CN101858402B - 三向无角位移减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三向无角位移减振器，适用于车载、舰载和机载光电设备的减振平台。它包括与载体连接的基板组件、摇杆组件和与负载相连的转接板组件，摇杆组件是由两组铰接摇杆和两根圆柱杆构成的矩形框且其四个顶点与转接板的四角均为滑动式铰接，当转接板受到任何作用力时，摇杆组件只能使其沿X、Y方向平动而无法转动；摇杆组件的四个顶点与基板组件的一对滑动和一对固定转动副座铰接，使转接板组件只能沿Z方向平动而无法转动；同时，转接板组件还与基板组件中的四个三向减振器连接，以对负载进行三个方向的减振。本发明解决了减振平台在振动扰动时随机产生角位移的问题，为提高光电负载的稳定精度提供了技术支持。

Description

三向无角位移减振器

技术领域

本发明属于精密仪器减振技术领域，主要涉及一种减振器，尤其涉及对振动环境要求苛刻的精密仪器使用的一种无角位移减振器。

背景技术

为了使车载、舰载和机载设备，特别是对振动环境要求严格的精密仪器提供一个良好的工作环境，常需要安装减振器来隔绝外界振动，但由于减振器的各向异性以及外界振动随机性等诸多因素造成减振平台在振动时不可避免地发生随机性角位移，这极大地降低了精密仪器的精度，为此需要使用无角位移减振器来克服角位移带来的不利影响。中国专利申请200410010639.4公开了一种无角位移减振器，图1示出了其作用原理，两等长摇杆1、3分别铰接于固定铰接座，转接板6由等长杆4、5铰接于两摇杆1、3上，且使转接板6平行于两固定铰接座轴线连线，则摇杆1、3绕固定铰接座转动时，摇杆的另一端同步驱动滑块2沿垂直杆7滑动，并制约了两摇杆只能作相向等角速度转动，则转接板6始终只能垂直于直杆7作上下平动，从而实现了单轴无角位移减振。但由于结构的制约，该方案在其它两轴方向上不具备减振效果。

众所周知，振动环境是复杂而随机的，可能同时各个方向上均存在振动，若仅能实现单向无角位移减振而在其它方向无法限制角位移或根本无隔振能力，这同样也无法满足某些精密仪器对振动环境的要求，甚至会导致精密仪器损坏的严重后果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种能够在三个方向上实现无角位移的减振器。

为解决上述技术问题，本发明提供的三向无角位移减振器包括基板组件，摇杆组件，转接板组件和第一、第二加强条；所述基板组件含有基板、两个滑动转动副座、两个固定转动副座、四个三向减振器以及由两根平行的横梁和两根平行的滑轨梁固连而成的方框架，基板为方环形板，所述方框架和四个三向减振器均固连在基板的同一面上，所述两个滑动转动副座和两个固定转动副座均带有轴孔，两个滑动转动副座一一对应且滑动式安装在两根滑轨梁的一端且两个滑动转动副座的轴孔同轴线，两个固定转动副座一一对应固连在两根滑轨梁的另一端且两个固定转动副座的轴孔同轴线，两个滑动转动副座和两个固定转动副座的轴孔轴线位于与基板环面平行的同一个平面内且相互平行；所述转接板组件含有转接板和两个圆柱滑轨座，转接板为方环形板，两个圆柱导轨座带有滑轨孔，两个圆柱滑轨座平行且对应固连在转接板两条相对的边框处，两个圆柱滑轨座的轴线所在平面平行于转接板的下端面；所述转接板位于基板组件上方且与所述四个三向减振器固连；所述摇杆组件含有四个摇杆、两根圆柱杆和四个T形件，四根摇杆均设有铰接孔、第一轴孔和第二轴孔且三孔的轴线在同一个水平面内相互平行，四根摇杆中的第一轴孔至铰接孔的距离均相等，第二轴孔至铰接孔的距离也均相等，且第一轴孔位于第二轴孔和铰接孔之间，四个T形件的横梁通孔为滑孔，竖杆为圆柱形滑杆，第一、第二摇杆在两者的铰接孔处铰接，第三、第四摇杆在两者的铰接孔处铰接，两根圆柱杆平行且其四个端头对应穿过四个T形件滑孔后与四个摇杆的第一轴孔对应铰接；所述摇杆组件位于所述转接板组件上方，所述四个T形件的滑杆由所述滑轨孔的四个端口对应插入到所述两个圆柱滑轨座中，所述四个摇杆上的第二轴孔与所述两个滑动转动副座及两个所述固定转动副座的轴孔对应铰接，第一加强条的两端一一对应固连在两个正对的摇杆上，第二加强条的两端一一对应固连在另两个正对的摇杆上。

