CN102853025B - 一种六自由度低频微振动隔离机械装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六自由度低频微振动隔离机械装置，包括基座、隔振单元和载物台，基座与载物台相同，基座包括固定板、连接块和杆端关节轴承，固定板为三块定位板均匀分布在圆形板上的扁平结构件，连接块为三棱锥型结构件，三个连接块分别固定在固定板中的三块定位板上，连接块中一个三菱锥面的边，与定位板的长边垂直设置，连接块中两个面向固定板圆心的三菱锥面上分别连接一个杆端关节轴承；基座的每个连接快上固定两个杆端关节轴承，每一个杆端关节轴承连接一个隔振单元的一端，载物台的每个连接快上固定两个杆端关节轴承，每一个杆端关节轴承连接隔振单元的另一端。本发明为被动隔振装置，无需外部提供能源，无功耗，环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种六自由度低频微振动隔离机械装置，属于机械设备振动控制技术领域。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展，工业和制造业对精密测量、精密加工等技术的需求越来越旺盛。研究发现，对高精密测量、加工设备产生危害的振动主要是频率在0.5～70Hz范围内的微振动，这要求上述精密设备具备隔离低频微振动的能力。主动隔振装置对于解决低频微振动十分有效，但其存在着结构复杂、制造成本高、需要性能优异的传感器和作动器等缺点。而传统的线性被动隔振装置要实现低频、超低频隔振，则必须降低系统刚度或增加配重质量。降低刚度会造成隔振装置承载下降、弹性元件变形过大等问题；增加配重质量则会造成隔振装置效率低下。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种六自由度低频微振动隔离机械装置，用于机密设备的振动隔离，以适应安装其上的高精密设备对隔振装置的空间低频振动隔离的要求。
一种六自由度低频微振动隔离机械装置，包括基座(21)、隔振单元(18)和载物台(17)；
所述的基座(21)与载物台(17)结构相同，其中基座(21)包括固定板(22)、连接块(19)和杆端关节轴承(20)，固定板(22)为三块定位板均匀分布在圆形板上的扁平结构件，连接块(19)为三棱锥型结构件，三个连接块(19)分别固定在固定板(22)中的三块定位板上，连接块(19)中一个三菱锥面的边，与定位板的长边垂直设置，连接块(19)中两个面向固定板(22)圆心的三菱锥面上分别连接一个杆端关节轴承(20)；
基座(21)的每个连接快(19)上固定两个杆端关节轴承(20)，每一个杆端关节轴承(20)连接一个隔振单元(18)的一端，载物台(17)的每个连接快(19)上固定两个杆端关节轴承(20)，每一个杆端关节轴承(20)连接隔振单元(18)的另一端。
本发明的优点在于：
(1)负刚度机构弹簧仅在振动隔离机械装置受到振动时起作用，即保证了较高的支撑刚度，又降低了系统的动刚度。
(2)通过调节预紧螺钉，实现对隔振器隔振带宽的改变，以适应各种工况。
(3)通过Stewart平台实现空间六自由度隔振的功能。
(4)本发明为被动隔振装置，无需外部提供能源，无功耗，环保。
(5)本发明结构简单，零部件少，便于加工制造。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的隔振单元结构示意图；
图中：
1-螺纹杆 2-方形螺纹筒 3-二力杆
4-主体 5-杠杆铰支座 6-连接螺钉
7-杠杆 8-横向压块 9-横向弹簧
10-压紧片 11-预紧螺钉 12-连接杆
13-支撑弹簧 14-压紧杆 15-直线轴承
16-连接螺钉 17-载物台 18-隔振单元
19-连接块 20-杆端关节轴承 21-基座
22-固定板
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种六自由度低频微振动隔离机械装置，如图1、图2所示，包括基座21、隔振单元18和载物台17。
