CN105937572A - 具有准零刚度的隔振平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有准零刚度的隔振平台，包括动平台、底座、减振器和调节装置，减振器是与动平台连接，调节装置是与底座和减振器连接，且用于调节减振器的初始位置。底座包括与动平台为相对设置的静平台和与静平台为可拆卸式连接且与调节装置连接的支撑装置。本发明的具有准零刚度的隔振平台，刚度可简便调节，适用于宽频域隔振，具有良好的工程适用性；在具有较高支承刚度的同时，还具有很低的运动刚度，静态变形量小，动态固有频率低，隔振效果好；通过刚度、阻尼的灵活调节，可解决制约传统隔振系统的固有矛盾，即低频振动传递率与高频振动衰减率的矛盾。

Description

具有准零刚度的隔振平台

技术领域

本发明属于减振器技术领域，具体地说，本发明涉及一种具有准零刚度的隔振平台。

背景技术

高精度机床及精密仪器设备，高等级的科学实验室设备，导弹运输车等，对隔振平台提出了更高的性能要求，在结构工程和机械工程领域，一直都在寻求一种性能更为突出的隔振平台。

发明内容

本发明提供一种兼备较高静态刚度和较低动态刚度，并可实现刚度可调的宽频域隔振的准零刚度隔振平台。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：具有准零刚度的隔振平台，包括：

动平台；

减振器，其与动平台连接；

调节装置，其与减振器连接，且用于调节减振器的初始位置；以及

底座，其包括与动平台为相对设置的静平台和与静平台为可拆卸式连接且与调节装置连接的支撑装置。

所述减振器一端与所述动平台转动连接，另一端与所述调节装置转动连接。

所述静平台包括与所述动平台为相对设置的平台中心体和与平台中心体连接且朝向平台中心体外侧延伸的平台延伸体，所述支撑装置与平台延伸体为可拆卸式连接，所述调节装置为可移动的设置于支撑装置上。

所述调节装置在所述动平台的周围沿周向分布多个，各个调节装置分别通过所述减振器与动平台连接，且在相邻的两个调节装置中，其中一个调节装置与所述静平台之间的距离大于另一个调节装置与静平台之间的距离。

所述减振器和所述调节装置以所述动平台的轴线为中心线在动平台周围呈均匀分布。

所述支撑装置包括设置于所述静平台上且与所述调节装置连接的支撑板和与静平台为滑动连接且与支撑板连接的滑动件。

所述支撑板以所述静平台的轴线为中心线在静平台上沿周向均匀分布多个。

所述滑动件为嵌入所述静平台上所设的滑槽中的螺栓，所述支撑板具有让螺栓穿过的孔，螺栓上设有用于紧固所述支撑板的螺母。

所述调节装置包括与所述减振器转动连接且通过紧固件与所述支撑板连接的调节座，支撑板具有让紧固件穿过的滑槽，滑槽的长度方向与调节座的移动方向相平行。

所述支撑板具有位于同一直线上的第一滑槽和第二滑槽，第二滑槽位于第一滑槽和所述静平台之间。

本发明的具有准零刚度的隔振平台，具有如下优点：

1、该隔振平台不仅解决了传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题，避免了采用主动和半主动控制隔振器结构复杂、制造成本高耗能高的缺点；

2、该隔振平台在一定变形范围内，将上端的三只减振弹簧作为正刚度元件与下端的三只作为负刚度减振弹簧元件并联，可实现该隔振平台在其平衡位置附近的非线性刚度；

3、该隔振平台可以通过调节装置调节减振器的初始位置，来实现宽频域隔振，可广泛应用于对隔振要求严格的精密仪器与设备，具有良好的工程实用性。

4、该隔振平台具有较高的支撑刚度的同时，还具有很低的运动刚度，静态变形量小，动态固有频率低的隔振效果。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明隔振平台的结构示意图；

