CN103398132A - 一种变载荷负刚度隔振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变载荷负刚度隔振器，包括下底板、上平板、中间质量、导向立柱、支撑结构以及磁流变弹性体，所述的中间质量和上平板分别与安装在下底板上的导向立柱相连接，所述的支撑结构安装在下底板的一侧，所述的磁流变弹性体通过所述的支撑结构安装在中间质量的下部。通过上述方式，本发明变载荷负刚度隔振器，安装了用于固定磁流变弹性体的支撑结构，磁流变弹性体通过支撑结构安装在中间质量的下部，其作用是变刚度可调支撑，当平台载荷变化时，控制系统自动调节控制磁流变弹性体的控制电流，从而调节其磁流变弹性体的剪切模量，进而实现调节支撑刚度的作用，使得中间质量仍然在中间位置进行振动，从而保证了变载荷情况下的低频隔振。
Description
技术领域
本发明涉及隔振器的技术领域，特别是涉及一种变载荷负刚度隔振器，用于精密加工和精密隔振的专用隔振装置。
背景技术
在精密加工领域，对设备的隔振具有很高的要求。在对一般设备的隔振过程中，由于被动隔振装置结构简单能很好地隔离高频振动，因此，大多采用被动隔振即可满足要求。但对于超精密隔振平台，由于隔振要求很高，采用被动隔振方法，将无法达到良好隔振的效果，特别是对低频区部分的振动消除比较困难，而采用主动隔振能够很好地解决这些问题。
电磁负刚度隔振对于低频振动具有很好的效果，但是电磁负刚度隔振对中间质量的位置具有很高的要求，当平台的载荷出现变化时，会使中间质量偏离中间位置，从而使电磁负刚度隔振产生很大的非线性，从而降低了隔振效果。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种变载荷负刚度隔振器，安装了用于固定磁流变弹性体的支撑结构，磁流变弹性体通过支撑结构安装在中间质量的下部，其作用是变刚度可调支撑，当平台载荷变化时，控制系统自动调节控制磁流变弹性体的控制电流，从而调节其磁流变弹性体的剪切模量，进而实现调节支撑刚度的作用，使得中间质量仍然在中间位置进行振动，从而保证了变载荷情况下的低频隔振。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种变载荷负刚度隔振器，包括下底板、上平板、中间质量、导向立柱、支撑结构以及磁流变弹性体，所述的中间质量和上平板分别与安装在下底板上的导向立柱相连接，所述的支撑结构安装在下底板的一侧，所述的磁流变弹性体通过所述的支撑结构安装在中间质量的下部。
在本发明一个较佳实施例中，所述的中间质量和上平板分别通过连接结构和导向套与安装在下底板上的导向立柱相连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述的导向立柱与中间质量之间装有弹簧。
在本发明一个较佳实施例中，所述的中间质量与上平板之间是通过阻尼橡胶和连接压块相连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述的支撑结构包括控制线圈、铁芯、支架、第一夹紧衔铁以及第二夹紧衔铁，所述的控制线圈安装在铁芯的中间位置的上部，所述的支架安装在铁芯的左右两侧，所述的第一夹紧衔铁和第二夹紧衔铁分别设置于铁芯的两端。
在本发明一个较佳实施例中，所述的磁流变弹性体包括第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体，所述的第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体安装在第一夹紧衔铁和第二夹紧衔铁之间。
在本发明一个较佳实施例中，所述的所述的变载荷负刚度隔振器还包括连接块，所述的连接块的下部通过强力胶与所述的第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体连接在一起。
在本发明一个较佳实施例中，所述的变载荷负刚度隔振器还包括第一电磁体铁芯、第二电磁体铁芯、第一电磁线圈以及第二电磁线圈，所述的第一电磁体铁芯和第一电磁线圈分别与所述的下底板相连，所述的第二电磁体铁芯和第二电磁线圈分别与所述的上平板相连。
在本发明一个较佳实施例中，所述的下底板与地面固定连接在一起。
本发明的有益效果是：本发明的变载荷负刚度隔振器，安装了用于固定磁流变弹性体的支撑结构，磁流变弹性体通过支撑结构安装在中间质量的下部，其作用是变刚度可调支撑，当平台载荷变化时，控制系统自动调节控制磁流变弹性体的控制电流，从而调节其磁流变弹性体的剪切模量，进而实现调节支撑刚度的作用，使得中间质量仍然在中间位置进行振动，从而保证了变载荷情况下的低频隔振。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的变载荷负刚度隔振器一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1的侧面图；
