CN109869439A - 一种新型Stewart减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型Stewart减振器，包括顶板、底板和六个伸缩腿，顶板的底面设置有六个第一连接角，顶板的顶面设置有六个第二连接角；伸缩腿包括依次连接的第一万向铰链、第一连接杆、膜片弹簧、负刚度机构和第二万向铰链，第一万向铰链与第一连接角连接，第二万向铰链与第二连接角连接；负刚度机构包括壳体，壳体的内壁上固设有外磁铁，膜片弹簧与壳体固连，第一连接杆靠近膜片弹簧的一端连接有支撑杆，支撑杆远离第一连接杆的一端穿过膜片弹簧和壳体伸入壳体内部，支撑杆上对应外磁铁固设有与外磁铁相斥的内磁铁，内磁铁与外磁铁之间具有间隔，支撑杆分别与膜片弹簧、壳体轴向滑动配合。本发明新型Stewart减振器减振效果好。

Description

一种新型Stewart减振器

技术领域

本发明涉及隔振设备技术领域，特别是涉及一种新型Stewart减振器。

背景技术

振动是工业生产和人们生活中极其常见的物理现象。振动带来的危害不容忽视，在机械加工领域，振动会造成机械结构的磨损，降低加工精度；在交通运输领域，振动会降低安全度和舒适度；在航空航天领域，很多火箭发射失利是由于振动引发的故障；在土木工程领域，振动会导致桥梁断裂、楼房倒塌、甚至造成人员伤亡等等。鉴于振动带来的诸多危害，振动控制已然成为学者和工程技术人员的一个迫切研究任务。振动控制分为被动减振、半主动减振和主动减振三类，这三种控制方式各有优缺点：主动控制在设计时消除振源或减小振源的能量或频率，虽然它相较于传统的被动减振具有低频减振效果优异等特点，但环境适应性较差、不适合在海水等环境使用，耗能大，结构复杂，修复困难；半主动减振根据需求调节减振效果，效果介于主动和被动之间；被动减振，具有结构简单、可靠、工作时不消耗外部能量方案易于实施等优点，现有的被动减振器一般低频减振效果较差。

现有的减振器通常为单自由度的，能实现六自由度减振的装置不多，其中Stewart平台以其负载能力强、精度高、多自由度等特点受到很多研究人员的关注，但现有的Stewart平台，当上下平板在水平面方向上相对位移较大时相邻的两条腿很容易产生干涉，在x-y平面上以及绕Z轴的转矩受力能力较差，减振效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型Stewart减振器，以解决上述现有技术存在的问题，提高减振器的减振效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型Stewart减振器，包括顶板、底板和六个伸缩腿，所述顶板的底面设置有六个第一连接角，其中三个所述第一连接角均匀分布于第一外圆圆周上，另外三个所述第一连接角均匀分布于内圆圆周上，所述顶板的顶面设置有六个第二连接角，六个所述第二连接角分布于第二外圆圆周上；所述伸缩腿包括依次连接的第一万向铰链、第一连接杆、膜片弹簧、负刚度机构和第二万向铰链，所述第一万向铰链与所述第一连接角连接，所述第二万向铰链与所述第二连接角连接，所述伸缩腿、所述第一连接角和所述第二连接角一一对应；所述负刚度机构包括一壳体，所述壳体的内壁上固设有外磁铁，所述膜片弹簧与所述壳体固连，所述第一连接杆靠近所述膜片弹簧的一端连接有支撑杆，所述支撑杆远离所述第一连接杆的一端穿过所述膜片弹簧和所述壳体伸入所述壳体内部，所述支撑杆上对应所述外磁铁固设有与所述外磁铁相斥的内磁铁，所述内磁铁与所述外磁铁之间具有间隔，所述支撑杆分别与所述膜片弹簧、壳体轴向滑动配合。

优选地，所述第一外圆的圆心与所述第二外圆的圆心在同一竖直线上，且所述所述第一外圆的直径与所述第二外圆的直径相等。

优选地，所述膜片弹簧通过第一端盖与所述壳体固连，所述支撑杆与所述第一端盖轴向滑动配合；所述壳体包括依次相固连的第二端盖、磁铁套筒、第三端盖和第四端盖，所述外磁铁固设于所述磁铁套筒的内壁上，所述第二端盖和所述第三端盖将所述外磁铁夹紧。

优选地，所述支撑杆包括依次螺纹连接的第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆，所述膜片弹簧上设置有两个中间孔，所述第二连接杆穿过两个所述中间孔和所述第一端盖，所述第三连接杆和所述第四连接杆位于所述壳体内部，所述内磁铁设置于所述第三连接杆上，所述第三连接杆和所述第四连接杆均呈阶梯状，所述第三连接杆和所述第四连接杆将所述内磁铁夹紧。

