技术领域
[0001] 本发明涉及隔震技术领域，具体的说，是一种正交导轨式的隔震装置及其设计方法。
相关背景技术
[0002] 地震愈发频繁，我国是受到地震灾害威胁最严重的国家之一。国之重器，灾防先行。为了有效的保护我国受到地震威胁地区各行各业领域重要设备和物资的地震安全，我们需要采取科学有效的地震保护措施。因此为了提高精密设备或者重要文物的防震性能，采取有效的减震隔震的措施与保护提高灾防安全系数是非常必要的。
[0003] 随着国内外减隔震技术的发展，发达国家已经将建筑结构上应用的减震隔震技术应用到了精密的设备以及珍贵文物上的保护，并且得到很好的保护效果。利用减隔震原理，将装置放置于精密设备下面或者放置于文物以及展柜、储藏柜下面，在地震来临时，高效的隔震，大大折减装置上方放置的设备或者文物的晃动加速度，有效的保障文物不受损坏，保障了精密设备的功能性完整性。目前市面上陆续出现一些利用此类技术研发的相关产品，其中比较突出的是利用导轨实现任意自由度的运动，同时利用弹簧等弹性装置来拉回整个装置的运动，外加一些阻尼耗能元件来消耗地震能量。专利号CN201080031825.X的中国专利公开了一类具有代表性的隔震装置，利用两个分别带有一个滑块的直线导轨，通过一个中间板相互正交连接，再分别将两个导轨的轨道与上下两个板沿对角线方向固定连接，底板放置于地面，顶板用于放置文物或设备等需要防震保护的物品，中间加设弹簧等阻尼装置起回复作用。地震发生时，该类的隔震装置能起到比较好的隔震作用。
[0004] 但由于其结构特点，两个带滑块的直线导轨与中间连接板正交连接过程中往往会出现精度不够，稳定性不好，垂直度不好控制，导致整个装置出现一定程度的拼接误差；同时由于运动发生时，上下两个导轨发生相互错位运动，顶部放置物体重心很容易超出底板的范围，就有可能引发整个结构的不稳定，发生倾覆。同时，由于导轨及滑块正交连接的方式以及导轨滑块组合本身的抗弯能力的薄弱，导致整个装置独立使用过程中，上板平台不能放置太重的物品，否则会导致中间导轨滑块结构的破坏。因此该类型的隔震产品致命缺点就是不能独立单独使用，必须以组合形式使用，从而避免上部重物重心偏移导致的倾覆问题以及导轨抗弯问题的解决。然而许多实际工况由于空间的限制，不允许拼接占据大量空间，例如博物馆展柜里面陈设文物需要设置隔震装置时，或者放置的物品重量偏重时，就会导致隔震装置出现问题。因此该类产品的缺点导致其实际使用工况大大受到限制。
具体实施方式
[0082] 为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面将结合附图对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0083] 本发明中正交是指两个向量夹角呈90°，下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0084] 实施例1：
[0085] 本实施例通过下述技术方案实现：一种正交导轨式的隔震装置，包括上板100、下板200两个上下设置的隔震平板和一套设置在两个隔震平板之间的隔震组件，所述隔震组件包括两个直线导轨、一个滑块、四个复位弹簧组件。
[0086] 两根直线导轨分别为A#直线导轨、B#直线导轨；
[0087] 一个滑块为A#滑块；
[0088] 四个复位弹簧组件分别为A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件、C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件。
[0089] 所述隔震平板为均质的方形的平板，且隔震平板的方形安装面具有两条非对角线的中轴线：P中轴线、Q中轴线。
[0090] 所述上板100沿P中轴线固定安装A#直线导轨3111，沿Q中轴线设置A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件；所述下板200沿P中轴线固定安装B#直线导轨3112、沿Q中轴线设置C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件；
[0091] 所述A#滑块3211同时与正交设置的A#直线导轨3111、B#直线导轨3112滑动连接；
[0092] 所述A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件、C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件的一端均与A#滑块3211连接，且A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件、C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件的另一端与不同的隔震平板连接。