所述的隔振单元18与基座21和载物台17上的杆端关节轴承20相连，基座21为连接并固定隔振单元18的基础，载物台17为放置负载的平台。
所述的基座21与载物台17结构相同，其中基座21包括固定板22、连接块19和杆端关节轴承20，固定板22为三块定位板均匀分布在圆形板上的扁平结构件，连接块19为三棱锥型结构件，三个连接块19分别通过螺钉固定在固定板22中的三块定位板上，连接块19中一个三菱锥面的边，与定位板的长边垂直设置，连接块19中两个面向固定板22圆心的三菱锥面上分别连接一个杆端关节轴承20，为螺纹连接，本发明中杆端关节轴承20的型号为SQZ8-RS。
通过上述连接，基座21上设有三个连接块19，每个连接快19上固定两个杆端关节轴承20，共6个，每一个杆端关节轴承20连接一个隔振单元18的一端，载物台17上也设有三个连接块19，每个连接快19上固定两个杆端关节轴承20，共6个，每一个杆端关节轴承20连接隔振单元18的另一端。
所述的隔振单元18如图3所示，包括正刚度部分、负刚度部分和基体部分。
基体部分包括主体4、直线轴承15、压紧片10、连接螺钉、连接杆12。正刚度部分包括支撑弹簧13、压紧杆14和螺纹杆1。负刚度部分包括方形螺纹筒2、二力杆3、杠杆7、杠杆铰支座5、横向压块8和横向弹簧9。
主体4为倒立的“土”形的部件，顶部向下设有圆孔，支撑弹簧13下端与圆孔底部接触，上端受压紧杆14压紧，压紧杆14的另一端与螺纹杆1通过螺纹连接，压紧杆14外围与基体直线轴承15径向配合，直线轴承15通过连接螺钉16与主体4固连，螺纹杆1的另一端与杆端关节轴承20连接。主体4的底端，底部向上设有一个圆孔，连接杆12的一端固定连接在圆孔中，另一端与杆端关节轴承20连接。
主体4底端横梁中部径向设有方形通孔，底端横梁的轴向两端分别设有贯通的圆形凹槽，凹槽联通方形通孔与外部，凹槽一端设有预紧螺钉11，预紧螺钉11与凹槽螺纹连接，预紧螺钉11一端与压紧片10接触，凹槽的另一端设有横向压块8，压紧片10与横向压块8之间设有横向弹簧9，横向弹簧9外端受横向压块8压紧，内端与压紧片10接触。横向压块8的一端接触横向弹簧9，另一端与杠杆7的底端通过铰链连接。
方形螺纹筒2固定在螺纹杆1外围，方形螺纹筒2两侧面分别通过铰链连接一个二力杆3，二力杆3的另一端分别通过铰链与一个杠杆7连接；杠杆7上设有杠杆铰支座5，杠杆铰支座5通过连接螺钉6与主体4的顶端横梁固定连接。
所述的支撑弹簧13为YI型，是市购产品；压紧杆11是一端有M8螺纹、一端有凸缘的阶梯圆柱件；螺纹杆1是自主设计的上端有M8外螺纹、下端有M16外螺纹并且在底部打有M8螺纹孔的圆柱形结构件；方形螺纹筒2是中间开有M16螺纹通孔、侧带有耳片的方形结构件；二力杆3为两端开槽并有铰接孔的杆件；杠杆7是两端和中间开有铰接孔的杆件；杠杆铰支座5是一个带双耳片的结构件；横向压块8为一端为铰接用二片、一端为圆柱的结构件；横向弹簧9为YI型，是市购产品；主体4是自行设计的“土”型结构件；直线轴承15的型号为LMF13UU，是市购产品；压紧片10为扁平圆柱形结构件；连接螺钉6、16为M6×20的螺钉，是市购产品；连接杆12是一端有M8外螺纹、一端有M14外螺纹的圆柱形结构件。
本发明的工作过程为：通过调节预紧螺钉11使横向弹簧9受压产生预紧力，沿杠杆7和二力杆3传递给方形螺纹筒2。静止时，支撑弹簧13支撑载物台17以及负载，然后调节方形螺纹筒2使二力杆3位于水平位置。当底部受到振动，方形螺纹筒2偏离平衡位置，横向弹簧9产生使方形螺纹筒2偏离平衡位置的分力，形成负刚度，降低隔振单元18固有频率，使其能隔离较低频率的振动。
本发明将正刚度弹簧和负刚度机构并联，形成非线性隔振单元，在实现较高支撑刚度的同时降低动刚度，确保一定承载能力的同时具备了隔离低频振动的能力。还通过调节非线性隔振单元中负刚度机构弹簧的压缩量来改变隔振频率范围。进一步，再将六个非线性隔振单元按照六杆并联机构Stewart平台的结构形式组合形成机械装置。因此，本发明具备六自由度低频微振动隔离的能力。
