CN105972394B - 准零刚度隔振平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准零刚度隔振平台，包括动平台、悬挂组件、减振器和调节组件；减振器与动平台连接，悬挂组件包括相连接的第一悬挂架和第二悬挂架，第一悬挂架和第二悬挂架为可拆卸式连接；调节组件与悬挂组件和减振器连接，能用于调节减振器的初始位置。本发明的准零刚度隔振平台，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

准零刚度隔振平台

技术领域

本发明属于减振器技术领域，具体地说，本发明涉及一种准零刚度隔振平台。

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：准零刚度隔振平台，包括：

动平台；

悬挂组件，其包括相连接的第一悬挂架和第二悬挂架，第一悬挂架和第二悬挂架为可拆卸式连接；

减振器，其与动平台连接；以及

调节组件，其与悬挂组件和减振器连接，且用于调节减振器的初始位置。

所述调节组件包括与所述悬挂组件连接且相对于悬挂组件为可移动的调节杆，调节杆与所述减振器为转动连接。

所述调节杆通过穿设的插销与所述悬挂组件固定连接，调节杆和悬挂组件具有让插销穿过的插孔。

所述第一悬挂架和所述第二悬挂架分别与多个所述调节组件为滑动连接，与第一悬挂架和第二悬挂架分别连接的调节组件通过所述减振器与所述动平台连接。

所述减振器在所述悬挂组件的内侧沿周向分布多个，且在相邻的两个减振器中，其中一个减振器与所述第一悬挂架上设置的所述调节组件连接，另一个减振器与所述第二悬挂架上设置的所述调节组件连接。

所述减振器以所述动平台的轴线为中心线在动平台周围呈均匀分布。

所述第一悬挂架具有第一支柱，所述第二悬挂架具有与第一支柱通过插销连接的第二支柱，第一支柱和第二支柱具有让插销穿过的插孔。

所述第一悬挂架为由多个滑移套管、V形连接件和导向座连接而成且内部中空、周向封闭的六边形结构，滑移套管的两端分别通过插销与一个V形连接件和一个导向座连接。

所述第二悬挂架为由多个滑移套管、V形连接件和导向座连接而成且内部中空、周向封闭的正六边形结构，滑移套管的两端分别通过插销与一个V形连接件和一个导向座连接。

本发明的准零刚度隔振平台，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组件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是第一悬挂架的结构示意图；

图3是第二悬挂架的结构示意图；

图4是悬挂组件的结构示意图；

图5是隔振系统的结构示意图；

图6是动平台的结构示意图；

图中标记为：

1、中部插销；2、减振器；21、销孔；22、减振弹簧；3、动平台；31、承载板；32、基座；33、铰链；34、销孔；35、螺栓；4、第一悬挂架；41、第一支柱；42、滑移套管；43、V形连接件；44、导向座；5、第二悬挂架；51、第二支柱；52、滑移套管；53、V形连接件；54、导向座；6、调节组件；61、调节杆；62、铰链；7、销轴。

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6所示，本发明提供了一种准零刚度隔振平台，包括动平台3、悬挂组件、减振器和调节组件6，减振器是与动平台3连接，调节组件6是与悬挂组件和减振器连接，且用于调节减振器的初始位置。本发明的准零刚度隔振平台，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。本发明提出的准零刚度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3转动连接，另一端与调节组件6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3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，调节组件6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和图4所示，悬挂组件包括相对设置且相连接的第一悬挂架4和第二悬挂架5，第一悬挂架4和第二悬挂架5上均设有调节组件6，第一悬挂架4和第二悬挂架5上所设的调节组件6通过减振器与动平台3连接。第一悬挂架4和第二悬挂架5相连接形成一种框架结构的悬挂组件，内腔用于容纳减振器和动平台3。第一悬挂架4和第二悬挂架5通过中部插销1实现可拆卸式的连接，形成一体结构，作为优选的，中部插销1在减振器和动平台3的外侧沿周向设置多个，提高第一悬挂架4和第二悬挂架5连接的可靠性。

