CN105927696A - 一种磁流变精密机床隔振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁流变精密机床隔振器，包括活塞杆、橡胶主簧，活塞杆沿上下方向穿设在所述的橡胶主簧上，还包括套设在所述活塞杆上的位于所述橡胶主簧上方的与橡胶主簧并联的上蝶形弹簧，所述活塞杆上还设有用于调节所述上蝶形弹簧使其处于负刚度状态的调节结构。本发明在现有的橡胶主簧的基础上，设置一个与橡胶主簧并联的上蝶形弹簧，在使用时，通过调节结构可以使上蝶形弹簧产生预变形获得所需的负刚度，这样可以在保证隔振器在有足够的支撑刚度下，降低隔振器的运动刚度，实现支撑结构的动静刚度解耦，可以有效降低隔振系统的固有频率。通过合理设计可以使隔振系统平衡位置处的运动刚度接近于零，从而实现超低频隔振。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变精密机床隔振器。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，航空航天、光学工业、集成电路制造等行业已进入精密、超精密时代，其加工机床对环境振动极为敏感，隔振要求极为苛刻，例如，航天工业中陀螺仪所需的轴承、光学工业中光学镜面等的加工精度已达到亚微米级以上，尺寸精度高于0.1µm，加工表面粗糙度Ra小于0.03µm，其加工环境必须满足超静的要求，再如集成电路制造工业，0.07µm线宽的64G动态随机存储器（DRAM）已经问世，其光刻工序要求1～100Hz频宽内的振动速度必须控制在1µm/s以内，因此，对于航空航天、光学工业、集成电路制造等行业而言，必须研制高品质的隔振器以消除或隔离掉加工机床的环境振动及各种干扰。目前我国精密机床隔振器在技术上亟待解决的主要问题之一就是隔振的宽频高效性：精密机床的环境振动较为复杂，频宽约为0～100Hz，包括0～1Hz的大地脉动，实验人员走动引起的1～3Hz振动，通风管道、变压器和马达引起的6～65Hz振动，建筑物自身的10～100Hz振动，因此精密机床隔振器不仅要对中高频的干扰具有良好的隔振效果, 而且要对低频和超低频干扰也能进行有效的隔离。
中国专利CN101089418A（公开日为2007年12月19日）公开了一种磁流变隔振器，包括活塞杆、橡胶主簧、油缸、橡胶底模、励磁线圈、磁流变液，励磁线圈产生的磁场强度发生变化时，磁流变液体的粘度会发生相应的变化，可以实现一定范围内阻尼力的连续变化。橡胶底模压合在油缸底部端面上，在工作过程中依靠其弹性补偿上下液室体积变化。作为主要支撑构件的橡胶主簧需要有足够的支撑刚度才能支撑载荷，因此很难将隔振系统的固有频率降得很低，这样就影响了系统的低频隔振能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁流变精密机床隔振器，以解决现有技术中存在的低频隔振能力差的技术问题。
为了实现以上目的，本发明磁流变精密机床隔振器的技术方案如下：磁流变精密机床隔振器，包括活塞杆、橡胶主簧，活塞杆沿上下方向穿设在所述的橡胶主簧上，还包括套设在所述活塞杆上的位于所述橡胶主簧上方的与橡胶主簧并联的上蝶形弹簧，所述活塞杆上还设有用于调节所述上蝶形弹簧使其处于负刚度状态的调节结构。
所述磁流变精密机床隔振器还包括具有朝上开口的用于盛放磁流变液的壳体，所述橡胶主簧装配在所述壳体的开口内，所述壳体内于底部设有橡胶底膜，所述橡胶底膜、橡胶主簧及位于橡胶底膜、橡胶主簧之间的壳体部分三者之间形成磁流变液腔体。
所述活塞杆下端设有活塞、连接件，所述活塞具有上下贯通的供所述活塞杆插入的插装孔，所述连接件位于所述插装孔内，所述活塞包括可拆连接在一起的活塞上合板、活塞下合板，所述活塞通过所述连接件连接在活塞杆上，所述连接件包括橡胶圈、位于橡胶圈下方的下蝶形弹簧，所述活塞杆上于下蝶形弹簧的下方设有用于调节所述下蝶形弹簧使其处于负刚度状态的调节螺母。