本发明的技术效果体现在以下几个方面。

(一)作为本发明核心组件的摇杆组件是由两组摇杆和两根圆柱杆构成的矩形框，其中，每组摇杆由两根铰接的摇杆组成，两个圆柱杆的两端均分别通过一对T形件与两个相邻摇杆铰接且T形件可以相对圆柱杆滑动和转动，亦即T形件可以带着转接板组件沿着圆柱杆的长度方向平动；T形件的滑杆位于转接板组件的滑轨孔中，亦即T形件可以带着转接板组件沿着垂直于圆柱杆的方向平动；两组摇杆的两端均分别与设置在两根滑轨上的一对滑动转动副座和一对固定转动副座进行铰接，使摇杆组件的四个顶点始终位于四个转动副座轴孔限定的平面中，从而使转接板组件只能沿Z轴方向平动；因此，转接板组件只能在三个方向上平动而不能转动。此外，转接板组件与安装在基板上的四个三向减振器固连，因此，无论当载体受到任何方向的振动干扰时，在四个三向减振器和各结构组件的共同作用下，本发明可实现三向无角位移减振功能，从而提高了光电任务负载的稳定精度。

(二)本发明通过在两根滑轨梁两端均分别设置固定转动副座和滑动转动副座，并分别与两组摇杆的四个端点铰接的措施，实现了在空间Z轴限定无角位移的功能，与实现单轴无角位移的现有技术相比，本发明减少了两组滑块且无需垂直导轨，由此简化了基架结构。

(三)本发明通过采用四个T形件实现摇杆组件与转接板组件之间的滑动式铰接，从而对转接板组件在与空间Z轴垂直平面内的两个方向角位移进行限定，为本发明实现三向无角位移功能提供了技术支持。

附图说明

图1现有无角位移减振器的结构原理图。

图2是本发明中基板组件的结构组成轴测示意图。

图3是图2中所示的滑动和固定转动副座的爆炸示意图。

图4a和图4b为滑动转动副与滑轨梁的连接关系示意图。

图5是本发明中摇杆组件的结构组成轴测示意图。

图6是图5中所示第一、第二摇杆的结构示意图。

图7是图5中所示T形件的结构示意图。

图8a是本发明中转接板组件的结构组成轴测示意图。

图8b是转接板组件内部连接关系平面示意图。

图9是基板组件、摇杆组件和转接板组件的位置关系轴测示意图。

图10是滑动转动副座与摇杆的连接关系示意图。

图11是本发明三向无角位移减振器优选方案的轴测示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明三向无角位移减振器优选实施例的应用对象是机载光电吊舱，它由基板组件、摇杆组件、转接板组件、四根转轴22和两个加强条25构成。基板组件与载机固连，转接板组件与光电吊舱固连。