如图1和图2所示，作为优选的，调节组件6主要包括与悬挂组件为滑动连接的调节杆61，调节杆61相对于悬挂组件为可移动的，调节杆61通过穿设的插销实现与悬挂组件固定连接，调节杆61和悬挂组件具有让插销穿过的插孔，通过插销的插入和拔出，可以实现调节杆61的位置固定和调节。调节杆61可相对于悬挂组件做往复直线运动，悬挂组件并对调节杆61起到导向作用，确保调节杆61做直线运动。减振器一端吊耳与动平台3转动连接，另一端的吊耳与调节杆61的端部转动连接，减振器两端转动连接点的轴线相平行且与调节杆61的运动方向相垂直。在需要调节减振器的初始位置时，通过旋转调节杆61，使调节杆61做直线运动，调节杆61可以压缩或拉伸减振器，调节杆61的长度方向与减振器的中心线之间的夹角得以调节，从而可以改变减振弹簧的初始预紧力。

如图1和图2所示，调节杆61为方形管件，调节杆61的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让插销插入的插孔，且插孔在调节杆61的侧壁上沿长度方向均布多个。减振器位于调节组件6与动平台3之间，在调节组件6调节减振器拉伸时，调节杆61相对于悬挂组件为朝向远离动平台3的方向运动；在调节组件6调节减振器压缩时，调节杆61相对于悬挂组件为朝向接近动平台3的方向运动。

作为优选的，如图1所示，减振器在悬挂组件的内侧沿周向均匀分布多个，且在相邻的两个减振器中，其中一个减振器与第一悬挂架4上设置的调节组件6的调节杆61转动连接，另一个减振器与第二悬挂架5上设置的调节组件6的调节杆61转动连接，即减振器的数量与调节组件6的数量相等，各减振器分别与一个调节组件6连接，且第一悬挂架4和第二悬挂架5上设置同等数量的调节组件6，第一悬挂架4和第二悬挂架5上的调节组件6并为错开布置。在图1所示状态时，减振器以动平台3的轴线为中心线在动平台3周围呈均匀分布，第一悬挂架4和第二悬挂架5上的调节组件6也是以动平台3的轴线为中心线在动平台3周围呈均匀分布。在本实施例中，如图1所示，减振器共设置六个，第一悬挂架4和第二悬挂架5上分别设置三个调节组件6。

如图4和图5所示，减振器的一端通过销轴与调节杆61的端部所设的铰链62转动连接，另一端通过销轴与动平台3上所设的铰链33转动连接。动平台3包括承载板31和固定设置于承载板31底面中心处的基座32，基座32位于所有减振器的中心处，铰链33在基座32上沿周向均匀布置多个，各铰链33分别与一个减振器连接。

如图1和图4所示，第一悬挂架4和第二悬挂架5均是由多个滑移套管、V形连接件和箭头形状的导向座连接而成且为内部中空、周向封闭的正六边形结构。

具体的，如图2所示，第一悬挂架4的滑移套管42位于导向座44和V形连接件43之间，滑移套管42的两端分别通过第一插销与一个V形连接件43和一个导向座42固定连接。滑移套管42为两端开口、内部中空的方形管件，滑移套管42的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让第一插销插入的插孔，且插孔在滑移套管42的侧壁上沿长度方向均布多个。V形连接件43的夹角优选为120度，V形连接件43的两端分别至少具有一个让第一插销插入的插孔，两个端部上的插孔的轴线之间的夹角为120度，且V形连接件43的两端分别插入一个滑移套管42的内部，在将V形连接件43端部的插孔与滑移套管42上的一个插孔位置对齐后，将第一插销插入对齐的两个插孔中，可以实现滑移套管42与V形连接件43的固定连接。箭头形状的导向座44具有三个端部，其中相对的两个端部分别至少具有一个让第一插销插入的插孔，两个端部上的插孔的轴线之间的夹角为120度，且导向座44的两端分别插入一个滑移套管42的内部，在将导向座44端部的插孔与滑移套管42上的一个插孔位置对齐后，将第一插销插入对齐的两个插孔中，可以实现滑移套管42与导向座44的固定连接。在本实施例中，第一悬挂架4的导向座44、滑移套管42和V形连接件43均设置三个，各个滑移套管42一端通过第一插销与导向座44实现可拆卸式连接，另一端通过第一插销与V形连接件43实现可拆卸式连接，形成正六边形的第一悬挂架4。在将第一插销拔出后，通过调节导向座44和V形连接件43插入滑移套管42中的深度，使导向座44和V形连接件43上的插孔与滑移套管42上不同位置处的插孔对齐后插入第一插销，可以调节第一悬挂架4的尺寸。