图2是动平台的结构示意图；

图3是动平台与减振器的装配图；

图4是底座的结构示意图；

图5是静平台的结构示意图；

图中标记为：

1、减振器；11、销孔；12、减振弹簧；2、底座；21、平台中心体；22、支撑板；23、第一滑槽；24、第二滑槽；25、第三滑槽；26、滑动件；27、第一螺母；28、平台延伸体；29、侧杆；3、调节装置；31、调节座；32、螺栓；33、第二螺母；4、动平台；41、承载板；42、安装座；43、第四滑槽；44、螺栓；45、第三螺母。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图5所示，本发明提供了一种具有准零刚度的隔振平台，包括动平台4、底座1、减振器和调节装置3，减振器是与动平台4连接，调节装置3是与底座1和减振器连接，且用于调节减振器的初始位置。底座1包括与动平台4为相对设置的静平台和设置于静平台上且与调节装置3连接的支撑装置。本发明的具有准零刚度的隔振平台，设置一定的结构参数，该隔振平台可实现在平衡位置具有准零刚度和在平衡位置附近具有非线性刚度，能解决传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题；刚度可简便调节，适用于宽频域隔振，具有良好的工程适用性；在具有较高支承刚度的同时，还具有很低的运动刚度，静态变形量小，动态固有频率低，隔振效果好；通过刚度、阻尼的灵活调节，可解决制约传统隔振系统的固有矛盾，即低频振动传递率与高频振动衰减率的矛盾。本发明提出的具有准零刚度的隔振平台是一种新型减振隔振平台，具有良好的经济性和实用性，可以推广到各个领域。

具体地说，如图1所示，减振器的一端与动平台4转动连接，另一端与调节装置3转动连接，减振器两端转动连接点的轴线相平行且与动平台4的轴线相垂直。减振器的中心线与减振器两端转动连接点的轴线相垂直，调节装置3是用于调节减振器的中心线与水平面之间的初始夹角，即改变减振器的初始位置，从而改变减振器上具有的减振弹簧的初始预紧力。

如图1、图4和图5所示，底座1的静平台与动平台4为相对设置，支撑装置为可移动的设置于静平台上，支撑装置以静平台的轴线为中心线在静平台上沿周向布置多个，支撑装置在静平台上的位置可以调节，调节装置3为可移动的设置于支撑装置上，调节装置3在支撑装置上的位置可调节，且支撑装置在静平台上移动时的移动方向与调节装置3在支撑装置上移动时的移动方向相垂直。

如图4和图5所示，静平台包括与动平台为相对设置的平台中心体21和与平台中心体21连接且朝向平台中心体21外侧延伸的平台延伸体28，支撑装置与平台延伸体28为可拆卸式连接，调节装置为可移动的设置于支撑装置上，平台延伸体28以静平台的轴线为中心线在平台中心体21上沿周向布置多个，各个平台延伸体28上分别设置一个支撑装置。支撑装置包括设置于平台延伸体28上且与调节装置3连接的支撑板22和与平台延伸体28为滑动连接且与支撑板22连接的滑动件26，支撑板22为竖直设置于平台延伸体28的顶面上，支撑板22的长度方向与静平台的轴线相平行，相应在平台延伸体28的顶面上设有沿其长度方向延伸的第三滑槽25，滑动件26的端部嵌入第三滑槽25中实现与平台延伸体28的滑动连接。

如图4和图5所示，第三滑槽25为设置于平台延伸体28上且截面为T型的T型滑槽，第三滑槽25的长度方向与静平台的轴线相垂直。滑动件26优选为螺栓，滑动件26的轴线与静平台的轴线相平行，滑动件26的六角形头部嵌入第三滑槽25中，螺杆部从第三滑槽25中伸出后并穿过支撑板22上所设的通孔，滑动件26上设有用于紧固支撑板22的第一螺母27。第三滑槽25在平台延伸体28上的与支撑板22接触的表面上形成让滑动件26伸出的开口，滑动件26的六角形头部尺寸大于该开口的尺寸，从而滑动件26的六角形头部始终嵌入在第三滑槽25中，滑动件26相对于静平台仅能沿径向移动，从而使支撑装置在静平台上能够沿径向移动，进行位置调节，通过拧紧第一螺母27，第一螺母27与螺栓构成的紧固件将支撑板22固定在静平台上。

