CN110296179A - 一种无角位移隔振平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隔振缓冲技术领域，特别涉及一种无角位移隔振平台。所述无角位移隔振平台包括下连接板，金属橡胶隔振器组件，抗扭转组件，上连接板，横向隔振组件。抗扭转部件由多组沿三个空间正交方向布置的导轨‑滑块组合而成，包围在上连接板的外侧。所述抗扭转部件可以约束三个扭转自由度，同时，所述金属橡胶隔振器组件和横向隔振组件可以实现水平和竖直三个方向的隔振，从而实现本隔振平台的无角位移三向隔振。
Description
技术领域
本发明涉及隔振缓冲技术领域，特别涉及一种无角位移隔振平台。
背景技术
为了提高光电仪器设备的测量、控制精度，增加其工作的可靠性，常需要在仪器设备与运载平台之间安装隔振减振器件。但是减振器件在实际复杂工况下的使用过程中，不可避免地会产生角位移。而角位移扰动对光电设备的危害要远远大于线位移扰动，从而极大地降低光电仪器的精度。
目前，主流的隔振器大多注重垂向振动的隔离，横向刚度不足，并联使用甚至会放大角位移的扰动。已经发明的无角位移隔振器的原理多为通过平行四边形机构实现，机构复杂，可靠性较低。且当被隔振设备质量较大时，平行四边形机构由于组成部件较薄弱，易产生弹性变形，从而很难抑制住被隔振设备的刚体扭转模态。
为此，需要使用能够有效抑制角位移的隔振器克服角位移扰动对光电设备带来的不利影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种无角位移隔振平台，其在三个平动自由度具有低刚度特性，在三个转动自由度具有高刚度特性。从而在三个平动方向实现低频隔振，在三个转动方向实现抑制扭转。
本发明的技术方案是：一种无角位移隔振平台，包括下连接板、金属橡胶隔振器组件、抗扭转组件、上连接板和横向隔振组件；所述下连接板一面与外部移动运载平台固连，另一面承托其它部件；其中下连接板和上连接板中心处均设有通孔；横向隔振组件为若干个，沿下连接板通孔轴线均布在下连接板板面周边处，金属橡胶隔振器组件为若干个，沿下连接板通孔轴线均布在下连接板通孔和板面之间；抗扭转组件位于下连接板上，位于金属橡胶隔振器组件和横向隔振组件之间；上连接板位于若干金属橡胶隔振器组件上，且上连接板通孔轴线与下连接板通孔轴线重合。
本发明的进一步技术方案是：所述抗扭转组件分为四组，四组抗扭转组件通过H型连接件与上连接板固连；每一组为双层结构，其中第一层结构包括三个相同的第一水平滑块和三个相同的第一水平导轨，且第一水平滑块分别位于对应的第一水平导轨上，三个第一水平滑块的轴线相互平行，三个第一水平导轨通过螺钉与下连接板固连；三组滑块导轨结构并列布置；第二层结构包括两个第二水平滑块和一个第二水平导轨，且两个第二水平滑块串联布置在第二水平导轨上；第一层结构和第二层结构之间通过第一连接板连接，第二层结构和竖直滑块之间通过第二连接板连接，竖直导轨和H型连接件相固连。
本发明的进一步技术方案是：所述第一连接板近似呈长方形，位于三个第一水平滑块的上方和第二水平导轨的下方；其上布有十二个阶梯型通孔和三个螺纹通孔，其中，十二个阶梯型通孔用于埋放内六角螺钉并与下方的三个第一水平滑块固连，三个螺纹通孔用于和上方的第二水平导轨固连；所述第一连接板长边一侧中间部分加厚，并有横向的螺纹盲孔，用于与橡胶减振垫一端固连。