所述壳体内设有上挤压板、下挤压板，所述上挤压板、下挤压板分别位于活塞的上下两侧，所述上挤压板、下挤压板上均设有上下贯通的供活塞杆上下穿过的通过孔，所述活塞位于上挤压板、下挤压板之间的中部位置。
所述壳体内于上挤压板、下挤压板之间设有励磁线圈，所述励磁线圈位于所述活塞的外围。
所述壳体包括可拆连接在一起的上壳体、下壳体。
所述活塞杆上部螺纹装配有用于调节活塞杆的上下位移的调节套筒。
所述上蝶形弹簧套设在调节套筒上，所述调节结构为螺母。
所述橡胶主簧内设有加强块，所述加强块套设在所述调节套筒上。
所述加强块上设有用于向壳体内注入磁流变液的注液口及封堵所述注液口的封堵螺钉或封堵塞。
本发明的有益效果：本发明在现有的橡胶主簧的基础上，设置一个与橡胶主簧并联的上蝶形弹簧，在使用时，通过调节结构可以使上蝶形弹簧产生预变形，获得所需的负刚度，这样可以在保证隔振器在有足够的支撑刚度下，降低隔振器的运动刚度，实现支撑结构的动静刚度解耦，可以有效降低隔振系统的固有频率。通过合理设计上蝶形弹簧的高厚比，调节上蝶形弹簧的预变形量，可以使隔振系统平衡位置处的运动刚度接近于零，从而实现超低频隔振。解决了现有技术中的低频隔振能力差的技术问题。
附图说明
图1是本发明磁流变精密机床隔振器的结构示意图。
图1中的附图标记与各部件名称之间的对应关系如下：1.连杆 2.调节套筒 3.上碟形弹簧 4.螺钉 5.橡胶主簧 6.上挤压板 7a.活塞上合板 7b.活塞下合板 8.内缸体 9.励磁线圈 10.下挤压板 11.调节螺母 12.螺杆 13.下壳体 14.磁流变液 15.橡胶底膜16.下碟形弹簧 17.线圈出线 18.螺栓 19.紧固螺钉 20.销钉 21.橡胶圈 22.锁止螺钉23.上壳体 24.加强块 25. 螺母 26.锁紧螺钉。
具体实施方式
本发明磁流变精密机床隔振器的实施例：如图1所示，磁流变精密机床隔振器，包括具有朝上开口的用于盛放磁流变液的壳体、活塞杆、橡胶主簧5、上蝶形弹簧3。壳体包括通过螺栓18可拆连接在一起的上壳体23、下壳体13。橡胶主簧5装配在壳体的开口内，活塞杆沿上下方向穿设在橡胶主簧5上，上蝶形弹簧3位于橡胶主簧5上方，活塞杆上还设有用于调节上蝶形弹簧3使其处于负刚度状态的螺母25。活塞杆上部螺纹装配有用于调节活塞杆的上下位移的调节套筒2。上蝶形弹簧3套设在调节套筒2上，螺母25装配在调节套筒2上，螺母25位于上蝶形弹簧3的上方，向下旋拧该螺母25可以使上蝶形弹簧3预变形。调节套筒2上设有在调整活塞杆位移后对其锁止的径向设置的锁紧螺钉26。上碟形弹簧3在一定变形下会产生负刚度，因此将其与具有正刚度特性的橡胶主簧5并联，通过螺母使上碟形弹簧3产生预变形，获得所需的负刚度，这样就可以在充分保证支撑结构具有足够支撑刚度的前提下，降低系统的运动刚度，实现支撑结构的动静刚度解耦，有效降低隔振系统固有频率，通过合理地设计上碟形弹簧的高厚比等参数，并准确地调节上碟形弹簧的预变形，则可以使隔振系统平衡位置处的运动刚度接近于零，从而实现超低频隔振。
橡胶主簧5内设有加强块24，加强块24套设在调节套筒2上。加强块24上设有用于向壳体内注入磁流变液的注液口及封堵所液口的封堵螺钉4，也可采用封堵塞进行封堵。