如图3所示，第二悬挂架5的结构与第一悬挂架4的结构基本类似，第二悬挂架5的滑移套管52位于导向座54和V形连接件53之间，导向座54的结构与导向座44的结构相同，滑移套管52的结构与滑移套管42的结构相同，V形连接件53的结构与V形连接件43的结构相同。滑移套管52的两端分别通过第一插销与一个V形连接件53和一个导向座52固定连接。滑移套管52为两端开口、内部中空的方形管件，滑移套管52的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让第一插销插入的插孔，且插孔在滑移套管52的侧壁上沿长度方向均布多个。V形连接件53的夹角优选为120度，V形连接件53的两端分别至少具有一个让第一插销插入的插孔，两个端部上的插孔的轴线之间的夹角为120度，且V形连接件53的两端分别插入一个滑移套管52的内部，在将V形连接件53端部的插孔与滑移套管52上的一个插孔位置对齐后，将第一插销插入对齐的两个插孔中，可以实现滑移套管52与V形连接件53的固定连接。箭头形状的导向座54具有三个端部，其中相对的两个端部分别至少具有一个让第一插销插入的插孔，两个端部上的插孔的轴线之间的夹角为120度，且导向座54的两端分别插入一个滑移套管52的内部，在将导向座54端部的插孔与滑移套管52上的一个插孔位置对齐后，将第一插销插入对齐的两个插孔中，可以实现滑移套管52与导向座54的固定连接。在本实施例中，第二悬挂架5的导向座54、滑移套管52和V形连接件53均设置三个，各个滑移套管52一端通过第一插销与导向座54实现可拆卸式连接，另一端通过第一插销与V形连接件53实现可拆卸式连接，形成正六边形的第二悬挂架5。在将第二插销拔出后，通过调节导向座54和V形连接件53插入滑移套管52中的深度，使导向座54和V形连接件53上的插孔与滑移套管52上不同位置处的插孔对齐后插入第二插销，可以调节第二悬挂架5的尺寸。

如图2所示，第一悬挂架4还包括垂直设置于各导向座44上的第一支柱41，该第一支柱41的长度方向与调节杆61和滑移套管42的长度方向相垂直，第一支柱41并为朝向第二悬挂架5所在位置处伸出。在本实施例中，导向座44设置三个，则第一支柱41也设置相平行的三个，三个第一支柱41并为均匀分布。如图3所示，第二悬挂架5还包括垂直设置于各导向座54上且与第一支柱41位置对齐的第二支柱51，该第二支柱51的长度方向与调节杆61和滑移套管52的长度方向相垂直，第二支柱51并为朝向第一悬挂架4所在位置处伸出。在本实施例中，导向座54设置三个，则第二支柱51也设置相平行的三个，三个第二支柱51并为均匀分布。如图1和图4所示，第一支柱41和第二支柱51通过中部插销1连接，第一支柱41和第二支柱51具有让中部插销1穿过的插孔，第一支柱41上的插孔为沿长度方向均匀设置多个，第二支柱51上的插孔为沿长度方向均匀设置多个。第一支柱41并为下端开口、内部中空的方形管件，第二支柱51为可插入第一支柱41内部的直杆。在将中部插销1拔出后，通过调节第二支柱51插入第一支柱41中的深度，使第一支柱41和第二支柱51上不同位置处的插孔对齐后插入中部插销1，可以调节导向座44与导向座54之间的距离，进而可以调节悬挂组件的尺寸。

如图2和图3所示，调节组件6的调节杆61设置于导向座44、54上，导向座44、54具有三个杆部，其中相对的两个杆部上分别具有一个让插销插入的插孔，位于这两个杆部中间的第三个杆部为一端开口、内部中空的结构，该杆部内具有让调节杆61插入的导向孔，导向孔对调节杆61起到导向作用，调节杆61在导向孔内做往复直线运动，调节杆61一端插入导向孔中，另一端伸出导向孔且位于第一悬挂架4或第二悬挂架5的内部，铰链62安装在调节杆61的伸出端。调节杆61的一部分插入导向座44、54内部，另一部分位于导向座44、54外。导向座44、54的具有导向孔的杆部的侧壁上还设有沿厚度方向贯穿设置的通孔，作为与调节杆61连接的插销插入的插孔，且插孔在杆部的侧壁上沿长度方向均布多个。在将插销拔出后，通过移动调节杆61使调节杆61插入导向座中的深度改变，进而可以实现调节杆61位置的调节。在使导向座上的插孔与调节杆61上的插孔位置对齐后插入第二插销，可以实现调节杆61与悬挂组件的固定连接。