本发明的进一步技术方案是：所述第二连接板呈不规则形状，其上布有四个垂向通孔和四个横向通孔；所述第二连接板布置于第二水平滑块上侧，通过穿过四个垂向通孔的螺钉与所述第二水平滑块固连；并通过穿过四个横向通孔的螺钉与所述竖直滑块固连。
本发明的进一步技术方案是：所述H型连接件，底部较厚，侧壁较薄，在中间形成较大面积凹槽，底部上表面沿纵向布有四个通孔，每个侧壁上横向布置两个螺纹孔；装配时，所述上连接板四角位置的凸出部分插入所述H型连接件的U型凹槽内，并通过凹槽底部的四个通孔用螺钉固连；所述H型连接件的两侧壁的外侧表面处各与一根竖直导轨通过侧壁上的螺纹孔相固连，所述H型连接件的轴线与竖直导轨轴线平行。
本发明的进一步技术方案是：所述上连接板内为圆形，外近似为方形，四角位置处突出并开有通孔，用于嵌入H型连接件的U型凹槽，并通过螺钉与之固连；围绕其内圈空心圆均布有三个沉头通孔和九个螺纹孔；其中，所述三个沉头通孔与所述高阻尼金属橡胶隔振器顶部固连，所述九个螺纹孔与被隔振设备固连。
本发明的进一步技术方案是：所述横向隔振组件有四组，每组包括L型挡块和橡胶减振垫；L型挡块底部与下连接板固连，侧壁与橡胶减振垫一端固连，橡胶减振垫的另一端与第一层连接板壁固连；四组横向隔振组件可以为隔振平台提供水平方向的隔振能力。
本发明的进一步技术方案是：所述橡胶减振垫整体为柱状体，外壁为二阶状，小径端上开有外螺纹，大径端沿轴线开有内螺纹盲孔，其中橡胶减振垫大径端与L型挡块侧壁通过螺钉固连，小径端与第一连接板固连。
本发明的进一步技术方案是：所述金属橡胶隔振器组件包括高阻尼金属橡胶隔振器和金属橡胶隔振器底座；金属橡胶隔振器底座一面固连在下连接板上，高阻尼金属橡胶隔振器一端与金属橡胶隔振器底座固连，另一面与上连接板固连。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明采用了高阻尼金属橡胶隔振器和三向滑轨装置并联的方法。其中，高阻尼金属橡胶隔振器用于隔离垂向的冲击和振动，三向滑轨装置用于解除线振动和角振动之间的耦合作用，可有效抑制角振动。另外，横向隔振组件可单独抑制横向的冲击和振动。所述隔振平台在三个平动自由度具有低刚度特性，在三个转动自由度具有高刚度特性。从而，所述隔振平台在实现三个平动方向隔振的同时，可有效抑制绕三轴的扭转振动。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是无角位移隔振平台移除上连接板后的结构示意图。
图3是下连接板示意图。
图4是金属橡胶隔振器组件爆炸图。
图5是上连接板示意图。
图6是抗扭转部件整体结构示意图。
图7是抗扭转部件局部结构示意图。
图8是横向隔振组件爆炸图。
图9是抗扭转部件组装示意图。
图10是第一连接板示意图。
图11是第二连接板示意图。
图12是H型连接件示意图。
图13是上连接板组装示意图。
图14是第一滑块和第一滑轨组装示意图。
图15是第二滑块和第二滑轨组装示意图。
图16是竖直滑块示意图。
附图标记说明：1—下连接板；2—金属橡胶隔振器底座；3—高阻尼金属橡胶隔振器；4—上连接板；5—第一水平导轨；6—第一水平滑块；7—第一连接板；8—第二水平导轨；9—第二水平滑块；10—第二连接板；11—竖直滑块；12—竖直导轨；13—H型连接件；14—L型挡块；15—橡胶减振垫；