如图4和图5所示，支撑板22的端部具有一个与平台延伸体28相平行且接触的安装板，该安装板为矩形平板，为了提高支撑装置移动时的稳定性和固定后的可靠性，支撑板22通过多个由第一螺母27与滑动件26构成的紧固件与静平台连接，且紧固件至少设置两个。相应在各个平台延伸体28上设置两个相平行的第三滑槽25，第三滑槽25两两一组且以静平台的轴线为中心线沿周向均匀设置多组，各组的两个第三滑槽25中分别至少安装一个滑动件26。

在本实施例中，如图4和图5所示，各个支撑板22是通过四个由第一螺母27与滑动件26构成的紧固件与平台延伸体28连接，四个紧固件呈矩形分布，且各组的两个第三滑槽25中分别安装两个滑动件26。

如图1所示，调节装置3、减振器和支撑板22在动平台4的周围沿周向均匀分布多个，调节装置3、减振器和支撑板22的数量相等，且各个支撑板22通过一个调节装置3与减振器连接。在相邻的两个调节装置3中，其中一个调节装置3与静平台之间的距离大于另一个调节装置3与静平台之间的距离；在周向上连续的三个调节装置3中，位于中间的调节装置3与静平台之间的距离小于位于两侧的调节装置3与静平台之间的距离。在图1所示状态时，调节装置3、减振器和支撑板22以动平台4的轴线为中心线在动平台4周围呈均匀分布。在本实施例中，如图1所示，调节装置3、减振器、支撑板22和平台延伸体28均分别设置六个。

如图4和图5所示，平台中心体21是由六个侧杆29连接形成的正六边形框架结构，正六边形的中心线即为静平台的轴线，呈正六边形分布的六个侧杆29上分别设置有一个平台延伸体28，平台延伸体28为长矩形板，平台延伸体28的端部与侧杆29垂直连接且沿与侧杆29长度方向相垂直的方向朝向侧杆29外侧延伸，六个平台延伸体28在平台中心体21的周围呈周向均匀分布。

如图1和图3所示，减振器的一端通过销轴与动平台4转动连接，另一端通过销轴与调节装置3转动连接。如图2所示，动平台4包括承载板41和设置于承载板41上且与减振器转动连接的安装座42，安装座42通过紧固件与承载板41连接，承载板41具有让紧固件穿过的第四滑槽43，第四滑槽43的长度方向与动平台4的轴线相平行。安装座42在承载板41上的位置可调节，安装座42为可移动的设置于承载板41上，且安装座42在承载板41上移动时的移动方向与动平台4的轴线相平行。安装座42以动平台4的轴线为中心线在承载板41上沿周向均匀分布多个，各个安装座42分别与一个减振器转动连接。

如图2所示，第四滑槽43为设置于承载板41上且截面为T型的T型滑槽，第四滑槽43的长度方向与动平台4的轴线相平行。用于连接安装座42与承载板41的紧固件是由螺栓44与第三螺母45构成，螺栓44的轴线与动平台4的轴线相垂直，螺栓44的六角形头部嵌入第四滑槽43中，螺栓44螺杆部从第四滑槽43中伸出后并穿过安装座42上所设的通孔，螺栓44上设有用于紧固安装座42的第三螺母45。第四滑槽43在承载板41上的与安装座42接触的表面上形成让螺栓44伸出的开口，螺栓44的六角形头部尺寸大于该开口的尺寸，从而螺栓44的六角形头部始终嵌入在第四滑槽43中，螺栓44相对于承载板41仅能沿第四滑槽43的长度方向移动，从而使安装座42在承载板41上能够沿与动平台4的轴线相平行的方向直至移动，进行位置调节，通过拧紧第三螺母45，第三螺母45与螺栓44构成的紧固件将安装座42固定在承载板41上。

如图2所示，安装座42的端部具有一个与承载板41的表面相接触的安装板，该安装板为矩形平板，为了提高安装座42移动时的稳定性和固定后的可靠性，安装座42通过多个由第三螺母45和螺栓44构成的紧固件与承载板41连接，且紧固件至少设置两个。相应在承载板41上安装各个安装座42的位置处分别设置两个相平行的第四滑槽43，第四滑槽43两两一组且以动平台4的轴线为中心线在承载板41上沿周向均匀设置多组，各组的两个第四滑槽43中分别至少安装一个螺栓44。