[0093] 上述正交导轨式的隔震装置，是为了解决因相对位移后隔震平板重心超出两个隔震平板重合区域而导致隔震装置倾覆这一问题的简易结构。此简易结构中一个滑块同时与安装在两个隔震平板上的两个直线导轨滑动连接，又因为正交设置的两个直线导轨又沿均质的方形隔震平板的非对角线的中轴线安装。
[0094] 由于滑块必须在直线导轨上移动，而直线导轨全部都在隔震平板的区域中，再加上直线导轨沿方形隔震平板的非对接线的中轴线设置，两个隔震平板的重心始终在两个隔震平板重合的区域，因此不易发生倾覆。
[0095] 本实施例中，上板100、下板200结构相同，均为均质的平板，且因安装直线导轨的平面为边长相等的正方形故记为方形的平板，作为一个安装面为正方形的方形平板，其安装面具有四条中轴线：两条对角线、两条垂直于边长的中轴线。本发明中直线导轨仅沿非对角线的中轴线设置，才能有效提高其防倾覆能力。如图10、图11所示，上板100重心位置用三角形表示，下板200重心位置用圆形表示，连接安装在上板100的直线导轨和安装在下板200的直线导轨的滑块用菱形表示。初始状态时，上板100、下板200在竖直方向重合，滑块恰好位于上板100、下板200重心位置。
[0096] 当直线导轨沿隔震平板对角线正交设置时，单个隔震装置受地震波影响，用于放置负载的上板100相对于固定在地面的下板200发生移动，当滑块移动到两个导轨末端的极限位置时，如图10所示，表示上板100重心的三角形已经超出下板200的边缘，此情况下上板100就会倾覆。因此，沿对角线正交设置直线导轨的隔震装置通常不会单独使用，需要将多个隔震装置拼接成一整个隔震平台以避免倾覆。
[0097] 而当直线导轨沿隔震平板侧边的中心轴线正交设置时，单个隔震装置受地震波影响，用于放置负载的上板100相对于固定在地面的下板200发生移动，当滑块移动到两个导轨末端的极限位置时，如图11所示，表示上板100重心的三角形仍然位于下板200的区域内，此情况下上板100不易倾覆。因此，沿隔震平板侧边中轴线P、中轴线Q正交设置直线导轨的隔震装置可以单独使用。当然，也可以组合成隔震平台进行大面积隔震。
[0098] 进一步地，滑块具有四个分别与隔震平板的侧面平行的连接面，滑块的四个连接面分别与A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件、C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件连接。
[0099] 进一步地，A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件共线安装在A#滑块的两侧；C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件共线安装在A#滑块3211的另外两侧。通常，初始状态时，同时安装在上板100的直线导轨和共线的一组复位连接件330呈正交设置。即初始状态时，共线的A#复位弹簧组件、B#复位弹簧组件和共线的C#复位弹簧组件、D#复位弹簧组件正交设置。
[0100] 本实施例的隔震装置结构简单，上板100、下板200通过设置在两个隔震平板之间的一组隔震组件连接成一个整体，隔震组件中直线导轨沿均质的方形的隔震平板设置，且通过同一个滑块连接的两个直线导轨正交设置。此结构已经可以提高隔震装置的防倾覆能力。
[0101] 在另一具体实施例中，直线导轨和滑块间设置分别和直线导轨、滑块曲面接触的滚珠。如图9所示，“十”字形正交设置的滑块-直线导轨组件，主要由两个正交设置的直线导轨和同时与两个直线导轨滑动连接的滑块组成。现有技术中，通过滚珠连接的滑块-直线导轨组件是非常成熟的技术，本身具有强大的压力与拉力的承重能力，但滑块与直线导轨全靠内部钢珠的接触作用形成滑动连接并使其产生一定的抗弯抗扭承重力，受其结构本身的局限性，其抗弯抗扭的承重力只能适用于小偏心小弯矩小扭矩的应用。因此，如图9所示，若采用“十”字形正交设置的滑块-直线导轨组件的隔震装置单独使用，地震时会产生大偏心大弯矩大扭矩的状态，一方面使滑块会产生破坏，并产生整体失稳。
[0102] 在另一具体实施例中，所述直线导轨的端部设置缓冲吸能垫。
[0103] 在另一具体实施例中，所述复位弹簧组件包括复位弹簧331、与复位弹簧331的一端连接的第一连接件332、与复位弹簧331的另一端连接的第二连接件333、与隔震板组件连接的阻尼柱334；所述第二连接件333上设置一个与阻尼柱334过盈配合的柱孔；所述复位弹簧331通过第一连接件332与滑动座320的滑块连接的一端为浮动端，复位弹簧331通过第二连接件333及套接在柱孔中的阻尼柱334与隔震板组件连接的另一端为固定端。
[0104] 实施例2：
[0105] 本实施例在实施例1的基础上进行优化，如图1-图8所示，一种正交导轨式的隔震装置，包括上板100、下板200两个上下设置的隔震平板和一套设置在两个隔震平板之间的隔震组件，所述隔震组件包括四根直线导轨、四个滑块、八个复位弹簧组件。
[0106] 四根直线导轨分别为I#直线导轨3101、II#直线导轨3102、III#直线导轨3103、IV#直线导轨3104；
