CN104344182A - 一种并联机构隔振与位移保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并联机构隔振与位移保护装置。包括设备安装平台、载体连接平台和二组活动支撑机构，每组活动支撑机构包括四只结构相同的杆状机构，每只杆状机构中包括虎克铰、球铰链和弹簧阻尼减振器。本发明的八杆并联机构结构简单可靠，具有六自由度运动能力，在进行多维隔振的基础上，可实现对局部位移的吸收；当载体连接平台上发生振动时，振动通过设备安装平台和载体连接平台之间的二组活动支撑机构传递，由于杆状机构中的弹簧阻尼减振器的存在，使振动在传递到设备安装平台之前就得到削弱，从而起到了隔振作用，同时又保护了设备的姿态稳定。

Description

一种并联机构隔振与位移保护装置
技术领域
本发明属于设备隔振技术领域，具体涉及一种用于复杂振动环境下安装设备或仪器的隔振与姿态稳定装置。
背景技术
由于设备使用过程中，安装设备的基础在工作过程中会产生振动与变形，进而影响设备的正常工作状态。对于一些设备来说，这种振动和基础变形可能是灾难性的，所以需要一种多维隔振装置来隔绝这种振动和变形。当前，设备隔振与姿态维持的方法很多，其中主要是采用主动控制的方式来实现。但是这种方式对于整个系统的资源占用较多，需要配套的测量系统，控制系统等，会导致整个设备成本变高，且控制难度大，对可靠性产生一定的影响。
中国专利公开了一种多维隔振装置，该装置通过气缸隔振，但是，杆的布置有严格的规定，对于长宽比较大的矩形工作平台，只能用两个或者多个专利中涉及的隔振机构，装置过于复杂。并且由于机构布局的限制，多个隔振机构并联后可能会造成平台载荷分布不均，重心不稳。除此以外，该隔振装置并未涉及位移保护能力。
本发明所述的机构主要用于矩形平台（设备安装平台）上设备或仪器的振动隔离与位移吸收，有利于保证设备姿态的稳定。
发明内容
本发明涉及一种并联机构隔振与位移保护装置，其目的是为航空航天领域提供一种具有多维隔振及位移保护能力的被动隔振平台，以弥补传统隔振平台位移保护能力不足的缺点。
具体的技术方案如下：
一种并联机构隔振与位移保护装置包括设备安装平台1、载体连接平台2和二组活动支撑机构，每组活动支撑机构包括四只结构相同的杆状机构，每只杆状机构中包括虎克铰、球铰链和弹簧阻尼减振器；设备安装平台1和载体连接平台2上下平行，二组活动支撑机构对称连接位于设备安装平台1和载体连接平台2之间；当载体连接平台2上发生振动时，振动通过载体连接平台2和设备安装平台1之间的二组活动支撑机构传递，由于杆状机构中的弹簧阻尼减振器的存在，使振动在传递到设备安装平台1之前就得到削弱，从而起到了隔振作用。
所述杆状机构中的虎克铰由底座7、铰销8和上座9组成；所述球铰链由球铰15和球座16连接组成；所述弹簧阻尼减振器由外套筒11、阻尼弹簧12和活塞杆13组成；虎克铰的上座9通过第一转接环10连接着所述外套筒11，所述活塞杆13连接着第二转接环14的一端，第二转接环14的另一端连接着球铰15；使用时，虎克铰的底座7连接着载体连接平台2，球座16连接着设备安装平台1。
所述设备安装平台1和载体连接平台2均为矩形平台；所述每组活动支撑机构包括结构相同的第一杆状机构3、第二杆状机构4、第三杆状机构5和第四杆状机构6；
一组活动支撑机构的第一杆状机构3和第四杆状机构6呈平行的斜杆状，分别位于设备安装平台1和载体连接平台2一端的两侧；第一杆状机构3的底座和第四杆状机构6的底座分别连接着载体连接平台2一端顶面的两侧，第一杆状机构3的球座和第四杆状机构6的球座分别连接着位于设备安装平台1一端底面的两侧；
一组活动支撑机构的第二杆状机构4和第三杆状机构5呈人字形，均位于设备安装平台1和载体连接平台2一端的端面；第二杆状机构4的底座和第三杆状机构5的底座分别连接着载体连接平台2一端顶面的两侧，第二杆状机构4的球座和第三杆状机构5的球座分别连接着位于设备安装平台1一端底面的中部；