壳体内于底部设有橡胶底膜15，橡胶底膜15、橡胶主簧5及位于橡胶底膜15、橡胶主簧5之间的壳体部分三者之间形成磁流变液腔体。在磁流变液腔体内充填磁流变液14。活塞杆下端设有活塞7、连接件，活塞7具有上下贯通的供活塞杆插入的插装孔，连接件位于插装孔内。活塞7包括可拆连接在一起的活塞上合板7a、活塞下合板7b，活塞7通过连接件连接在活塞杆上，连接件包括橡胶圈21、位于橡胶圈21下方的下蝶形弹簧16，活塞杆上于下蝶形弹簧16的下方设有用于调节下蝶形弹簧16使其处于负刚度状态的调节螺母11。为便于连接件的安装，将活塞杆做成分体式的，包括上方的连杆1及下方的螺杆12，螺杆通过锁止螺钉22锁紧连接。壳体内设有上挤压板6、下挤压板10，上挤压板6、下挤压板10通过销钉20连接。上挤压板6、下挤压板10分别位于活塞的上下两侧，上挤压板6、下挤压板10上均设有上下贯通的供活塞杆上下穿过的通过孔，活塞位于上挤压板6、下挤压板10之间的中部位置。壳体内于上挤压板6、下挤压板10之间设有励磁线圈9，励磁线圈9位于活塞7的外围，位于内缸体8与下挤压板10之间。线圈出线17从下壳体13的一侧穿出。
理想的精密机床隔振器在高频段需要具有小阻尼，而低频段则需要提供大阻尼，由于下碟形弹簧16在一定变形下会产生负刚度，为此在连杆与活塞之间并联下碟形弹簧16和有正刚度的橡胶圈21，通过调节螺母11来调节下碟形弹簧16与橡胶圈21之间的作用力，使下碟形弹簧产生预变形，获得负刚度，就能够在保证活塞7与连杆1之间具有一定静刚度的前提下，实现连杆与活塞之间运动刚度的任意调整，进而能有效降低从连杆到活塞的高频振动传递率，减小高频激励下活塞在磁流变液中的振幅，但又不会减小低频激励下活塞在磁流变液中的振幅，从而实现隔振器高低频阻尼的解耦，提高低频阻尼、降低高频阻尼。
在隔振器的磁流变液腔中充填磁流变液14，以实现系统的阻尼可控性和低能耗性，同时磁流变液采用了活塞挤压模式，以进一步提高隔振器阻尼的上限，加大隔振器的低频阻尼可控范围，实现高低频阻尼的合理控制。磁流变液属于智能材料，在磁场作用下能够瞬间（毫秒级）从牛顿流体转变为剪切屈服应力较高的粘塑性体，这种转变连续、可逆，而且控制功耗低，一般仅为数十瓦，此外，磁流变液采用了活塞挤压工作模式后，能够增大磁流变液的屈服强度，这样就可以进一步提高隔振器阻尼的上限，加大隔振器的低频阻尼可控范围，实现高低频阻尼的合理控制。磁流变液的具体控制方法为，当干扰为低频激励（接近共振频率）时，通过加大励磁线圈9的输入电流来增加磁流变液的屈服强度，保证低频大阻尼的实现和控制，而干扰为高频激励时，则关闭励磁线圈9的输入电流，以保证高频段具有最小的阻尼。
隔振器承载后，由于载荷值的不确定性和偏差，可能导致活塞偏离上挤压板与下挤压板之间的中位，这会影响活塞与磁流变液之间的耦合作用，降低磁流变液对活塞的阻尼效果，最终降低隔振性能，因此必须设计活塞相对于上挤压板6、下挤压板10的位置调整机构，保证承载后活塞在上挤压板6、下挤压板10之间的对中。具体的调整方法为，隔振器承载后，观测连杆上端是否偏离预定位置（该位置是保证活塞在上挤压板、下挤压板之间对中的观测位置），若有偏差，利用内六角扳手转动连杆，借助连杆与调节套筒之间的螺纹传动作用，将连杆上端调至预定位置，进而保证活塞在上挤压板、下挤压板之间的对中。
本实施例的隔振器具有动静刚度解耦、高低频阻尼解耦、参数可调以及可靠、低耗的特点，在结构上有利于实现复杂干扰下的宽频隔振，在微幅宽频的精密机床隔振领域势必有广阔的应用前景。鉴于碟形弹簧产生负刚度的变形区间较小，同时在挤压模式下活塞的允许运动空间有限，因此本隔振器仅适用于微幅振动的隔离。
在其它实施例中，调节上蝶形弹簧变形的调节结构也可不采用螺母，例如采用螺套。在其它实施例中，根据壳体的形状，也可将其设置成一体的开口朝上的结构。在其它实施例中，如果不设置调节套筒，则将上蝶形弹簧直接套设在活塞杆上，相应的螺母也装配在该活塞杆上。
Claims (10)
1.磁流变精密机床隔振器，包括活塞杆、橡胶主簧，活塞杆沿上下方向穿设在所述的橡胶主簧上，其特征在于：还包括套设在所述活塞杆上的位于所述橡胶主簧上方的与橡胶主簧并联的上蝶形弹簧，所述活塞杆上还设有用于调节所述上蝶形弹簧使其处于负刚度状态的调节结构。