[0107] 四个滑块分别为I#滑块3201、II#滑块3202、III#滑块3203、IV#滑块3204；
[0108] 八个复位弹簧组件分别为I#复位弹簧组件3301、II#复位弹簧组件3302、III#复位弹簧组件3303、IV#复位弹簧组件3304、V#复位弹簧组件3305、VI#复位弹簧组件3306、VII#复位弹簧组件3307、VIII#复位弹簧组件3308；
[0109] 隔震平板的两条非对角线的中轴线分别为P中轴线、Q中轴线。
[0110] 所述I#直线导轨3101、II#直线导轨3102平行安装在上板100上，且I#直线导轨3101、II#直线导轨3102沿上板100的一条非对角线的中轴线设置；所述III#直线导轨3103、IV#直线导轨3104平行安装在下板200上，且III#直线导轨3103、IV#直线导轨3104沿下板
200的一条非对角线的中轴线设置；
[0111] 所述I#滑块3201的上端与I#直线导轨3101滑动连接，同时I#滑块3201的下端与III#直线导轨3103滑动连接；
[0112] 所述II#滑块3202的上端与II#直线导轨3102滑动连接，同时II#滑块3202的下端与III#直线导轨3103滑动连接；
[0113] 所述III#滑块3203的上端与II#直线导轨3102滑动连接，同时III#滑块3203的下端与IV#直线导轨滑动连接；
[0114] 所述IV#滑块3204的上端与I#直线导轨3101滑动连接，同时IV#滑块3204的下端与IV#直线导轨滑动连接；
[0115] 所述I#复位弹簧组件3301的一端与I#滑块3201连接，且I#复位弹簧组件3301的另一端与上板100连接；
[0116] 所述II#复位弹簧组件3302的一端与II#滑块3202连接，且II#复位弹簧组件3302的另一端与上板100连接；
[0117] 所述III#复位弹簧组件3303的一端与III#滑块3203连接，且III#复位弹簧组件3303的另一端与上板100连接；
[0118] 所述IV#复位弹簧组件3304的一端与IV#滑块3204连接，且IV#复位弹簧组件3304的另一端与上板100连接；
[0119] 所述V#复位弹簧组件3305的一端与I#滑块3201连接，且V#复位弹簧组件3305的另一端与下板200连接；
[0120] 所述VI#复位弹簧组件3306的一端与II#滑块3202连接，且VI#复位弹簧组件3306的另一端与下板200连接；
[0121] 所述VII#复位弹簧组件3307的一端与III#滑块3203连接，且VII#复位弹簧组件3307的另一端与下板200连接；
[0122] 所述VIII#复位弹簧组件3308的一端与IV#滑块3204连接，且VIII#复位弹簧组件3308的另一端与下板200连接。
[0123] 所述I#直线导轨3101、II#直线导轨3102、III#直线导轨3103、IV#直线导轨3104呈“井”字形正交设置，且I#直线导轨3101、II#直线导轨3102分别通过I#滑块、II#滑块、III#滑块、IV#滑块与III#直线导轨3103、IV#直线导轨3104连接；即I#直线导轨3101、III#直线导轨3102同时与I#滑块3201滑动连接；II#直线导轨3102、III#直线导轨3103同时与II#滑块3202滑动连接；II#直线导轨3101、IV#直线导轨3104同时与III#滑块3203滑动连接；I#直线导轨3101、IV#直线导轨3104同时与IV#滑块3204滑动连接。
[0124] 由于滑块必须在直线导轨上移动，而直线导轨全部都在隔震平板的区域中，再加上直线导轨沿方形隔震平板的非对接线的中轴线设置，两个隔震平板的重心始终在两个隔震平板重合的区域，因此不易发生倾覆。
[0125] 本实施例中，上板100、下板200结构相同，均为均质的平板，且因安装直线导轨的平面为边长相等的正方形故记为方形的平板，作为一个安装面为正方形的方形平板，其安装面具有四条中轴线：两条对角线、两条垂直于边长的中轴线。本发明中直线导轨仅沿非对角线的中轴线设置，才能有效提高其防倾覆能力。如图10、图11所示，上板100重心位置用三角形表示，下板200重心位置用圆形表示，连接安装在上板100的直线导轨和安装在下板200的直线导轨的滑块用菱形表示。初始状态时，上板100、下板200在竖直方向重合，滑块恰好位于上板100、下板200重心位置。
[0126] 当直线导轨沿隔震平板对角线正交设置时，单个隔震装置受地震波影响，用于放置负载的上板100相对于固定在地面的下板200发生移动，当滑块移动到两个导轨末端的极限位置时，如图10所示，表示上板100重心的三角形已经超出下板200的边缘，此情况下上板100就会倾覆。因此，沿对角线正交设置直线导轨的隔震装置通常不会单独使用，需要将多个隔震装置拼接成一整个隔震平台以避免倾覆。