优选地，所述膜片弹簧在两个所述中间孔的周边均均匀设置有若干个安装孔，所述第一连接杆和所述第一端盖分别通过螺栓与所述膜片弹簧连接，所述螺栓安装与所述安装孔上。

优选地，所述第二连接杆分别与所述膜片弹簧、所述第一端盖轴向滑动配合。

优选地，所述第四连接杆与所述第三端盖轴向滑动配合。

优选地，所述第四端盖通过第五连接杆与所述第二万向铰链连接。

优选地，相邻的两个所述伸缩腿中，一个所述伸缩腿与分布于所述内圆圆周上的所述第一连接角连接，另一个所述伸缩腿与分布于所述第一外圆圆周上的所述第一连接角连接。

本发明新型Stewart减振器相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明新型Stewart减振器在x-y平面上以及绕Z轴的转矩受力能力强，减振效果好。本发明新型Stewart减振器使得相邻的两个支撑腿在空中交叉而不受干扰，从而使得顶板和底板在水平面上的相对位移范围变得更大，也使得减振器能承受更大的x-y平面上的力，以及更大的绕z轴的转矩。本发明新型Stewart减振器灵活性更高，工作空间更大，提高了机械手在水平方向上的力承载能力，以及在垂直方向上的转矩承载能力，使其各个方向的力更加平衡，整个减振平台可以通过设计不同大小的上顶板内外圆半径以及下底板半径来得到不同的工作空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明新型Stewart减振器一种视角的结构示意图；

图2为本发明新型Stewart减振器另一种视角的结构示意图；

图3为本发明新型Stewart减振器一种视角的结构示意图中伸缩腿的结构示意图；

图4为本发明新型Stewart减振器一种视角的结构示意图中膜片弹簧的结构示意图；

图5为施加单位力下膜片弹簧的静应力仿真图；

图6为伸缩腿含负刚度机构和不含负刚度机构的传递率曲线对比图；

其中，1-顶板，2-第一连接角，3-第一万向铰链，4-第一连接杆，5-膜片弹簧，501-中间孔，502-安装孔，6-负刚度机构，7-第二万向铰链，8-第二连接角，9-底板，10-螺栓，11-第二连接杆，12-第一端盖，13-第二端盖，14-第三连接杆，15-外磁铁，16-磁铁套筒，17-内磁铁，18-第四连接杆，19-第三端盖，20-第四端盖，21-第五连接杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新型Stewart减振器，以解决现有技术存在的问题，提高减振器的减振效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-4，其中，图1为本实施例新型Stewart减振器一种视角的结构示意图；图2为本实施例新型Stewart减振器另一种视角的结构示意图；图3为本实施例新型Stewart减振器一种视角的结构示意图中伸缩腿的结构示意图；图4为本实施例新型Stewart减振器一种视角的结构示意图中膜片弹簧的结构示意图；图5为施加单位力下膜片弹簧的静应力仿真图；图6为伸缩腿含负刚度机构和不含负刚度机构的传递率曲线对比图。

本实施例新型Stewart减振器包括顶板1、底板9和六个伸缩腿，顶板1的底面设置有六个第一连接角2，其中三个第一连接角2间隔120°均匀分布于第一外圆圆周上，另外三个第一连接角2间隔120°均匀分布于内圆圆周上，顶板1的顶面设置有六个第二连接角8，六个第二连接角8间隔60°分布于第二外圆圆周上，伸缩腿一端与第一连接角2连接、另一端与第二连接角8连接；伸缩腿、第一连接角2和第二连接角8一一对应，且相邻的两个伸缩腿中，一个伸缩腿与分布于内圆圆周上的第一连接角2连接，另一个伸缩腿与分布于第一外圆圆周上的第一连接角2连接；在本实施例中，第一外圆的圆心与第二外圆的圆心在同一竖直线上，第一外圆和内圆为同心圆，且第一外圆的直径与第二外圆的直径相等。

具体地，伸缩腿包括依次连接的第一万向铰链3、第一连接杆4、膜片弹簧5、负刚度机构6和第二万向铰链7，第一万向铰链3与第一连接角2连接，第二万向铰链7与第二连接角8连接。

其中，负刚度机构6包括一由依次相固连的第二端盖13、磁铁套筒16、第三端盖19和第四端盖20构成的壳体，磁铁套筒16的内壁上固设有外磁铁15，第二端盖13和第三端盖19将外磁铁15夹紧；膜片弹簧5通过第一端盖12与第二端盖13固连，第一连接杆4靠近膜片弹簧5的一端连接有支撑杆，支撑杆远离第一连接杆4的一端穿过膜片弹簧5和壳体伸入壳体内部，支撑杆上对应外磁铁15固设有与外磁铁15相斥的内磁铁17，内磁铁17与外磁铁15之间具有间隔，支撑杆分别与膜片弹簧5、第一端盖12及第二端盖13轴向滑动配合。