2.根据权利要求1所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述磁流变精密机床隔振器还包括具有朝上开口的用于盛放磁流变液的壳体，所述橡胶主簧装配在所述壳体的开口内，所述壳体内于底部设有橡胶底膜，所述橡胶底膜、橡胶主簧及位于橡胶底膜、橡胶主簧之间的壳体部分三者之间形成磁流变液腔体。
3.根据权利要求2所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述活塞杆下端设有活塞、连接件，所述活塞具有上下贯通的供所述活塞杆插入的插装孔，所述连接件位于所述插装孔内，所述活塞包括可拆连接在一起的活塞上合板、活塞下合板，所述活塞通过所述连接件连接在活塞杆上，所述连接件包括橡胶圈、位于橡胶圈下方的下蝶形弹簧，所述活塞杆上于下蝶形弹簧的下方设有用于调节所述下蝶形弹簧使其处于负刚度状态的调节螺母。
4.根据权利要求3所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述壳体内设有上挤压板、下挤压板，所述上挤压板、下挤压板分别位于活塞的上下两侧，所述上挤压板、下挤压板上均设有上下贯通的供活塞杆上下穿过的通过孔，所述活塞位于上挤压板、下挤压板之间的中部位置。
5.根据权利要求4所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述壳体内于上挤压板、下挤压板之间设有励磁线圈，所述励磁线圈位于所述活塞的外围。
6.根据权利要求2所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述壳体包括可拆连接在一起的上壳体、下壳体。
7.根据权利要求1至6任一项所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述活塞杆上部螺纹装配有用于调节活塞杆的上下位移的调节套筒。
8.根据权利要求7所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述上蝶形弹簧套设在调节套筒上，所述调节结构为螺母。
9.根据权利要求7所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述橡胶主簧内设有加强块，所述加强块套设在所述调节套筒上。
10.根据权利要求9所述的磁流变精密机床隔振器，其特征在于：所述加强块上设有用于向壳体内注入磁流变液的注液口及封堵所述注液口的封堵螺钉或封堵塞。
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Application publication date: 20160907 Assignee: Luoyang Jinyuan super large bearing Development Co.,Ltd. Assignor: Henan University of Science and Technology Contract record no.: X2019980000359 Denomination of invention: Magneto-rheological vibration isolator for precision machine tool Granted publication date: 20180223 License type: Exclusive License Record date: 20191111 |
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