[0127] 而当直线导轨沿隔震平板侧边的中心轴线正交设置时，单个隔震装置受地震波影响，用于放置负载的上板100相对于固定在地面的下板200发生移动，当滑块移动到两个导轨末端的极限位置时，如图11所示，表示上板100重心的三角形仍然位于下板200的区域内，此情况下上板100不易倾覆。因此，沿隔震平板侧边中轴线P、中轴线Q正交设置直线导轨的隔震装置可以单独使用。当然，也可以组合成隔震平台进行大面积隔震。
[0128] 进一步地，I#滑块、II#滑块、III#滑块、IV#滑块相互独立。四个不连接的独立的滑块受四个直线导轨的限制而同步移动。如图7所示，呈“井”字形正交的直线导轨副能把整体结构的弯矩通过这特殊的结构方式分解为对于两个滑块的压力与拉力，而滑块的拉压承重力是十分高的。这样可以完美解决单个滑块的弯矩承载力少的问题，使采用“井”字形正交的滑块-直线导轨组件的隔震装置适用于单个使用的应用。当上板100、下板200发生相对位移时，尤其是上板100的重心超出四个滑块所围成的区域时，滑块的受力均衡，提高负载能力。
[0129] 也就是说，一种正交的隔震装置包括两个结构相同的方盘组件和一个滑动座320，两个方盘组件一上一下设置且两个方盘组件相对旋转90度后通过一个滑动座320连接成一个整体，同时方盘组件与滑动座320还通过两组复位连接件330连接；所述方盘组件由一个均质的、安装面为正方形的平板以及安装在平板安装面的一组直线导轨组件310组成；一组直线导轨组件310中仅有一个直线导轨组件310，或者一组直线导轨组件310有两个平行设置的直线导轨组件310。进一步优化，所述滑块整体为一个六面体结构。所述滑块的顶面和底面分别开设一个与直线导轨滑动连接的滑槽，两个滑槽的延伸方向正交90度；所述滑块的侧面用于安装复位连接件330的浮动端。上述正交导轨式的隔震装置，通过四个一体式的滑块将上下两组正交设置的直线导轨连接，同时带有自复位功能、阻尼性能、缓冲型限位功能，更具备防倾覆稳定性高、抗弯承重能力强的特点，是一种任意自由度方向隔震的新型隔震装置。
[0130] 在另一具体实施方式中，与上板100连接的I#复位弹簧组件、II#复位弹簧组件、III#复位弹簧组件、IV#复位弹簧组件为一组复位弹簧组件，与下板200连接的V#复位弹簧组件、VI#复位弹簧组件、VII#复位弹簧组件、VIII#复位弹簧组件为另一组复位弹簧组件。初始状态时，两组复位弹簧组件也呈“井”字形正交设置。
[0131] 初始状态时，所述直线导轨与复位弹簧组件的结构关系主要有以下几种：
[0132] 第一种，安装在同一隔震平板上的直线导轨与复位弹簧组件正交设置。
[0133] 此结构具体指：I#直线导轨3101、II#直线导轨3101沿上板100的P中轴线设置，I#复位弹簧组件、II#复位弹簧组件、III#复位弹簧组件、IV#复位弹簧组件沿上板100的Q中轴线设置；所述III#直线导轨3101、IV#直线导轨沿下板200的Q中轴线设置，V#复位弹簧组件、VI#复位弹簧组件、VII#复位弹簧组件、VIII#复位弹簧组件沿下板200的P中轴线设置。
[0134] 此时，安装在同一隔震平板上的直线导轨与复位弹簧组件二者设置方向的夹角θ＝90°。当上板100、下板200发生相对位移而时滑块离开初始位置时，因滑块受到复位弹簧331的回复力，几次波动后滑块会恢复初始位置。而且当θ＝90°时，滑块受到的回复力最均衡。而且安装在同一个隔震平板上的直线导轨、复位弹簧组件正交设置可以进一步降低两个隔震平板间的距离，依此进一步减小隔震装置的厚度。
[0135] 第二种，安装在同一隔震平板上的直线导轨与复位弹簧组件重合设置。
[0136] 此结构具体指：I#直线导轨3101、II#直线导轨3101沿上板100的P中轴线设置，I#复位弹簧组件、II#复位弹簧组件、III#复位弹簧组件、IV#复位弹簧组件沿上板100的P中轴线设置；所述III#直线导轨3101、IV#直线导轨沿下板200的Q中轴线设置，V#复位弹簧组件、VI#复位弹簧组件、VII#复位弹簧组件、VIII#复位弹簧组件沿下板200的Q中轴线设置。
[0137] 此时，安装在同一隔震平板上的直线导轨与复位弹簧组件二者设置方向的夹角θ＝0°。
[0138] 第三种，安装在同一隔震平板上的直线导轨与复位弹簧组件二者设置方向的夹角为θ，且θ满足0°＜θ＜90°。
[0139] 出于复位的稳定性，优选上述直线导轨与复位弹簧组件结构关系中的第一种结构关系。
[0140] 在另一具体实施方式中，八个复位弹簧组件与隔震平板连接的固定端只要不连接在同一个隔震平板上即可实现隔震装置的复位。
[0141] 通常，与同一个滑块连接的两个复位弹簧331其固定端分别安装在上板100、下板200。
[0142] 在另一具体实施例中，所述复位弹簧组件包括复位弹簧331、与复位弹簧331的一端连接的第一连接件332、与复位弹簧331的另一端连接的第二连接件333、与隔震板组件连接的阻尼柱334；所述第二连接件333上设置一个与阻尼柱334过盈配合的柱孔；所述复位弹簧331通过第一连接件332与滑动座320的滑块连接的一端为浮动端，复位弹簧331通过第二连接件333及套接在柱孔中的阻尼柱334与隔震板组件连接的另一端为固定端。其中，复位弹簧331可为线性或非线性弹簧。