上述结构的第一悬挂架、第二悬挂架、悬挂组件设计的主要优点体现在：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；3)调节组件与悬挂组件之间、第一悬挂架与第二悬挂架之间以及第一悬挂架和第二悬挂架的各部件之间，通过打孔插销钉的方式实现连接，以便于减少制造成本，而且方便拆装。

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3受外界激振力达到静平衡位置时减振弹簧(非线性弹簧)22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(非线性弹簧)22的形变量从而调节与设置于第一悬挂架4上的调节组件6连接的减振器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3向下运动时该减振器上的减振弹簧22就会产生正刚度。

步骤3：调节与设置于第二悬挂架5上的调节组件6连接的减振器的减振弹簧(非线性弹簧)22的形变量，从而调节该减振器预压缩量使减振器的预紧力沿减振器指向下端。当动平台3向下运动时该减振器上的减振弹簧22就会产生负刚度。

与设置于第一悬挂架4上的调节组件6连接的减振器产生的正刚度和与设置于第二悬挂架5上的调节组件6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 (8)

1.准零刚度隔振平台，其特征在于，包括：

动平台；

悬挂组件，其包括相连接的第一悬挂架和第二悬挂架，第一悬挂架和第二悬挂架为可拆卸式连接；

减振器，其与动平台连接；以及

调节组件，其与悬挂组件和减振器连接，且用于调节减振器的初始位置；

其中，调节组件包括与悬挂组件连接且相对于悬挂组件为可移动的调节杆，调节杆与减振器为转动连接；

调节杆通过穿设的插销与悬挂组件固定连接，调节杆和悬挂组件具有让插销穿过的插孔，调节杆的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让插销插入的插孔，插孔在调节杆的侧壁上沿长度方向均布多个；

减振器在悬挂组件的内侧沿周向分布多个，且在相邻的两个减振器中，其中一个减振器与第一悬挂架上设置的调节组件连接，另一个减振器与第二悬挂架上设置的所述调节组件连接；

第一悬挂架和第二悬挂架分别与多个调节组件为滑动连接，第一悬挂架具有第一支柱，第二悬挂架具有与第一支柱通过中部插销连接的第二支柱，第一支柱和第二支柱具有让中部插销穿过的插孔，第一支柱和第二支柱具有让中部插销穿过的插孔，第一支柱上的插孔为沿长度方向均匀设置多个，第二支柱上的插孔为沿长度方向均匀设置多个；

第一悬挂架为由多个滑移套管、V形连接件和导向座连接而成且内部中空、周向封闭的六边形结构，各个滑移套管的一端通过第一插销与导向座实现可拆卸式连接，另一端通过第一插销与V形连接件实现可拆卸式连接，第一悬挂架的尺寸可调节；

第二悬挂架为由多个滑移套管、V形连接件和导向座连接而成且内部中空、周向封闭的正六边形结构，各个滑移套管的一端通过第二插销与导向座实现可拆卸式连接，另一端通过第二插销与V形连接件实现可拆卸式连接，第二悬挂架的尺寸可调节。

2.根据权利要求1所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述调节杆为方形管件。

3.根据权利要求2所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述减振器一端吊耳与动平台转动连接，另一端的吊耳与调节杆的端部转动连接，减振器两端转动连接点的轴线相平行且与调节杆的运动方向相垂直。

4.根据权利要求1所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述第一支柱为下端开口、内部中空的方形管件，第二支柱为可插入第一支柱内部的直杆，第一支柱和第二支柱的长度方向与调节杆的长度方向相垂直。

5.根据权利要求4所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述减振器共设置六个，第一悬挂架和第二悬挂架上分别设置三个调节组件。

6.根据权利要求5所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述减振器以所述动平台的轴线为中心线在动平台周围呈均匀分布。

7.根据权利要求1至6任一所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述第一悬挂架的滑移套管为两端开口、内部中空的方形管件，滑移套管的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让第一插销插入的插孔，插孔在滑移套管的侧壁上沿长度方向均布多个。

8.根据权利要求1至6任一所述的准零刚度隔振平台，其特征在于，所述第二悬挂架的滑移套管为两端开口、内部中空的方形管件，滑移套管的侧壁上设置有沿厚度方向贯穿的通孔，作为让第二插销插入的插孔，插孔在滑移套管的侧壁上沿长度方向均布多个。