚度模块采用吸引式电磁负刚度机构和排斥式电磁负刚度机构
耦合的方式，实现软化刚度特性与硬化刚度特性的非线性部分相互抵消，提升了准零刚度隔振器中负刚度的线性度。吸引式电磁负刚度机构为三个环形线圈3、4、5，首尾两端环形线圈3和5中通入方向相同的电流，三者之间产生相互吸引作用力；排斥式电磁负刚度装置则采用三个环形永磁体16、17、18和三个环形线圈3、4、5，永磁体在环形线圈中做轴向运动，两者之间产生相互排斥的作用力。电磁力与相对位移方向相同，使其远离平衡位置，也就是说设计的电磁耦合结构产生了负刚度。
[0065]
本发明的工作原理为：采用电磁负刚度模块和气囊弹簧正刚度机构结合的方式产生准零状态。电磁负刚度和气囊正刚度可以根据负载质量变化实时控制电磁铁中的电流和弹性气囊内部的压力，对刚度和负载能力进行实时调整，快速实现隔振系统在平衡位置的固有频率为准零态。当系统处于静平衡位置时，三个环形永磁体16、17、18和三个环形线圈3、4、5之间的作用力相互抵消，系统处于稳定状态。静平衡位置附近具有非常低的动刚度，通过将电磁负刚度可与气囊弹簧正刚度相结合，可以更好的调节控制系统的隔振性能，并且吸引式电磁负刚度机构和排斥式电磁负刚度机构耦合，提高了隔振系统稳定性。当系统受到外部激励力时，中心轴做垂向运动，使得环形永磁体偏离平衡位置，从而环形永磁体与环形线圈之间产生排斥式电磁力，另外三个环形线圈之间也存在吸引式电磁力，不仅提供了负刚度，而且可以有效抵消非线性部分。运动过程中的负刚度与弹性气囊24提供的正刚度相抵，从而使得系统的动态频率较低，可以有效隔离激励力导致的振动。当负载质量发生变化时，可以通过弹性气囊24和电磁负刚度调节模块，根据负载质量变化实时控制弹性气囊24内部压力以及电磁铁中的电流大小，对负刚度和正刚度同时进行实时调整，从而保证隔振装置在平衡位置的隔振频率为准零态。
[0066]
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，包括上支撑平台、基座、弹性气囊正刚度机构、中心轴、隔振箱体、安装在隔振箱体内的两个弹簧正刚度模块和电磁负刚度模块；所述支撑平台与基座上下且平行布置；所述弹性气囊正刚度机构包括弹性气囊，弹性气囊的上端与上支撑平台相连，弹性气囊的下端与基座相连；所述弹性气囊、上支撑平台和基座围合形成腔体；所述基座上开设有与腔体连通的气孔；气孔的入口可与外设的气体控制单元连接；所述隔振箱体安装在腔体内，隔振箱体的底座固定在基座上；两个弹簧正刚度模块对称布置在电磁负刚度模块的上部和下部；所述中心轴的上端与上支撑平台相连，中心轴的下端依次穿过位于隔振箱体内上部的弹簧正刚度模块、电磁负刚度模块和位于隔振箱体内下部的弹簧正刚度模块，与隔振箱体的底座相连。2.如权利要求1所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，所述电磁负刚度模块包括沿中心轴轴向依次配置的上环形永磁体、中间环形永磁体和下环形永磁体，上下环形永磁体对称布置在中间环形永磁体的上部和下部；每个永磁体的外部分别对应配置有同轴的环形线圈，环形线圈与对应的环形线圈箱体固定；三个环形永磁体可随中心轴在对应环形线圈内部的空腔内沿轴向运动；通过两个弹簧正刚度模块可调节中心轴的轴向位移，进而改变环形永磁体和对应线圈的相对位置，从而调整电磁负刚度模块的负刚度。3.如权利要求2所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，所述弹簧正刚度模块包括螺旋弹簧、限位件和调节件；所述螺旋弹簧套在中心轴上，螺旋弹簧的一端与调节件相连，调节件与中心轴配合；螺旋弹簧的另一端与限位件的上端面相连；所述中心轴自限位件的中心穿过；所述电磁负刚度模块安装在两个螺旋弹簧正刚度模块的限位件之间；调节两个所述弹簧正刚度模块的调节件时，可以改变两个螺旋弹簧的压缩量，进而改变中心轴的轴向位置，从而调整环形永磁体和对应环形线圈的相对位置，从而调整电磁负刚度模块的负刚度。4.如权利要求3所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，所述限位件为直线轴承，两个弹簧正刚度模块的直线轴承沿所述隔振装置的平衡位置对称布置在中心轴上；螺旋弹簧的一端与直线轴承的端面相连，直线轴承与环形线圈箱体相连。5.如权利要求2所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，三个环形线垂向同轴心对称布置构成吸引式电磁负刚度机构；上下两个环形线圈分别对称布置在中间环形线圈的两端，而且通入同向且大小相等的电流。6.如权利要求5所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，所述环形线圈均为水冷线圈。7.如权利要求2所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，三个环形永磁体和三个环形线圈垂向同轴心对称布置构成排斥式电磁负刚度机构；环形永磁体均通过固定环与中心轴固定相连，三个环形线圈均与对应的环形永磁体等高度同轴心。8.如权利要求7所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，直线轴承为铝制外壳、四氟乙烯树脂内衬的滑动轴承。
9.如权利要求7所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，环形线圈的垂向间距为14～15mm，环形永磁体的垂向间距为14～15mm，环形线圈与对应永磁体的横向间距为4～5mm。10.如权利要求2所述的紧凑型低频隔振装置，其特征在于，所述弹簧气囊采用橡胶材料制作。

技术总结
本发明公开了一种磁气混合调节正负刚度的紧凑型低频隔振装置，包括上支撑平台、基座、弹性气囊正刚度机构、中心轴、隔振箱体、安装在隔振箱体内的两个弹簧正刚度模块和电磁负刚度模块；所述弹性气囊正刚度机构包括弹性气囊，弹性气囊的上端与上支撑平台相连，弹性气囊的下端与基座相连；所述隔振箱体的底座固定在基座上；两个弹簧正刚度模块对称布置在电磁负刚度模块的上部和下部；所述中心轴的上端与上支撑平台相连，中心轴的下端依次穿过位于隔振箱体内上部的弹簧正刚度模块、电磁负刚度模块和位于隔振箱体内下部的弹簧正刚度模块。本发明的有益效果为：采用弹簧气囊与电磁负刚度结合形式，使得隔振装置的结构简单、紧凑以及容易安装；当负载质量或者外部激励变化时，利用气囊和电磁机构更易于实时调节隔振系统的刚度且稳定性较高。刚度且稳定性较高。刚度且稳定性较高。


技术研发人员：杨庆超 楼京俊 柴凯 刘树勇 段金生 李垚
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/3/7