[0143] 如图3、图8所示的复位弹簧组件，复位弹簧组件两端分别与隔震平板、滑块连接，当两个隔震平板发生相对位移时，复位弹簧组件会将隔震装置拉回到原始位置。直线导轨两端均设置高性能的橡胶，当滑块移动到极限边缘碰到橡胶时，能起到缓冲吸收能量的效果。
[0144] 进一步地，如图8分别为连接到上板100、下板200的复位弹簧组件；如图1、图3所示，两组复位连接件330同样成正交布置。此结构中，第二连接件333带有阻尼柱334，当滑块移动时，滑块会拉动复位弹簧331使其伸长，复位弹簧331的固定端会以阻尼柱334为轴心旋转，当旋转时，可通过第二连接件333对阻尼柱334的摩擦产生阻尼效果。
[0145] 进一步地，阻尼柱334的接触面可有高纤维橡胶组成，通过调节橡胶的摩擦系数，配合不同质量的物品，达到最佳的阻尼效果。
[0146] 本实施例中“井”字形正交结构的滑块-直线导轨组件，采用的是双平行正交直线导轨结构。在一体式双平行正交导轨的之间设置有复位连接件330作为弹性恢复装置，整体效果能使上板100与下班的相对运动自由度达到360度。下板200放置于地面或固定平面之上，而上板100之上则放置需要隔震保护的物件。地震来临时，上板100及安放在上板100上的物体会与安设在地板的下板200产生360度方向的相对运动，在复位弹簧组件的阻尼作用下，起到消能隔震效果，拉低由于地动加速度传递到带有负载的上板100本身的加速度，从而进一步保护负载。进一步地，直线导轨和滑块之间的滑动摩擦系数控制在0.004左右。
[0147] 在另一具体实施例中，所述直线导轨的端部设置缓冲吸能垫。当地震强度使滑块超出最大移动范围时，滑块会碰撞到缓冲吸能垫上，一方面起限位作用，另一方面起吸能作用，使上部物件所受到的冲击大大减少。进一步，缓冲吸能垫由可恢复的高分子泡沫或塑料制成。
[0148] 如图4所示，两组双平行设置直线导轨同时与一组滑动座320的四个独立设置的滑块滑动连接。需要重点说明的是，如图4、图5、图6所示，一组滑动座320中四个滑块均为独立部件，四个滑块的实体并不连接，但因双平行设置直线导轨和滑块本身结构限制，上板100相对于下板200浮动时，四个滑块同步移动。
[0149] 本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
[0150] 实施例3：
[0151] 一种正交导轨式的隔震装置，包括上板100、下板200两个隔震平板、一套设置在两个隔震平板之间的隔震组件、连接两个隔震平板的制动件400组成；所述隔震组件由两组直线导轨组件310、一组滑动座320、两组复位连接件330组成。
[0152] 一个隔震平板上安装一组直线导轨组件310形成一个隔震板组件，隔震平板为上板100的隔震板组件为上隔震板组件，隔震平板为下板200的隔震板组件为下隔震板组件，分别安装在两个隔震平板上的两组直线导轨组件310正交设置；一个滑动座320同时与一上一下的两组直线导轨连接且一个滑动座320同时与两组复位连接件330的浮动端连接，两组复位连接件330远离滑动组件的固定端分别安装在两个隔震板组件上；正常工作时，隔震组件限制每个隔震平板的重心始终位于两个隔震平板相互重合的区域。所述隔震平板采用隔震方盘。
[0153] 如图1、图13所示，位于上方的隔震平板为上板100，用于承装负载；位于下方的隔震平板为下板200，用于固定在地面等工作基面。上板100、下板200结构相同，可以互换。所述隔震平板四周的侧面设置连接孔001，以供安装制动件400。在没有地震发生时，制动件400限制上板100、下板200的相对运动，减少对负载的移动。当地震来临时，当地震烈度大于制动件400能承受的设定值时，制动件400会断裂，而两个隔震平板开始相对运动，缓冲并消耗地震对负载的破坏。所述制动件400的结构可以采用图12中任意一种结构。
[0154] 一体式的采用正交结构的滑块-直线导轨组件能确保上、下两个直线轨道90度垂直的精度，市面上的使用中间连接板组成的正交轨道，在保证正交的精度上会比一体式制作而成的正交轨道要小，从而一定程度地影响隔震平台在全方位360度自由移动的效能，这影响会使需要保护的上部物件承受一定的冲击，使隔震性能不能发挥到极致。
[0155] 本实施例的隔震装置，相对于现有技术的第一个重要改进点为：两组正交的直线导轨沿均质、正方形隔震平板非对角线的中轴线设置，如图11所示，隔震装置初始状态时及两个隔震平板发生可自行复位的相对位移时，上板100的重心、下板200的重心始终位于两个隔震平板重合的区域。因此，若将上板100上的负载调整到其重心与上板100的重心重合，一般烈度的地震不会使上板100负载后的重心超出下板200区域，因此降低了倾覆的风险。当然，当两个隔震平板倾覆后，就无法通过复位弹簧组件自行复位，而是需要工作人员重新检修。