根据图2所示，基板组件包括基板1，两根横梁2，第一、第二滑轨梁5、8，第一、第二滑动转动副座4、9，第一、第二固定转动副座6、7和四个三向减振器3。基板组件既是本发明三向无角位移减振器与载体的连接组件，同时，又是本发明所有零部件的承载体。基板1为方环形板且一端环形面上设置有与四个边框对应的突台，其内环四角均伸出一个扇面，而外环四角均设有安装孔。第一、第二滑轨梁5、8的一端上下侧面均设有一段滑槽。两根横梁2和第一、第二滑轨梁5、8相应端头固连后构成一个方框架，其中，两根横梁2相互平行，第一、第二滑轨梁5、8相互平行且滑槽位于方框架的同一侧；方框架通过螺钉固定在基板的突台上。四个三向减振器3分别固连在基板1的四个扇形面上并位于方框架的内侧。第一滑动转动副座4含有滑动座 4-1、压板4-2、多颗滚珠4-3、两个挡片4-4和限位块4-5(参见图3)。滑动座4-1上部设有轴孔，下部设有安装豁槽且正对豁口的底壁上设有限位槽，安装豁槽上、下两侧壁上均设有半边滑槽且滑槽方向与滑动座4-1的轴孔方向垂直。滑动座4-1通过安装豁槽套在滑轨梁5带滑槽的一端(参见图4a、图4b)，滚珠4-3放置在滑轨梁5滑槽与滑动座4-1半边滑槽对接的空间中，滚珠4-3的数量视滑槽的长度及滚珠4-3的直径而定；限位块4-5位于滑动座4-1的限位槽中并与第一滑轨梁5通过螺钉固连；压板4-2固连在滑动座4-1安装豁槽的前端面上，压板4-2朝向安装豁槽的面上设有两段半边滑槽，分别与滑动座4-1安装豁槽侧壁上的半边滑槽组成完整的滑槽；两个挡片4-4固连在安装豁槽的两侧端面，以防止滚珠4-3从滑动座4-1两侧滑出。滑动座4-1通过滚珠4-3可在第一滑轨梁5上移动，限位块4-5与滑动座4-1上的限位槽对滑动座4-1的移动进行限位。第一固定转动副座6含有固定座6-1和紧固螺钉6-2，固定座6-1的结构形式与滑动座4-1的结构形式基本相同，不同的是其安装豁槽不带滑槽且正对豁口的底壁上设有两个螺孔；固定座6-1通过安装豁槽套在第一滑轨梁5的另一端并通过两个紧固螺钉6-2与第一滑轨梁5固连。第二滑动转动副座9与第一滑动转动副座4互为镜像；第二固定转动副座7与第一固定转动副座6互为镜像。同理，第二滑动转动副座9安装在第二滑轨梁8的相应位置上，且第一、第二滑动转动副座4、9中两个滑动座的轴孔同轴；第二固定转动副座7安装在第二滑轨梁8的相应位置上，且第一、第二固定转动副座6、7中两个固定座的轴孔同轴；两组同轴线处于同一平面内且相互平行。

根据图5所示，摇杆组件含有四根摇杆10～13，两根圆柱杆14和四个T形件15。第一摇杆10为头部带U形插口、中间带有减重槽、尾部上端带有突起平面的Y形结构体(参见图6)，其U形插口两侧壁上设有铰接孔10-1；尾部圆弧端由内向外设有两个轴孔10-2、10-3，铰接孔10-1和两个轴孔10-2、10-3的轴线相互平行且位于同一水平面内并与突起平面平行。第二摇杆11为 长板结构，除了不带U形插口外，其它部分的结构形式与第一摇杆10一致，即头部圆弧端设有铰接孔11-1，尾部圆弧端由内向外设有两个轴孔11-2、11-3，铰接孔11-1和两个轴孔11-2、11-3的轴线相互平行且位于同一水平面内并与突起平面平行。第三摇杆12与第一摇杆10互为镜像，第四摇杆13与第二摇杆11互为镜像。T形件15由两个垂直相贯体构成(参见图7)，其横梁体为矩形块且带有通孔即滑孔15-1，竖杆体为圆柱体即滑杆15-2。第一摇杆10与第二摇杆11及第三摇杆12与第四摇杆13分别通过第一、二连接件16在铰接孔处铰接。第一圆柱杆14的一端穿过第一T形件15的滑孔15-1后与第一摇杆10的第一轴孔10-2铰接；第二圆柱杆14的一端穿过第二T形件15的滑孔15-1后与第二摇杆11的第一轴孔11-2铰接；第三摇杆12与第四摇杆13、第三、第四T形件镜像对称地布置于第一、二圆柱杆14的另一端。由此构成了以两根圆柱杆14互为对边、两组铰接摇杆(第一、第二摇杆为一组，第三、第四摇杆为一组)互为对边的框架且四个T形件15的滑杆15-2均位于框架内的同一个平面上。四个摇杆10～13中，铰接孔距第一轴孔的距离均相等，铰接孔距第二轴孔的距离均相等。