在本实施例中，如图2所示，各个安装座42是通过两个由第三螺母45和螺栓44构成的紧固件与承载板41连接，两个紧固件处于与动平台4的轴线相垂直的同一直线上，且各组的两个第四滑槽43中分别安装一个螺栓44。

在本实施例中，由于减振器设置有六个，相应的安装座42也设置六个，如图2所示，承载板41为正六边形构件，承载板41的中心线即为动平台4的轴线，承载板41的六个侧面上均设置有两个第四滑槽43，六个安装座42通过紧固件与承载板41连接且在承载板41的周围呈周向均匀分布。

如图1和图4所示，调节装置3包括与减振器转动连接且通过紧固件与支撑板22连接的调节座31，支撑板22具有让紧固件穿过的滑槽，滑槽的长度方向与调节座31的移动方向相平行。各支撑板22上分别设置一个调节座31，调节座31为可移动的设置于支撑板22上，调节座31在支撑板22上的位置可调节，且调节座31在支撑板22上移动时的移动方向与静平台的轴线相平行。由于相邻的两个调节座31相对于静平台是按照一远一近的方式进行设置，因此各个支撑板22均具有位于同一直线上的第一滑槽23和第二滑槽24，第二滑槽24位于第一滑槽23和静平台之间，第一滑槽23与静平台之间的距离大于第二滑槽24与静平台之间的距离，对于距离静平台远的调节座31是通过紧固件在第一滑槽23所在位置处与支撑板22连接，对于距离静平台近的调节座31是紧固件在第二滑槽24所在位置处与支撑板22连接。

如图1和图4所示，第一滑槽23和第二滑槽24为沿支撑板22的长度方向延伸的长槽，第一滑槽23和第二滑槽24并为沿支撑板22的厚度方向贯穿设置，用于连接调节座31与支撑板22的紧固件是由螺栓32与第二螺母33构成，螺栓32的轴线与静平台的轴线相垂直，且与螺栓44的轴线相平行，螺栓32的六角形头部的尺寸大于第一滑槽23和第二滑槽24的宽度。对于通过紧固件在第一滑槽23处与支撑板22连接的调节座31，螺栓32的六角形头部位于第一滑槽23的外侧，调节座31位于第一滑槽23的内侧，螺栓32的螺杆部嵌入第一滑槽23中且从第一滑槽23中伸出后并穿过调节座31上所设的通孔，螺栓32上套设用于紧固调节座31的第二螺母33，螺栓32相对于支撑板22能沿第一滑槽23的长度方向移动，从而使调节座31在支撑板22上能够沿与静平台的轴线相平行的方向直至移动，进行位置调节，通过拧紧第二螺母33，第二螺母33与螺栓32构成的紧固件将调节座31固定在支撑板22上。对于通过紧固件在第二滑槽24处与支撑板22连接的调节座31，螺栓32的六角形头部位于第二滑槽24的外侧，调节座31位于第二滑槽24的内侧，螺栓32的螺杆部嵌入第二滑槽24中且从第二滑槽24中伸出后并穿过调节座31上所设的通孔，螺栓32上套设用于紧固调节座31的第二螺母33，螺栓32相对于支撑板22能沿第二滑槽24的长度方向移动，从而使调节座31在支撑板22上能够沿与静平台的轴线相平行的方向直至移动，进行位置调节，通过拧紧第二螺母33，第二螺母33与螺栓32构成的紧固件将调节座31固定在支撑板22上。各个支撑板22的结构相同，均同时设置有第一滑槽23和第二滑槽24，通用性好，但是各个调节装置3仅能安装在对于的支撑板22上的第一滑槽23处或第二滑槽24处。在周向上连续的三个调节装置3中，位于中间的调节装置3的调节座31通过紧固件在支撑板22上的第二滑槽24处与支撑板22连接，位于两侧的两个调节装置3的调节座31通过紧固件在支撑板22上的第一滑槽23处与支撑板22连接。

