正负刚度并联低频隔振单元研究与设计

作     者：张子文 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王卫荣

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 

主      题：负刚度 低频隔振 非线性系统 谐波平衡法 ADAMS 

摘      要：振动现象广泛存在,在机械制造和应用的诸多领域中往往会带来不利影响,例如产生噪声,降低精度,缩减寿命等,因而始终是工程技术人员关注并着力解决的重要问题。而对于以光栅刻划机为代表的精密仪器和设备来说,低频振动的危害尤为显著。为了尽可能消除振动的危害,逐渐形成了被动控制、主动控制、半主动控制以及混合控制等解决方案。被动隔振结构简单、成本低廉、易于维护、无需能源,广泛应用于许多工程实际问题中,并较好地解决了问题。但受自身特性所限,传统被动隔振结构在低频和超低频振动问题中面临挑战,难以发挥有效作用,因此人们往往采用造价较高,结构复杂的主动控制相关方法。本文在学习了解前人经验和知识的基础上,设计并优化了一种以磁致结构为基础的正负刚度并联隔振单元,经过动力学分析和仿真,这种正负刚度并联单元构成的隔振系统对于低频条件下的基础激励具有良好的隔振效果。本文的主要内容如下:(1)首先,分析了光栅刻划机工作环境中的步行激励,确定了要进行隔离的振动激励的理论模型;(2)其次,利用合适的永磁体数学模型,建立了磁致负刚度结构的理论模型,并进行结构刚度非线性特性的优化分析,得到了永磁体尺寸等结构参数对于刚度非线性特性的作用;(3)最后,根据要求设计了适合光栅刻划机设备参数的正负刚度并联隔振单元的具体参数,对系统动力学特性进行了分析,讨论了一些系统参数对系统特性的影响,并通过仿真验证了其在一定条件下对低频基础激励的振动隔离性能。