根据图8a、图8b所示，转接板组件含转接板17、两个圆柱滑轨座18。转接板17的基体为外方内圆环形板，其四角设置有安装过孔。圆柱滑轨座18带有两个同轴且间隔一定轴向间距的滑轨孔18-1、18-2。两个圆柱滑轨座18通过螺钉固连在转接板17的上端面并用直销19定位，两个圆柱滑轨座18分别沿转接板17的两条相对的边框放置，两个圆柱滑轨座18的轴线P、Q平行且轴线P、Q所在平面与转接板17的下端面K平行。

根据图9所示，摇杆组件位于转接板组件的上方，其四个T形件15的滑杆15-2对应插入到两个圆柱滑轨座18上的四个滑轨孔18-1、18-2中。将转接板17上的四个安装过孔正对基板组件的四个三向减振器3的上方并通过螺钉使转接板17与四个三向减振器3固连。摇杆组件中第一摇杆10的第二轴孔10-3与第一滑动转动副座4的轴孔通过第一根转轴22铰接，第二摇杆11 的第二轴孔11-3与第一固定转动副座6的轴孔通过第二根转轴22铰接；相同地，第三摇杆12与第二滑动转动副座9的轴孔通过第三根转轴22铰接，第四摇杆13与第二固定转动副座7的轴孔通过第四根转轴22铰接。图10示出了滑动座4-1与第一摇杆10的连接方式，即将两个压圈20、21分别旋入滑动座4-1的两个轴孔后插入第一根转轴22，第一根转轴22一端的定位面与压圈20的定位面接触，伸出压圈21外端的第一根转轴22上安装城堡螺母23并旋紧至合适位置，使第一摇杆10绕第一根转轴22转动灵活，再将开口销24安在城堡螺母23上以防城堡螺母23松脱。滑动转动副座9、两个固定转动副座6、7与对应摇杆12、11、13的铰接关系也如图10所示。将两个加强条25固连在摇杆组件上就构成了图11所示的本发明优选实施例，其中，第一加强条25的两端分别固连在第一、第三摇杆10、12上，第二加强条25的两端分别固连在第二、第四摇杆11、13上，由此保证第一、第三摇杆10、12之间、第二、第四摇杆11、13之间的平行性及运动同步性。

下面结合优选实施例叙述本发明的作用原理。

根据图11所示，在应用本发明优选实施例时，通过基板1外环四角的安装孔与无人机或直升机连接，光电任务负载固连在转接板17的环形板面上。假设转接板17在靠近第一固定转动副座6的某处受到Z向扰动，转接板17受扰动处通过临近的圆柱滑轨座18与T形件滑杆15-2的配合及T形件滑孔15-1与圆柱杆14的配合，将扰动趋势传至圆柱杆14靠近扰动源的一端，圆柱杆14驱动第二摇杆11绕第一固定转动副座6铰接轴转动，由于第二加强条25的作用，第四摇杆13被驱动，作绕第二固定转动副座7铰接轴的转动且该转动与第二摇杆11同角速度、同方向；第二、第四摇杆11、13通过两个连接件16分别带动第一、第三摇杆10、12作绕第一、第二滑动转动副座4、9铰接轴的转动，且该转动的角速度与第二、第四摇杆11、13的角速度相同但方向相反，与此同时，第一、第三摇杆分别带动第一、第二滑动转动副座4、9沿第一、第二滑轨梁5、8同步滑动。由于四个摇杆10～13中的第一轴孔到 铰接孔的距离相等且第二轴孔到铰接孔的距离也相等，因此两根圆柱杆14所在的平面始终平行于四个摇杆10～13的第二轴孔轴线所在的平面，不难得出转接板17平行于基板1作Z向平动。相似地，如果转接板17在靠近第一或第二滑动转动副座4或9的某处受到Z向扰动，第一、第三摇杆10、12同步转动且驱动第一、第二滑动转动副座4、9沿第一、第二滑轨梁5、8滑动，同时带动第二、第四摇杆11、13作同角速度、反方向转动，两圆柱杆14所在的平面始终平行于所有摇杆10～13第二轴孔轴线所在的平面，转接板17平行于基板1作Z向平动，由此可知无论转接板17何处受到Z向扰动，通过摇杆组件与转接板组件及基板组件的配合均能限制转接板17平行于基板1作Z向平动。此外，假设转接板17任意一处在X向受到扰动，转接板17通过两个圆柱滑轨座18带动4个T形件分别沿两圆柱杆14滑动，由于两圆柱杆14始终保持平行，则转接板17在X向仅能平行于基板1沿X轴作平动。同理，转接板17在Y向受到扰动，由于两圆柱滑轨18与4个T形件的配合，转接板仅能平行于基板1沿Y轴作平动。综上，无论转接板17在那个方向受到扰动，本发明均可在三个方向限制基板1的角位移，而使转接板17沿X、Y、Z三轴作平行于基板1的平动。由于转接板17是通过四个三向减振器3安装在基板1上，因此，由载机通过基板1带来的振动被衰减，从而使得本发明实现了三向无角位移减振功能。

