MinusK负刚度技术在微振动中的应用研究

前言 理化——MinusK负刚度隔振台提供一个简单，可靠，高效隔振解决方案，可提供6自由度的隔离，低至0.5 Hz或更低的谐振频率。对于一个0.5赫兹系统，可隔离1Hz以上的振动，优于气动平台5-10Hz的范围可让多个隔振台一起使用。负载从几十公斤到几吨。易于使用和调整。比气动平台经济，占用更少的空间，且不需要进行维护。 微振动问题的提出 随着高新技术的快速发展，尤其是光学工业、感光化学、航空航天、半导体工业的 发展，导致人们使用的机器设备功率日益增大，转速加快，而重量却不断减轻，刚度相 对减小，精度要求越来越高，振动问题随之曰益突现。大量工程实践表明，振敏型精密 机械在生物科学、电子光学、精密机械加工、理化实验及其与研究相关的工厂中，振动 控制不仅影响到机器设备的使用寿命、仪表器械的使用性能，操作人员的正常工作，还 影响到舰船、航天器的生命力。 2015年1月航天科技集团五院微振动实验室正式投入使用。随着高分辨率对地观测系统专项的立项，微振动成为研制高分卫星过程中一个关键技术问题。为此航天科技五院提出了微振动实验室概念，以解决微振动对成像质量影响的仿真分析和微振动系统级试验测试问题。 负刚度技术 （1） 负刚度原理 在对负刚度隔振器进行分析之前，首先要了解正、负刚度的概念。 刚度K的定义是弹性元件所承受的载荷增量dF与变形量dx，即产生单位变形所需要的外力， 定义式为：K=dF/dx 当弹性元件所受载荷增量与对应的变形增量符号相同时，刚度为正值，记为KP，将具有正刚度的弹性元件称为正刚度弹簧；反之，当弹性元件所受载荷增量与对应的变形增量符号相反时，刚度为负值，记为Kn，同样，将具有负刚度的弹性元件称为负刚度弹簧。 结构在受到冲击时的稳定性，多数情况下取决于结构的负刚度阶段下的变形能力和残余承载能力！ （2） Minusk负刚度技术 垂直隔振 Minus K隔振器采用了革命性的概念。由硬的弹簧承担垂直方向运动的隔离，再加上负刚度机构（NSM），通过束柱串联垂直方向运动的隔离器提供水平方向运动的隔离，这样就可以获得非常低的纵向和横向的固有频率和非常高的内部结构的频率。Minus K通常使用三个串联的隔离器堆叠。如图，隔离器的刚度为K = K S -K ? 其中K S是弹簧的刚度，K N 是负刚度，通过这个设计，当弹簧支持的重量W时，隔离器的刚度可以趋近于零。