另一组活动支撑机构的四只结构相同杆状机构对称设于设备安装平台1和载体连接平台2的另一端之间。
本发明是被动隔振机构，不需要使用控制系统及测量系统等配套系统。设备结构相对简单，可靠性高，成本也比较低廉。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明是完全被动隔振结构，省去了主动隔振设备中的控制与测量系统等，使得系统更加精简，更加可靠；
2.本发明除了能够对安装设备进行有效的振动隔离外，通过弹簧的伸缩特性，也能隔绝载体连接平台上产生的局部位移，对设备进行姿态保护；
3.本发明的二组活动支撑机构位于设备安装平台和载体连接平台之间的两侧，从而使设备安装平台和载体连接平台之间的空间能够被利用，减小了空间的浪费；
4.本发明支撑系统为冗余机构，支撑稳定性更佳，且当其中某一根杆失效后仍能保持隔振及姿态保护功能。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为杆状机构示意图。
图3为杆状机构爆炸图。
图4为载体连接平台虎克铰布置示意图。
图5为设备安装平台球铰布置示意图。
上图中序号：设备安装平台1、载体连接平台2、第一杆状机构3、第二杆状机构4、第三杆状机构5、第四杆状机构6、底座7、铰销8、上座9、第一转接环10、外套筒11、弹簧阻尼12、活塞杆13、第二转接环14、球铰15、球座16。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例
参见图1，一种并联机构隔振与位移保护装置包括设备安装平台1、载体连接平台2和二组活动支撑机构；设备安装平台1和载体连接平台2均为矩形平台，且上下平行；每组活动支撑机构包括结构相同的第一杆状机构3、第二杆状机构4、第三杆状机构5和第四杆状机构6，每只杆状机构中包括虎克铰、球铰链和弹簧阻尼减振器，二组活动支撑机构对称连接位于设备安装平台1和载体连接平台2之间。
参见图2和图3，杆状机构中的虎克铰由底座7、铰销8和上座9组成；球铰链由球铰15和球座16连接组成；弹簧阻尼减振器由外套筒11、阻尼弹簧12和活塞杆13组成。虎克铰的上座9通过第一转接环10连接着外套筒11，活塞杆13连接着第二转接环14的一端，第二转接环14的另一端连接着球铰15；使用时，虎克铰的底座7连接着载体连接平台2，球座16连接着设备安装平台1。
参见图1、图4和图5，一组活动支撑机构的第一杆状机构3和第四杆状机构6呈平行的斜杆状，分别位于设备安装平台1和载体连接平台2一端的两侧；第一杆状机构3的底座和第四杆状机构6的底座分别连接着载体连接平台2一端顶面的两侧，第一杆状机构3的球座和第四杆状机构6的球座分别连接着位于设备安装平台1一端底面的两侧；第二杆状机构4和第三杆状机构5呈人字形，均位于设备安装平台1和载体连接平台2一端的端面；第二杆状机构4的底座和第三杆状机构5的底座分别连接着载体连接平台2一端顶面的两侧，第二杆状机构4的球座和第三杆状机构5的球座分别连接着位于设备安装平台1一端底面的中部。另一组活动支撑机构的四只结构相同杆状机构对称安装于设备安装平台1和载体连接平台2的另一端之间。
设备安装平台1即为安装需要被保护设备或仪器的平台，在某些情况下，可以不需要平台，直接将球铰安装于设备上。
载体连接平台2即为安装整个装置的基础，虎克铰直接安装在基础上，不再设置其余平台，八个虎克铰连线形成的矩形区域即为虚拟的载体连接平台。
球铰链是一种提供三个转动自由度的铰链；虎克铰提供两个转动自由度；弹簧阻尼减振器的杆用来抵消从载体连接平台2传递上来的振动及位移；实际安装过程中，虎克铰与球铰的位置可以成对的调换，只需保证一个支撑系统两端分别为一个球铰和一个虎克铰。如果一定要用两个虎克铰代替球铰，则必须保证图2和图3中弹簧阻尼减振器的活塞杆13和外套筒11能够形成圆柱副而不是移动副，此时整个系统的自由度仍然满足要求。