Claims (1)

1.一种三向无角位移减振器，包括基板组件，摇杆组件和转接板组件，其特征在于：还包括两个加强条[25]，所述基板组件含有基板[1]、两个滑动转动副座[4、9]、两个固定转动副座[6、7]、四个三向减振器[3]以及由两根平行的横梁[2]和两根平行的滑轨梁[5、8]固连而成的方框架，基板[1]为方环形板，所述方框架和四个三向减振器[3]均固连在基板[1]的同一面上，所述两个滑动转动副座[4、9]和两个固定转动副座[6、7]均带有轴孔，两个滑动转动副座[4、9]一一对应且滑动式安装在两根滑轨梁[5、8]的一端且两个滑动转动副座[4、9]的轴孔同轴线，两个固定转动副座[6、7]一一对应固连在两根滑轨梁[5、8]的另一端且两个固定转动副座[6、7]的轴孔同轴线，两个滑动转动副座[4、9]和两个固定转动副座[6、7]的轴孔轴线位于与基板[1]环面平行的同一个平面内且相互平行；所述转接板组件含有转接板[17]和两个圆柱滑轨座[18]，转接板[17]为方环形板，两个圆柱滑轨座[18]带有滑轨孔[18-1、18-2]，两个圆柱滑轨座[18]平行且对应固连在转接板[17]两条相对的边框处，两个圆柱滑轨座[18]的轴线[P、Q]所在平面平行于转接板[17]的下端面[K]；所述转接板[17]位于基板组件上方且与所述四个三向减振器[3]固连；所述摇杆组件含有四个摇杆[10～13]、两根圆柱杆[14]和四个T形件[15]，四根摇杆[10～13]均设有铰接孔、第一轴孔和第二轴孔且三孔的轴线在同一个水平面内相互平行，四根摇杆[10～13]中的第一轴孔至铰接孔的距离均相等，第二轴孔至铰接孔的距离也均相等，且第一轴孔位于第二轴孔和铰接孔之间，四个T形件[15]的横梁通孔为滑孔[15-1]，竖杆为圆柱形滑杆[15-2]，第一、第二摇杆[10、11]在两者的铰接孔[10-1、11-1]处铰接，第三、第四摇杆[12、13]在两者的铰接孔处铰接，两根圆柱杆[14]平行且其四个端头对应穿过四个T形件滑孔[15-1]后与四个摇杆[10～13]的第一轴孔对应铰接；所述摇杆组件位于所述转接板组件上方，所述四个T形件[15]的滑 杆[15-2]由所述滑轨孔[18-1、18-2]的四个端口对应插入到所述两个圆柱滑轨座[18]中，所述四个摇杆[10～13]上的第二轴孔与所述两个滑动转动副座[4、9]及两个所述固定转动副座[6、7]的轴孔对应铰接，第一加强条[25]的两端一一对应固连在两个正对的摇杆[10、12]上，第二加强条[25]的两端一一对应固连在另两个正对的摇杆[11、13]上。 

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