1-1下连接板第一螺纹孔组；1-2下连接板第一通孔；1-3下连接板第二螺纹孔组；1-4下连接板第三螺纹孔组；2-1金属橡胶隔振器底座螺纹孔；2-2金属橡胶隔振器底座沉头通孔；3-1底座连接孔；3-2顶部螺纹孔；4-1上连接板沉头通孔；4-2上连接板螺纹孔；4-3上连接板第二通孔；7-1螺纹盲孔；13-1H型连接件通孔；14-1侧壁沉孔；14-2底部第二通孔；15-1外螺纹柱
具体实施方式
参见附图，下面通过具体实施方式结合附图对本技术方案做进一步详细说明。
一种无角位移隔振平台，包括下连接板1，金属橡胶隔振器组件，抗扭转组件，上连接板4，横向隔振组件,所述下连接板1作为隔振平台的底板，呈内圆外方形，向下与移动运载平台固连，向上承托所述隔振平台其它组件。所述金属橡胶隔振器组件由高阻尼金属橡胶隔振器3及金属橡胶隔振器底座2组成，分为三组，周向均布于下连接板1。所述金属橡胶隔振器底座2固连下连接板1和高阻尼金属橡胶隔振器3。所述高阻尼金属橡胶隔振器3与上连接板4固连。所述上连接板4内为圆形，外近似为方形，周向相应位置布有螺纹通孔用于与被隔振设备连接，四角相应位置有通孔，用于与所述抗扭转组件固连。
所述无角位移隔振平台通过导轨-滑块组件具有消除空间三个扭转自由度角振动的功能，实现无角位移隔振。所述抗扭转部件总共采用四组导轨-滑块组件并联而成，所述四组导轨-滑块组件沿周向均布于隔振平台下连接板1。其中，每个导轨-滑块组件由两组水平导轨-滑块和一组垂直导轨-滑块构成。所述两组水平导轨-滑块分为两层。其中，第一层由三对平行并列布置的第一水平导轨5、第一水平滑块6组成，第二层由一条第二水平导轨8和两组串列布置的第二水平滑块9组成。两层导轨-滑块通过第一连接板7正交叠加安装。第二连接板10与第二水平滑块9固连，在第二连接板10两侧，安装有两对竖直导轨12、竖直滑块11。其中，竖直滑块11通过第二连接板10与第二水平滑块9固连，竖直导轨12通过H型连接件13与上连接板4固连，从而使上连接板4能够在垂向和水平方向平移运动，而不能转动。
所述无角位移隔振平台可以消除不同方向振动的耦合作用，具备水平方向和垂直方向同时隔振的功能。垂直方向的隔振通过所述高阻尼金属橡胶隔振器3实现，水平方向的隔振通过横向隔振组件实现。所述横向隔振组件有四组，每组由一个L型挡块14和一个橡胶减振垫15组成。其中，L型挡块14底部与下连接板1固连，其侧壁与橡胶减振垫15固连，橡胶减振垫15的另一端通过第一连接板7与第一水平滑块6固连。
本发明的应用对象为光电平台。
如图1所示，本发明的一种无角位移隔振平台，包括下连接板1，金属橡胶隔振器组件，抗扭转组件，上连接板4，横向隔振组件。
如图3所示，所述下连接板1是隔振平台的底板，呈内圆外方的环形，板上相应位置开有通孔及螺纹孔，所有孔均沿圆周均布。具体地，所述下连接板1沿内圈均布有九个下连接板第一通孔1-2，用于向下与运载平台固连。所述下连接板1沿内圈均布有三个下连接板第一螺纹孔组1-1，每个下连接板第一螺纹孔组1-1由四个螺纹孔构成，用于与金属橡胶隔振器组件固连。同理，所述下连接板1四角处分别布有一组下连接板第二螺纹孔组1-3和一组下连接板第三螺纹孔组1-4，其中，每组下连接板第二螺纹孔组1-3由六个螺纹孔构成，用于和抗扭转组件中的第一水平导轨5固连，每组下连接板第三螺纹孔组1-4由两个螺纹孔构成，用于和横向隔振组件中的L型挡块14固连。