当载体连接平台2上发生振动时，振动需要通过载体连接平台2和设备安装平台1之间的二组活动支撑机构来传递；但是，由于二组活动支撑机构中的弹簧阻尼减振器的存在，使振动在传递到设备安装平台1之前就得到削弱，从而起到了隔振作用。由于设备安装平台1、载体连接平台2与支撑系统不是刚性连接的，通过虎克铰、球铰链与弹簧阻尼减振器中上下部分的相对运动的组合，使得设备安装平台1能够在六自由度方向上都能相对载体连接平台运动，这就使得整个隔振系统能够进行多维隔振。
当载体连接平台2（即基础）上产生局部变形时，如果局部变形并不影响到载体连接平台2上虎克铰的安装位置，则变形对设备安装平台1完全不产生影响。如果局部变形正好影响到了八个安装点中的一个或者两个，则此时与该虎克铰相连的支撑系统中的弹簧阻尼减振器中的弹簧也会产生变形，而其他弹簧也会产生变形，只是变形方式与之前弹簧变形方式相反，（如平台局部凸起，则该弹簧被压缩，其他弹簧被拉伸）从而抵消一部分平台变形产生的影响，进而对设备安装平台1的姿态进行保护。
本实施例适用于机载设备的振动隔离，特别是隔离飞机起飞和降落时，从机身壁传递到机载设备上的多维振动及机舱壁变形影响，保证了机载设备姿态稳定及使用性能。

Claims (3)

1.一种并联机构隔振与位移保护装置，其特征在于：包括设备安装平台（1）、载体连接平台（2）和二组活动支撑机构，每组活动支撑机构包括四只结构相同的杆状机构，每只杆状机构中包括虎克铰、球铰链和弹簧阻尼减振器；设备安装平台（1）和载体连接平台（2）上下平行，二组活动支撑机构对称连接位于设备安装平台（1）和载体连接平台（2）之间；当载体连接平台（2）上发生振动时，振动通过载体连接平台（2）和设备安装平台（1）之间的二组活动支撑机构传递，由于杆状机构中的弹簧阻尼减振器的存在，使振动在传递到设备安装平台（1）之前就得到削弱，从而起到了隔振作用。
2.根据权利要求1所述的一种并联机构隔振与位移保护装置，其特征在于：所述杆状机构中的虎克铰由底座（7）、铰销（8）和上座（9）组成；所述球铰链由球铰（15）和球座（16）连接组成；所述弹簧阻尼减振器由外套筒（11）、阻尼弹簧（12）和活塞杆（13）组成；虎克铰的上座（9）通过第一转接环（10）连接着所述外套筒（11），所述活塞杆（13）连接着第二转接环（14）的一端，第二转接环（14）的另一端连接着球铰（15）；使用时，虎克铰的底座（7）连接着载体连接平台（2），球座（16）连接着设备安装平台（1）。
3.根据权利要求1或2所述的一种并联机构隔振与位移保护装置，其特征在于：所述设备安装平台（1）和载体连接平台（2）均为矩形平台；所述每组活动支撑机构包括结构相同的第一杆状机构（3）、第二杆状机构（4）、第三杆状机构（5）和第四杆状机构（6）；
一组活动支撑机构的第一杆状机构（3）和第四杆状机构（6）呈平行的斜杆状，分别位于设备安装平台（1）和载体连接平台（2）一端的两侧；第一杆状机构（3）的底座和第四杆状机构（6）的底座分别连接着载体连接平台（2）一端顶面的两侧，第一杆状机构（3）的球座和第四杆状机构（6）的球座分别连接着位于设备安装平台（1）一端底面的两侧；
一组活动支撑机构的第二杆状机构（4）和第三杆状机构（5）呈人字形，均位于设备安装平台（1）和载体连接平台（2）一端的端面；第二杆状机构（4）的底座和第三杆状机构（5）的底座分别连接着载体连接平台（2）一端顶面的两侧，第二杆状机构（4）的球座和第三杆状机构（5）的球座分别连接着位于设备安装平台（1）一端底面的中部；
另一组活动支撑机构的四只结构相同杆状机构对称设于设备安装平台（1）和载体连接平台（2）的另一端之间。
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