如图4所示，调节座31的端部具有一个与支撑板22的表面相接触的安装板，该安装板为矩形平板，为了提高调节座31移动时的稳定性和固定后的可靠性，调节座31通过多个由第二螺母33和螺栓32构成的紧固件与支撑板22连接，且紧固件至少设置两个。相应在支撑板22上至少设置有两个相平行的第一滑槽23和两个相平行的第二滑槽24，各个第一滑槽23和第二滑槽24中分别至少安装一个螺栓32。

在本实施例中，如图4所示，各个调节座31是通过两个由第二螺母33和螺栓32构成的紧固件与支撑板22连接，两个紧固件处于与静平台的轴线相垂直的同一直线上，支撑板22上设置有两个相平行的第一滑槽23和两个相平行的第二滑槽24，且第一滑槽23和第二滑槽24中分别安装一个螺栓32。

上述结构的调节装置3、底座1、动平台4及各部件之间的连接方式的主要优点体现在：1)方便整个隔振平台的调节、拆卸，调节能够使该平台隔振对象的尺寸、重量范围扩大，灵活拆卸能使平台方便移动，便于运输；2)整个平台的结构设计，可以方便地生产出系列产品，便于该平台模块化、系列化生产。

下面详细说明如何实现隔振平台的准零刚度，具体步骤为：

步骤1：首先计算动平台4受外界激振力达到静平衡位置时减振弹簧的形变量。

步骤2：根据所放物体达到静平衡位置时减振弹簧的形变量从而调节与设置于支撑板22的第一滑槽23处的调节装置3连接的减振器的预压缩量使该减振器的预紧力沿减振器指向弹簧下端盖。当动平台4向下运动时该减振器上的减振弹簧就会产生正刚度。

步骤3：调节与设置于支撑板22的第二滑槽24处的调节装置3连接的减振器的减振弹簧的形变量，从而调节该减振器的预压缩量使减振器的预紧力沿减振器指向下端。当动平台4向下运动时该减振器上的减振弹簧就会产生负刚度。

与设置于支撑板22的第一滑槽23处的调节装置3连接的减振器产生的正刚度和与设置于支撑板22的第二滑槽24处的调节装置3连接的减振器产生的负刚度在数值上相加就可以实现整个减振系统的总刚度为零，从而实现准零刚度隔振平台。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，包括：

动平台；

减振器，其与动平台连接；

调节装置，其与减振器连接，且用于调节减振器的初始位置；以及

底座，其包括与动平台为相对设置的静平台和与静平台为可拆卸式连接且与调节装置连接的支撑装置。

2.根据权利要求1所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述减振器一端与所述动平台转动连接，另一端与所述调节装置转动连接。

3.根据权利要求1所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述静平台包括与所述动平台为相对设置的平台中心体和与平台中心体连接且朝向平台中心体外侧延伸的平台延伸体，所述支撑装置与平台延伸体为可拆卸式连接，所述调节装置为可移动的设置于支撑装置上。

4.根据权利要求1所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述调节装置在所述动平台的周围沿周向分布多个，各个调节装置分别通过所述减振器与动平台连接，且在相邻的两个调节装置中，其中一个调节装置与所述静平台之间的距离大于另一个调节装置与静平台之间的距离。

5.根据权利要求4所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述减振器和所述调节装置以所述动平台的轴线为中心线在动平台周围呈均匀分布。

6.根据权利要求1至5所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述支撑装置包括设置于所述静平台上且与所述调节装置连接的支撑板和与静平台为滑动连接且与支撑板连接的滑动件。

7.根据权利要求6所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述支撑板以所述静平台的轴线为中心线在静平台上沿周向均匀分布多个。

8.根据权利要求6所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述滑动件为嵌入所述静平台上所设的滑槽中的螺栓，所述支撑板具有让螺栓穿过的孔，螺栓上设有用于紧固所述支撑板的螺母。

9.根据权利要求6所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述调节装置包括与所述减振器转动连接且通过紧固件与所述支撑板连接的调节座，支撑板具有让紧固件穿过的滑槽，滑槽的长度方向与调节座的移动方向相平行。

10.根据权利要求9所述的具有准零刚度的隔振平台，其特征在于，所述支撑板具有位于同一直线上的第一滑槽和第二滑槽，第二滑槽位于第一滑槽和所述静平台之间。