图3是本发明的变载荷负刚度隔振器下部的结构示意图；
附图中的标记为：1、下底板，2、上平板，3、中间质量，4、导向立柱，5、支撑结构，6、磁流变弹性体，7、连接结构，8、导向套，9、弹簧，10、阻尼橡胶，11、连接压块，12、连接块，51、控制线圈，52、铁芯，53、支架，54、第一夹紧衔铁，55、第二夹紧衔铁，61、第一磁流变弹性体、62、第二磁流变弹性体。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、2和3，本发明实施例包括：
一种变载荷负刚度隔振器，包括下底板1、上平板2、中间质量3、导向立柱4、支撑结构5以及磁流变弹性体6，所述的中间质量3和上平板2分别与安装在下底板1上的导向立柱4相连接，所述的支撑结构5安装在下底板1的一侧，所述的磁流变弹性体6通过所述的支撑结构5安装在中间质量3的下部。其中，所述的中间质量3和上平板2分别通过连接结构7和导向套8与安装在下底板1上的导向立柱4相连接，从而保证变载荷负刚度隔振器的纵向运动精度。
进一步的，所述的导向立柱4与中间质量3之间装有弹簧9；所述的中间质量3与上平板2之间是通过阻尼橡胶10和连接压块11相连接。
其中，所述的支撑结构5包括控制线圈51、铁芯52、支架53、第一夹紧衔铁54以及第二夹紧衔铁55，所述的控制线圈51安装在铁芯52的中间位置的上部，所述的支架53安装在铁芯52的左右两侧，所述的第一夹紧衔铁54和第二夹紧衔铁55分别设置于铁芯52的两端。当松开安装在控制线圈51上的螺钉后可以抽出活动的第一夹紧衔铁54以及第二夹紧衔铁55，用来安装或更换磁流变弹性体6。本发明中，通过改变控制线圈51中的电流，可以改变通过磁流变弹性体6的磁场强度，进而改变其剪切模量来调整装置的支撑刚度。
其中，所述的磁流变弹性体6包括形状相同的第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62，所述的第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62安装在第一夹紧衔铁54和第二夹紧衔铁55之间。
再进一步的，所述的所述的变载荷负刚度隔振器还包括连接块12，所述的连接块12的下部通过强力胶与所述的第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62连接在一起。
当控制线圈51中的电流发生改变时，通过第一夹紧衔铁54以及第二夹紧衔铁55的磁场强度发生变化，从而引起第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62的刚度变化。于是，当中间质量3和连接块10由于受到载荷变大而向下偏移时，可以通过第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62的刚度来提高支撑力，从而使中间质量3回到初始位置上。若中间质量3和连接块10由于载荷变小而向上偏移时，可以减小第一磁流变弹性体61和第二磁流变弹性体62的磁场强度来降低其刚度，从而使中间质量3向下产生微量位移并回到初始位置上。
本发明中，所述的变载荷负刚度隔振器还包括第一电磁体铁芯13、第二电磁体铁芯14、第一电磁线圈15以及第二电磁线圈16，所述的第一电磁体铁芯13和第一电磁线圈15分别与所述的下底板1相连，所述的第二电磁体铁芯14和第二电磁线圈16分别与所述的上平板2相连。其中，通过第一电磁体铁芯13、第二电磁体铁芯14、第一电磁线圈15以及第二电磁线圈16一起构成两组差动式电磁铁，所述的中间质量3在这两组差动式电磁铁的间隙中进行运动，使得中间质量3与两组差动式电磁铁之间形成电磁负刚度系统。
在工作状态下，所述的下底板与地面固定连接在一起，上平板与外部的精密仪器安装在一起，从而起到隔振作用。
本发明在隔振结构上包括两部分，一部分是基于电磁负刚度隔振的主体部分，二是基于磁流变弹性体的下部支撑结构。其中电磁负刚度隔振是利用衔铁在差动电磁铁的气隙中运动时所产生的与运动方向相反的电磁力来作用的。根据下面的公式，若中间质量3在振动过程中偏移距离为 
，电磁铁的初始气隙参数为
，控制电磁铁的电流为
和（一般情况下，上下线圈的电流是相同的， 即），则中间质量所受到的反向阻尼力为F，其中K为常数，该常熟与空气的磁导率、磁极面积和线圈匝数有关。通过控制线圈51中的电流，就可以调整中间质量3的反向阻尼力。
上述结构的正常工作条件是，在初始状态下，中间质量必须位于两个磁极的中间位置上，才能按照上述公式所计算反向阻尼力。
当工作平台的载荷有变化时，由于隔振器上平板和中间质量以及下底板和中间质量之间都是通过隔振橡胶来连接的，因此，载荷的变化会使得橡胶的形变位移大于或小于初始状态，从而是中间质量偏离中间位置。本发明在下部支撑结构上采用刚度可调的磁流变弹性体来代替普通橡胶材料，中间质量通过一个连接板与下底板之间形成剪切式阻尼结构。由于在初始位置时，工作台本身的自重会使得中间质量产生向下的位移变形，通过调整导向立柱上的弹簧压缩量可以保证中间质量位于电磁铁两个磁极的中间位置。