进一步地，在本实施例中支撑杆包括依次螺纹连接的第二连接杆11、第三连接杆14和第四连接杆18，膜片弹簧5上设置有两个中间孔501，第二连接杆11穿过两个中间孔501和第一端盖12，第二连接杆11分别与膜片弹簧5、第一端盖12轴向滑动配合；第三连接杆14和第四连接杆18均位于壳体内部，第三连接杆14和第四连接杆18均呈阶梯状，内磁铁17设置于第三连接杆14上，第三连接杆14和第四连接杆18将内磁铁17夹紧；第四端盖20通过第五连接杆21与第二万向铰链7连接。

进一步地，膜片弹簧5在两个中间孔501的周边均均匀设置有若干个安装孔502，第一连接杆4和第一端盖12分别通过螺栓10与膜片弹簧5连接，螺栓10安装与安装孔502上；第四连接杆18还与第三端盖19轴向滑动配合，以保证支撑杆整体只沿轴向滑动。

本实施例新型Stewart减振器在工作过程中，假设底板9固定、顶板1受到向下的力时，第一连接杆4压缩膜片弹簧5，使得膜片弹簧5产生变形，同时第一连接杆4带动第二连接杆11朝向第四端盖20运动，而第二连接杆11带动第三连接杆14运动，第三连接杆14带动内磁铁17及第四连接杆18运动，使得内磁铁17和外磁铁15产生相对位移，此时正负刚度同时起作用，从而使得伸缩腿能够减振。

图5所示为施加单位力下膜片弹簧5的静应力仿真图，图6所示为伸缩腿有无负刚度传递率曲线对比图，当隔振系统中只有膜片弹簧5时，其固有频率为53Hz，而加上负刚度机构6后，整个系统的刚度降低，根据公式当质量m不变时，系统的固有频率w随着刚度k的减小而减小；另外，实际中加入一个负刚度机构6也相应的增加了质量m，也能在一定程度上降低固有频率w。根据仿真的结果显示总的固有频率降低到24Hz，即能对更低频率的振源进行隔离，进一步扩大了隔振范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种新型Stewart减振器，其特征在于：包括顶板、底板和六个伸缩腿，所述顶板的底面设置有六个第一连接角，其中三个所述第一连接角均匀分布于第一外圆圆周上，另外三个所述第一连接角均匀分布于内圆圆周上，所述顶板的顶面设置有六个第二连接角，六个所述第二连接角分布于第二外圆圆周上；所述伸缩腿包括依次连接的第一万向铰链、第一连接杆、膜片弹簧、负刚度机构和第二万向铰链，所述第一万向铰链与所述第一连接角连接，所述第二万向铰链与所述第二连接角连接，所述伸缩腿、所述第一连接角和所述第二连接角一一对应；所述负刚度机构包括一壳体，所述壳体的内壁上固设有外磁铁，所述膜片弹簧与所述壳体固连，所述第一连接杆靠近所述膜片弹簧的一端连接有支撑杆，所述支撑杆远离所述第一连接杆的一端穿过所述膜片弹簧和所述壳体伸入所述壳体内部，所述支撑杆上对应所述外磁铁固设有与所述外磁铁相斥的内磁铁，所述内磁铁与所述外磁铁之间具有间隔，所述支撑杆分别与所述膜片弹簧、壳体轴向滑动配合。

2.根据权利要求1所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述第一外圆的圆心与所述第二外圆的圆心在同一竖直线上，且所述所述第一外圆的直径与所述第二外圆的直径相等。

3.根据权利要求1所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述膜片弹簧通过第一端盖与所述壳体固连，所述支撑杆与所述第一端盖轴向滑动配合；所述壳体包括依次相固连的第二端盖、磁铁套筒、第三端盖和第四端盖，所述外磁铁固设于所述磁铁套筒的内壁上，所述第二端盖和所述第三端盖将所述外磁铁夹紧。

4.根据权利要求3所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述支撑杆包括依次螺纹连接的第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆，所述膜片弹簧上设置有两个中间孔，所述第二连接杆穿过两个所述中间孔和所述第一端盖，所述第三连接杆和所述第四连接杆位于所述壳体内部，所述内磁铁设置于所述第三连接杆上，所述第三连接杆和所述第四连接杆均呈阶梯状，所述第三连接杆和所述第四连接杆将所述内磁铁夹紧。

5.根据权利要求4所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述膜片弹簧在两个所述中间孔的周边均均匀设置有若干个安装孔，所述第一连接杆和所述第一端盖分别通过螺栓与所述膜片弹簧连接，所述螺栓安装与所述安装孔上。

6.根据权利要求4所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述第二连接杆分别与所述膜片弹簧、所述第一端盖轴向滑动配合。

7.根据权利要求4所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述第四连接杆与所述第三端盖轴向滑动配合。

8.根据权利要求7所述的新型Stewart减振器，其特征在于：所述第四端盖通过第五连接杆与所述第二万向铰链连接。

9.根据权利要求7所述的新型Stewart减振器，其特征在于：相邻的两个所述伸缩腿中，一个所述伸缩腿与分布于所述内圆圆周上的所述第一连接角连接，另一个所述伸缩腿与分布于所述第一外圆圆周上的所述第一连接角连接。