[0156] 本实施例所述的隔震装置，相对于现有技术的第三个重要改进点为：隔震装置为仅有上板100、下板200两个隔震平板的双板结构，上板100、下板200之间并无其他连接板层。本实施例中用“直线导轨、滑块、直线导轨”的滑块导轨副直接将上板100、下板200两个隔震平板连接成一整体，相较于其他三层及以上的多板结构，本申请的隔震装置整体厚度更小。
[0157] 本实施例的其他部分与实施例1或2相同，故不再赘述。
[0158] 实施例4：
[0159] 本实施例在实施例1-3任一项的基础上，进一步公开一种正交导轨式的隔震装置的设计方法。首先要说明的是，该设计方法并非精确计算过程，其对应的隔震装置也并非精密设备，因此，在进行隔震装置设计时可以视情形省略一些参数或估算某些参数或对其结果取整，以便于提高计算效率。本设计方法的核心思想为：先拟定隔震平板的尺寸，然后根据隔震装置的结构将拟定的直线导轨、滑块、复位弹簧放入隔震平板，计算最大值的瞬时隔震位移S，和最大隔震位移余量Smax并进行比较：若最大值的瞬时隔震位移S明显大于最大隔震位移余量Smax，则既要考虑增加隔震平板的单边边长，又要调整弹簧参数；若最大值的瞬时隔震位移S略大于最大隔震位移余量Smax，则首先考虑其他参数不变仅增加隔震平板的单边边长；若最大的瞬时隔震位移S明显小于最大隔震位移余量Smax，则基本符合负载要求、设计要求。一般为了方便加工及使用，隔震平板的边长取整。
[0160] 本设计方法针对的隔震装置的结构如下：所述隔震装置包括上板100、下板200两个上下设置的隔震平板和一套设置在两个隔震平板之间的隔震组件，所述隔震平板为均质平板且隔震平板与隔震组件连接的安装面为正方形；所述隔震组件包括四个直线导轨、四个滑块、八个复位弹簧组件；两根相互平行的直线导轨为一组直线导轨组件310并沿上板100的一个非对角线的中心轴线安装在上板100上，另两根相互平行的直线导轨为一组直线导轨组件310并沿下板200的一个非对角线的中心轴线安装在下板200上；所述八个复位弹簧组件四个一组，分为两组复位连接件300，一组复位连接件300沿上板100未设置直线导轨组件310的另一个非对角线的中心轴线安装，另一组复位连接件300沿下板200未设置直线导轨组件310的另一个非对角线的中心轴线安装；两组直线导轨组件310一上一下呈“井”字形正交设置，并形成四个交叉点；四个方形的滑块分别设置在四个交叉点处，且每个滑块同时与上方的一个直线导轨、下方的一个直线导轨滑动连接，且四个滑块与四个直线导轨组成直线导轨副；一个滑块远离相邻滑块的两个外侧面分别与一个固定端安装在上板100的复位弹簧组件、一个固定端安装在下板200的复位弹簧组件两个复位弹簧组件连接；一个复位弹簧组件中包括一个始终拉伸的复位弹簧331，且复位弹簧331两端分别连接滑块和隔震平板；
[0161] 初始状态下，安装在上板100、下板200两个隔震平板上的两组直线导轨组件310中的四个直线导轨呈“井”字形正交设置，固定端安装在上板100、下板200两个隔震平板上的两组复位连接件330中的八个复位弹簧组件呈“井”字形正交设置，安装在同一个隔震平板上的两个直线导轨、四个复位弹簧组件呈“井”字形正交设置；
[0162] 记：安装在同一个隔震平板上的直线导轨与复位弹簧331夹角的余角为θ；初始状态时，复位弹簧331位于初始位置，满足θ＝θmin＝0°；正常工作状态下，复位弹簧331的最小有效回复位置，是复位弹簧331按设计要求沿直线导轨方向产生有效回复力的临界位置，满足θ＝θ临界；正常工作状态下，复位弹簧331能达到的极限位置，是复位弹簧331在与该复位弹簧331连接的滑块移动到直线导轨端部时的位置，此时满足θ＝θmax＜90°；
[0163] 滑块从初始状态的初始位置向单一方向沿直线导轨滑动的距离为单边的隔震位移，滑块从初始状态的初始位置移动到触碰直线导轨端部的极限位置的距离为单边的隔震位移。
[0164] 所述设计方法是根据隔震装置待安装的空间、负载要求、抗震要求，对上述结构的隔震装置进行隔震平板参数、直线导轨参数、滑块参数、复位弹簧参数以及系统参数各项参数的优化设计。设计出的隔震装置要同时满足安装空间要求、负载要求、抗震要求；其中，按照GB50011-2001《建筑抗震设计规范》，本发明参考的水平地震影响系数最大值如表1所示，按照ASCE7-10《美国建筑荷载规范》对阻尼参数B取值。
[0165]地震影响 6度 7度 8度 9度
多遇地震 0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24) 0.32
罕遇地震 0.28 0.50(0.72) 0.90(1.20) 1.40
[0166] 表1
[0167] 下面先以安装300kg的负载要求、8度多遇的设计要求详述正交式隔震装置的设计方法。
[0168] 参数说明：
[0169] 负载重量W：通常由需求方在负载要求中提出；下文以300kg负载为例进行说明。
[0170] 水平地震影响系数αmax、阻尼参数B：由隔震要求决定，如以8度多遇的设计要求时，水平地震影响系数为0.16；阻尼参数B取1.7。
