正负刚度并联准零刚度隔振系统的研究

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1、硕士学位论文正负刚度并联准零刚度隔振系统的研究RESEARCHONTHEQUASI-ZEROSTIFFNESSVIBRATIONISOLATIONSYSTEMBASEDONPOSITIVEANDNEGATIVESTIFFNESSOFPARALLELSTRUCTURE严柏熠哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH122学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文正负刚度并联准零刚度隔振系统的研究硕士研究生：严柏熠导师：刘亚忠副教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其

2、自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH122U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEQUASI-ZEROSTIFFNESSVIBRATIONISOLATIONSYSTEMBASEDONPOSITIVEANDNEGATIVESTIFFNESSOFPARALLELSTRUCTURECandidate：YanBaiyiSuperviso

3、r：AssociateProf.LiuYazhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July，2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕

4、士学位论文摘要针对精密超精密加工和测量中低频（频率小于2Hz）干扰的隔振会遇到静变形过大和失稳等问题，使得低频隔振成为隔振系统设计的一大难题。本课题采用正负刚度并联的结构，设计并验证了一种具有高静低动刚度特性的非线性隔振器。建立了高静低动刚度隔振系统的数学模型，对负刚度结构及组合系统的力-位移特性进行了深入分析，求解了系统的准零刚度条件，并将刚度渐硬特性系统、刚度渐软特性系统与该组合系统进行了对比。分析了该系统在简谐激励下的动力学特性，利用谐波平衡法求得了系统的幅频特性方程，分析了系统各参数对幅

5、频特性的影响；由于系统为非线性，系统的幅频特性曲线出现了跳跃现象，为此求解了周期解稳定的条件，并近似计算了在较小激振力下，系统表现出刚度渐硬特性时的向上向下跳跃频率的表达式和跳跃现象消失时的临界阻尼比；设计的系统在较小位移时表现出刚度渐硬的特性，在较大位移时同时表现出刚度渐硬和刚度渐软的特性；通过与其线性系统对比，得出在合适的参数下高静低动刚度系统具更大的隔振区间和更小的力传递率和位移传递率；由于系统在静平衡位置处对载荷变化比较敏感，为此讨论了过载对隔振系统动态特性的影响。使用数值计算的方法得出

6、系统的相图、庞加莱截面图和分岔图，讨论参数变化所引起的分岔和混沌特性。根据最大李雅普诺夫指数的正负判断系统是否处于混沌，利用随机相位和弱周期信号控制的方法，有效消除了系统的混沌。设计了隔振系统的实验平台。在振动台上进行了位移传递率实验，测试了准零刚度系统和线性弹簧的位移传递率。准零刚度隔振系统的实验结果在低频内误差较大，实际到2.5Hz时才有效隔振，但与线性系统对比，仍可得出该非线性系统可以获得较小固有频率，扩大隔振区间，并且在一定频率区间内具有更低的传递率。关键词：高静低动刚度；负刚度；隔振；

7、非线性；混沌-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWhendealingwiththelow-frequency(lessthan2Hz)vibrationisolationintheprecisionandultra-precisionmatchingwouldencounterproblemssuchastoomuchstaticdeformationandinstability,whichmakelow-frequencyvibrationisolationbecomeabi

8、gchallengeinthedesignofisolator.Thispaperdesignandanalysisanisolatorwhichusepositiveandnegativestiffnessstructureinparallel.Thedevelopedisolatorpossessthecharacteristicsofhigh-static-low-dynamicstiffness(HSLDS).Mathematicalmodelofthevibrationisolatio