如图4所示，所述金属橡胶隔振器组件由高阻尼金属橡胶隔振器3和金属橡胶隔振器底座2组成，分为三组，周向均布于下连接板1。所述金属橡胶隔振器底座2上垂向布有四个金属橡胶隔振器底座沉头通孔2-2和四个金属橡胶隔振器底座螺纹孔2-1，金属橡胶隔振器底座沉头通孔2-2通过螺栓在所述下连接板1的下连接板第一螺纹孔组1-1处与下连接板1固连。所述高阻尼金属橡胶隔振器3的底部四角各布有一个底座连接孔3-1，顶部中心布有一个顶部螺纹孔3-2，底部四个底座连接孔3-1通过螺栓与所述金属橡胶隔振器底座2的金属橡胶隔振器底座螺纹孔2-1固连，顶部通过顶部螺纹孔3-2与所述上连接板4固连。
如图5所示，所述上连接板4内为圆形，外近似为方形。所述上连接板4四角相应位置有上连接板第二通孔4-3，用于与所述抗扭转组件固连。另外，所述上连接板4围绕其内圈空心圆均布三个上连接板沉头通孔4-1和九个上连接板螺纹孔4-2。其中，所述上连接板沉头通孔4-1与所述高阻尼金属橡胶隔振器3的顶部螺纹孔3-2固连，所述上连接板螺纹孔4-2与被隔振设备固连。
如图6、图7所示，所述抗扭转部件有四组，共同包围在所述上连接板4的外侧，下方通过第一水平导轨5固定在所述下连接板1上，上方通过H型连接件13与所述上连接板4固连。所述抗扭转部件主要由导轨和滑块组成，按功能分为三部分；第一部分由三组第一水平导轨5、第一水平滑块6并联组成，三个第一水平导轨5通过螺栓与所述下连接板1在下连接板第二螺纹孔组1-3处固连，第一水平滑块6通过螺钉与第一连接板7固连，从而，三个第一滑块6可相对于第一导轨5沿其轴向同步平移运动。第二部分为第二水平导轨8、第二水平滑块9，且两个第二水平滑块9串联布置在第二水平导轨8上，第二水平导轨8底部与第一连接板7固连，第二水平滑块9上表面与第二连接板10固连。由于两层导轨滑块正交布置，可以使所述第二连接板10在水平面内任意方向平移。第三部分为竖直导轨12、竖直滑块11和H型连接件13。其中，所述竖直滑块11与所述第二连接板10的竖直侧面通过螺栓固连，所述竖直导轨12与H型连接件13的侧壁固连，所述H型连接件13的U型槽插入所述上连接板4四角位置的凸出部分，H型连接件通孔13-1可与上连接板第二通孔4-3轴线重合并通过螺栓固连。从而，四组抗扭转部件可以形成一个整体，包围在上连接板4外侧。
如图2、图8所示，所述横向隔振组件有四组，分别布置于下连接板1的四角，每组横向隔振组件由L型挡块14和橡胶减振垫15组成。其中，L型挡块14通过底部第二通孔14-2与所述下连接板1在下连接板第三螺纹孔组1-4处通过螺钉固连，L型挡块14在侧壁沉孔14-1处通过螺栓与橡胶减振垫15固连。所述橡胶减振垫15底部有内螺纹孔，顶部突出有外螺纹柱15-1，所述外螺纹柱15-1与第一连接板7侧壁上的螺纹盲孔7-1固连。
组装本无角位移隔振平台时，分如下步骤依次进行：第一步，将三组金属橡胶隔振器组件安装于下连接板1上；第二步，将上连接板4安装于高阻尼金属橡胶隔振器3上方；第三步，将四组第一水平导轨5、第一水平滑块6安装于下连接板1上；第四步，将四个第一连接板7分别固连于四组第一水平滑块6上；第五步，将四组第二水平导轨8、第二水平滑块9分别固连于四个第一连接板7上；第六步，将竖直导轨12、竖直滑块11固连在对应的H型连接件13的侧壁，共四组；第七步，将第二连接板10连接在对应的竖直滑块11上，共四组，每组连接完成后如图9所示；第八步，将第七步连接好的组件水平推入上连接板4四角凸出的位置，并用螺栓将相应接口固定，共四组；第九步，将四组横向隔振组件安装在所述下连接板1的相应位置上。