[0171] 所述隔震平板的单边边长L板、隔震平板的厚度S板、隔震平板的材质、隔震平板的自重W板；由隔震平板的单边边长L板、隔震平板的厚度S板、不同材质对应的密度即可计算出隔震平板的自重W板；当然为了方便计算，在考虑隔震装置垂直方向受力时可以忽略隔震平板的自重W板。所述隔震平板的单边边长L板、隔震平板的厚度S板、隔震平板的材质先由经验拟定。
[0172] 所述直线导轨的长L轨；为了在有限的空间中争取较大的隔震位移，通常直线导轨的长度仅比隔震平板单边的长度略短。为了防尘，隔震平板四周外沿通常设置一圈围边，而直线导轨的端部就挨着两侧的围边布置。
[0173] 所述滑块参数包括滑块的长L块、滑块的宽W块；滑块的长L块和直线导轨的长L轨以及滑块与直线导轨的安装位置共同决定了隔震位移余量。通常一组滑动座沿直线导轨滑动的四个方向上，单个方向的隔震位移余量相等，故只需要计算单向即可。若多个方向的隔震位移余量不相等，则必须计算最短的隔震位移余量和最大瞬时隔震位移的关系，最短的隔震位移余量决定了隔震装置的隔震能力。
[0174] 所述复位弹簧参数包括弹簧初始长度L初、弹簧最小有效摩擦长度L有效、弹簧最大极限长度L极限、弹簧材料、弹簧自由长度L0、弹簧中径D、簧丝直径d、有效圈数Na、弹簧刚度K簧、弹簧初张力P0。复位弹簧参数中弹簧材料、弹簧自由长度L0、弹簧中径D、簧丝直径d、有效圈数Na通常根据经验拟定，而弹簧初始长度L初、弹簧最小有效摩擦长度L有效、弹簧最大极限长度L极限则与隔震装置的具体安装结构有关，主要用于计算复位弹簧311与直线导轨的夹角的余角大小，需要通过上述参数计算并重点控制的参数是弹簧刚度K簧、弹簧初张力P0。
[0175] 所述系统参数包括隔震平板、直线导轨、滑块、复位弹簧相互位置关系，直线导轨副的滑动摩擦系数μ、直线导轨副的刮油片阻力f0。通常情况下，直线导轨借由钢珠做滚动导引，故其摩擦力可以减小到传统滑动导引的1/50，尤其是静摩擦非常小，几乎和动摩擦没有太大差别，因此不会发生空转打滑的现象而能实现微米级的运动精度。一般而言，直线导轨的摩擦系数约为0.004。其中，刮油片阻力因规格不同而异，具体参见表2：
[0176]规格 刮油片阻力(kgf) 规格 刮油片阻力(kgf)
HG15 0.12 HG35 0.31
HG20 0.16 HG45 0.39
HG25 0.2 HG55 0.47
HG30 0.27 HG65 0.59
[0177] 表2
[0178] 负载300kg，8度多遇隔震要求下，隔震装置的设计具体包括以下步骤：
[0179] 步骤A：根据隔震装置待安装的空间、负载要求、抗震要求，先拟定隔震平板的单边边长L板、隔震平板的厚度S板、隔震平板的材质。涉及隔震装置垂直方向受力情况分析时，由于隔震平板自重相对于负载而言非常小，为了方便计算，可以不考虑隔震平板的自重W板。但是若隔震平板自重和负载相比不可忽视的时候，还是要考虑隔震平板的自重W板。
[0180] 本实施例中，负载要求时300kg，而隔震平板自重通常不到1kg，因此忽略隔震平板自重W板。拟定隔震平板单边边长L板为400mm，按隔震装置的结构选择直线导轨、滑块并确定复位弹簧固定端的位置。如图14所示，以单一方向计算隔震周期，对于任意时刻的上下盘相对水平运动，存在复位弹簧311与竖直方向夹角θ，即复位弹簧311与直线导轨夹角的余角为θ。考虑到围边3-4mm，直线导轨的总长比隔震平板单边短，一根直线导轨上同时安装两个滑块等因素，估算单边的最大隔震位移余量Smax为124mm。
[0181] 步骤B：根据负载要求的负载重量W、隔震平板的单边边长L板、隔震平板的厚度S板、隔震平板的材质选择由四个直线导轨、四个滑块组成的直线导轨副，获取直线导轨副中直线导轨的长L轨、滑块的长L块、滑块的宽W块、直线导轨副的滑动摩擦系数μ、直线导轨副的刮油片阻力f0；先由直线导轨的长L轨、滑块的长L块及四个直线导轨与四个滑块的位置关系计算单向的最大隔震位移余量Smax；再由隔震平板参数、直线导轨参数、滑块参数设计复位弹簧组件的安装位置，并根据复位弹簧组件的安装位置计算复位弹簧组件中复位弹簧331分别处于初始位置、最小有效回复位置、极限位置时复位弹簧331的弹簧初始长度L初、弹簧最小有效摩擦长度L有效、弹簧最大极限长度L极限。
[0182] 本实施例中，复位弹簧331在初始位置时，弹簧初始长度L初为104.01mm，此时余角θ为0°；复位弹簧331在沿直线导轨方向产生有效回复力的临界位置，要求距离初始位置20mm，此时弹簧最小有效摩擦长度L有效约为108.8mm，此时cosθ临界＝104.01mm/108.8mm，即余角θ临界取整为15°；复位弹簧331运行到极限位置时，弹簧最大极限长度L极限为164.5mm，此时cosθmax＝104.01mm/164.5mm，即余角θmax取整为51°。
[0183] 步骤C：由复位弹簧331的弹簧初始长度L初、弹簧最小有效摩擦长度L有效、弹簧最大极限长度L极限设计弹簧材料、弹簧自由长度L0、弹簧中径D、簧丝直径d、有效圈数Na，并计算弹簧初张力P0和弹簧刚度K簧；