当工作台的负载在一定范围内发生变化时，就不需要重新调节隔振器的参数。而只需调节磁流变弹性体的控制电流即可保证中间质量位于磁极的中心。从而使电磁负刚度隔振器具有更好的适应性和隔振能力。
本发明揭示的变载荷负刚度隔振器，安装了用于固定磁流变弹性体6的支撑结构5，磁流变弹性体6通过支撑结构5安装在中间质量3的下部，其作用是变刚度可调支撑，当平台载荷变化时，控制系统自动调节控制磁流变弹性体6的控制电流，从而调节其磁流变弹性体的剪切模量，进而实现调节支撑刚度的作用，使得中间质量3仍然在中间位置进行振动，从而保证了变载荷情况下的低频隔振。另外在隔振系统开始工作的初始阶段，通过调节磁流变弹性体6的剪切模量，可以使隔振器避开共振点从而提高系统的隔振效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种变载荷负刚度隔振器，其特征在于，包括下底板、上平板、中间质量、导向立柱、支撑结构以及磁流变弹性体，所述的中间质量和上平板分别与安装在下底板上的导向立柱相连接，所述的支撑结构安装在下底板的一侧，所述的磁流变弹性体通过所述的支撑结构安装在中间质量的下部。
2.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的中间质量和上平板分别通过连接结构和导向套与安装在下底板上的导向立柱相连接。
3.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的导向立柱与中间质量之间装有弹簧。
4.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的中间质量与上平板之间是通过阻尼橡胶和连接压块相连接。
5.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的支撑结构包括控制线圈、铁芯、支架、第一夹紧衔铁以及第二夹紧衔铁，所述的控制线圈安装在铁芯的中间位置的上部，所述的支架安装在铁芯的左右两侧，所述的第一夹紧衔铁和第二夹紧衔铁分别设置于铁芯的两端。
6.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的磁流变弹性体包括第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体，所述的第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体安装在第一夹紧衔铁和第二夹紧衔铁之间。
7.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的所述的变载荷负刚度隔振器还包括连接块，所述的连接块的下部通过强力胶与所述的第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体连接在一起。
8.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的变载荷负刚度隔振器还包括第一电磁体铁芯、第二电磁体铁芯、第一电磁线圈以及第二电磁线圈，所述的第一电磁体铁芯和第一电磁线圈分别与所述的下底板相连，所述的第二电磁体铁芯和第二电磁线圈分别与所述的上平板相连。
9.根据权利要求1所述的变载荷负刚度隔振器，其特征在于，所述的下底板与地面固定连接在一起。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 215500 5th floor, building 4, 68 Lianfeng Road, Changfu street, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. Address before: No.13 caodang Road, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211125 Address after: 215500 No. 8, Zengfu Road, Guli Town, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: SUZHOU RHINE LIFT MANUFACTURE Co.,Ltd. Address before: 215500 5th floor, building 4, 68 Lianfeng Road, Changfu street, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150909 |