Claims (4)
1.一种六自由度低频微振动隔离机械装置，其特征在于，包括基座（21）、隔振单元（18）和载物台（17）；
所述的基座（21）与载物台（17）结构相同，其中基座（21）包括固定板（22）、连接块（19）和杆端关节轴承（20），固定板（22）为三块定位板均匀分布在圆形板上的扁平结构件，连接块（19）为三棱锥型结构件，三个连接块（19）分别固定在固定板（22）中的三块定位板上，连接块（19）中一个三菱锥面的边，与定位板的长边垂直设置，连接块（19）中两个面向固定板（22）圆心的三菱锥面上分别连接一个杆端关节轴承（20）；
基座（21）的每个连接快（19）上固定两个杆端关节轴承（20），每一个杆端关节轴承（20）连接一个隔振单元（18）的一端，载物台（17）的每个连接快（19）上固定两个杆端关节轴承（20），每一个杆端关节轴承（20）连接隔振单元（18）的另一端；
所述的隔振单元（18）包括正刚度部分、负刚度部分和基体部分；
基体部分包括主体（4）、直线轴承（15）、压紧片（10）、连接螺钉、连接杆（12）；正刚度部分包括支撑弹簧（13）、压紧杆（14）和螺纹杆（1）；负刚度部分包括方形螺纹筒（2）、二力杆（3）、杠杆（7）、杠杆铰支座（5）、横向压块（8）和横向弹簧（9）；
主体（4）为倒立的“土”形的部件，顶部向下设有圆孔，支撑弹簧（13）下端与圆孔底部接触，上端受压紧杆（14）压紧，压紧杆（14）的另一端与螺纹杆（1）通过螺纹连接，压紧杆（14）外围与基体直线轴承（15）径向配合，直线轴承（15）通过连接螺钉（16）与主体（4）固连，螺纹杆（1）的另一端与杆端关节轴承（20）连接；主体（4）的底端，底部向上设有一个圆孔，连接杆（12）的一端固定连接在圆孔中，另一端与杆端关节轴承（20）连接；
主体（4）底端横梁中部径向设有方形通孔，底端横梁的轴向两端分别设有贯通的圆形凹槽，凹槽联通方形通孔与外部，凹槽一端设有预紧螺钉（11），预紧螺钉（11）与凹槽螺纹连接，预紧螺钉（11）一端与压紧片（10）接触，凹槽的另一端设有横向压块（8），压紧片（10）与横向压块（8）之间设有横向弹簧（9），横向弹簧（9）外端受横向压块（8）压紧，内端与压紧片（10）接触；横向压块（8）的一端接触横向弹簧（9），另一端与杠杆（7）的底端通过铰链连接；
方形螺纹筒（2）固定在螺纹杆（1）外围，方形螺纹筒（2）两侧面分别通过铰链连接一个二力杆（3），二力杆（3）的另一端分别通过铰链与一个杠杆（7）连接；杠杆（7）上设有杠杆铰支座（5），杠杆铰支座（5）通过连接螺钉（6）与主体（4）的顶端横梁固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度低频微振动隔离机械装置，其特征在于，所述的杆端关节轴承（20）的型号为SQZ8-RS。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度低频微振动隔离机械装置，其特征在于，所述的支撑弹簧（13）、横向弹簧（9）为YI型；直线轴承（15）的型号为LMF13UU。
4.根据权利要求1或3所述的一种六自由度低频微振动隔离机械装置，其特征在于，所述的压紧杆（11）是一端有M8螺纹、一端有凸缘的阶梯圆柱件；
螺纹杆（1）上端有M8外螺纹、下端有M16外螺纹并且在底部打有M8螺纹孔的圆柱形结构件；
方形螺纹筒（2）是中间开有M16螺纹通孔、侧带有耳片的方形结构件；
二力杆（3）为两端开槽并有铰接孔的杆件；
杠杆（7）是两端和中间开有铰接孔的杆件；
杠杆铰支座（5）是一个带双耳片的结构件；
横向压块（8）为一端为铰接用耳片、一端为圆柱的结构件；
压紧片（10）为扁平圆柱形结构件；
连接螺钉（6、16）为M6×20的螺钉；
连接杆（12）是一端有M8外螺纹、一端有M14外螺纹的圆柱形结构件。
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