[0184] 使用现有的弹簧设计计算软件拟定弹簧自由长度L0、弹簧初张力P0和弹簧刚度K簧。例如：http://www.fsth88.com/spring/lahuangjisuan.html公开了一款免费在线拉伸弹簧设计计算软件，软件的图形用户界面如图15所示。通过弹簧参数设计，得到弹簧自由长度L0为75.39，弹簧初张力P0为633.42g，弹簧刚度K簧为2.5g/mm。
[0185] 步骤D：根据上述参数中直线导轨与复位弹簧331夹角的余角θ、弹簧初始长度L初、弹簧自由长度L0、弹簧初张力P0、弹簧刚度K簧、直线导轨副的滑动摩擦系数μ、直线导轨副的刮油片阻力f0、负载重量W、隔震平板的自重W板、水平地震影响系数αmax、阻尼参数B建立余角θ与瞬时隔震位移S的关系。所述步骤D具体包括以下步骤：
[0186] 步骤D1：由余角θ、弹簧初始长度L初，得到隔震装置受地震波影响滑块相对直线导轨移动时复位弹簧331的弹簧瞬时长度L瞬与余角θ瞬、弹簧初始长度L初的关系为[0187] 本实施例中弹簧初始长度L初为104.01mm。
[0188] 步骤D2：由弹簧瞬时长度L瞬、弹簧自由长度L0、弹簧初张力P0、弹簧刚度K簧，得到一个复位弹簧331的弹簧弹力F簧，弹簧弹力F簧满足：F簧＝(L瞬-L0)*K簧+P0；
[0189] 本实施例中弹簧自由长度L0为75.39mm，弹簧初张力P0为633.42g，弹簧刚度K簧为2.5g/mm。
[0190] 步骤D3：由直线导轨副的滑动摩擦系数μ、直线导轨副的刮油片阻力f0、负载重量W，得到隔震装置受到地震波影响滑块相对直线导轨移动时一个滑块受到的滑动摩擦力FS，一个滑块受到的滑动摩擦力FS满足：
[0191] 本实施例中忽略隔震平板的自重W板，负载重量W＝300kg，直线导轨副的滑动摩擦系数μ取0.004；直线导轨副的刮油片阻力f0取值0.12。
[0192] 步骤D4：由一个复位弹簧331的弹簧弹力F簧、一个滑块受到的滑动摩擦力FS、直线导轨与复位弹簧331夹角的余角θ，得到隔震装置受到地震波影响滑块相对直线导轨移动时一组复位连接件330中四个复位弹簧331同时产生的水平合力ΣFX；水平合力ΣFX满足：ΣFX＝4*(F簧sinθ+FS)；
[0193] 本实施例中余角θ为余角θ瞬，即ΣFX＝4*(F簧sinθ瞬+FS)
[0194] 步骤D5：由水平合力ΣFX计算隔震装置的系统瞬时有效刚度Keff；系统瞬时有效刚度Keff满足：
[0195] 步骤D6：由系统瞬时有效刚度Keff、负载重量W、隔震平板的自重W板计算隔震装置的系统瞬时隔震周期T；系统瞬时隔震周期T满足：
[0196] 本实施例中负载重量W为300kg。
[0197] 步骤D7：由系统瞬时隔震周期T、水平地震影响系数αmax、阻尼参数B，建立系统瞬时隔震周期T与瞬时隔震位移S的关系；系统瞬时隔震周期T与瞬时隔震位移S满足：
[0198] 本实施例中根据表1、表2，水平地震影响系数αmax取0.16，阻尼参数B取1.70。
[0199] 步骤E：绘制θ临界≤θ≤θmax时瞬时隔震位移S数值的曲线图，选出数值最大值的瞬时隔震位移S，并与最大隔震位移余量Smax对比：若数值最大值的瞬时隔震位移S小于最大隔震位移余量Smax，则上述隔震平板参数、直线导轨参数、滑块参数、复位弹簧参数以及系统参数各项参数符合设计要求；若数值最大值的瞬时隔震位移S不小于最大隔震位移余量Smax，则重新调整上述隔震平板参数中隔震平板的单边边长L板，再通过步骤A-步骤E进行验证；直至数值最大值的瞬时隔震位移S小于最大隔震位移余量Smax。
[0200] 将步骤D1-步骤D7的公式组合成一个方程组，得到瞬时隔震位移S与瞬时余角θ瞬的关系，其中重力加速度g取9.8。得到如图16所示的多组瞬时余角θ瞬与瞬时隔震位移S的对应关系，可以看出瞬时余角θ瞬从15°-51°一度一度增加，其瞬时隔震位移S并不会随瞬时余角θ瞬的增加而增加，而是呈现类似正态分布曲线的关系。在瞬时余角θ瞬为38°时，瞬时隔震位移S的值最大，为83.06mm。而单边的最大隔震位移余量Smax为124mm，远远大于此时的最大瞬时隔震位移S的83.06mm，因此符合设计要求。
[0201] 若同样参数的隔震装置要符合负载300kg、9度多遇的要求，需要将水平地震影响系数αmax该为0.32，得到如图17所示的多组瞬时余角θ瞬与瞬时隔震位移S的对应关系，在瞬时余角θ瞬为38°时，瞬时隔震位移S的值最大，为166.12mm。此时，单边的最大隔震位移余量Smax为124mm远远小于最大瞬时隔震位移S的166.12mm，不符合设计要求。通常通过增大隔震平板的尺寸，以满足设计要求。但若受隔震装置安装空间限制，也可以在不增加隔震平板尺寸或少量增加隔震平板尺寸的前提下，通过调整复位弹簧331的参数以满足设计要求。
[0202] 本实施例的其他部分与实施例1-3任一项的内容相同，故不再赘述。
[0203] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