下面，简要叙述本发明的作用原理：
首先定义坐标系，如图1所示，定义固连在上连接板4上的直角坐标系OXYZ，坐标原点O位于上连接板4中心位置，上连接板4所在平面为XOY平面，Z轴通过坐标原点O并垂直于XOY平面向上。上连接板4在一般情况下可以相对于下连接板1作六自由度运动，即沿X，Y，Z方向的平动和绕X，Y，Z方向的转动，这六个方向的运动是同时发生并且耦合在一起的。
本发明的原理是通过三个方向的导轨滑块装置将上连接板4的六自由度运动解耦，使上连接板4及被隔振负载相对下连接板1只能作平移运动不能作旋转运动，从而在实现无角位移运动的同时可隔离X，Y，Z三个平动方向的振动。
如图6所示，四组抗扭转组件通过H型连接件13彼此相连并围成一圈，由于每一组抗扭转组件都是由与X轴或Y轴平行的第一水平导轨5、第一水平滑块6、第二水平导轨8、第二水平滑块9沿Z方向叠加构成，所以每一组抗扭转组件中的第二连接板10均只能相对下连接板1沿着XOY平面中任意方向平移运动，而不能转动；当通过四组竖直导轨12、竖直滑块11和四组H型连接件13将上述四组抗扭转组件彼此相连为一个整体时，即构成了如图6所示的结构；此时，四个H型连接件13可以相对下连接板1在XOY平面内沿任意方向同步地进行平动，在Z方向上可以各自单独地进行平动，而不能发生转动；又由于上连接板4和上述四个H型连接件13以及四个竖直导轨12固连(如图13所示)，故所述上连接板4只能沿X，Y，Z轴方向平动，而不能绕X，Y，Z轴方向转动。
本发明通过多组滑块和导轨的串并联组合，使得扭转刚度非常大。又通过金属橡胶隔振器组件和横向隔振组件的布置，使其平动刚度非常低，以实现X，Y，Z三个平动方向的隔振。
具体地，当上连接板4在水平方向平动时，所述上连接板4通过H型连接件13带动第二连接板10共同平动，第二连接板10的水平运动被正交布置的第一水平导轨5、第一水平滑块6以及第二水平导轨8、第二水平滑块9分解为各层滑块沿其滑轨的单方向线运动，此方向振动可被橡胶减振垫15隔离；当上连接板4在垂直方向运动时，所述上连接板4通过H型连接件13带动与之相连的竖直导轨12共同相对竖直滑块11竖直运动，此方向振动可被高阻尼金属橡胶隔振器3隔离；当上连接板4相对下连接板1绕X轴和Y轴摇摆运动时，所述上连接板4通过H型连接件13带动与之相连的竖直导轨12共同摇摆运动，由于竖直导轨12、竖直滑块11之间只能相对沿Z轴进行线运动，所以此运动可被竖直滑块11抑制，扭矩通过抗扭转组件从上到下依次传递至下连接板1；当上连接板4相对下连接板1绕Z轴发生扭转运动时，所述上连接板4通过H型连接件13带动与之相连的竖直导轨12、竖直滑块11共同扭转运动，由于第二水平导轨8、第二水平滑块9之间只能相对进行线运动，故扭转运动被第二层水平导轨9抑制，扭矩同样传递至下连接板1。
本发明通过结构的优化设计，使本隔振平台在有限的空间内具有很大的抗扭刚度，提高扭转方向刚体固有频率，能有效抑制角位移的产生。
Claims (9)
1.一种无角位移隔振平台，其特征在于，包括下连接板(1)、金属橡胶隔振器组件、抗扭转组件、上连接板(4)和横向隔振组件；所述下连接板(1)一面与外部移动运载平台固连，另一面承托其它部件；其中下连接板(1)和上连接板(4)中心处均设有通孔；横向隔振组件为若干个，沿下连接板(1)通孔轴线均布在下连接板(1)板面周边处，金属橡胶隔振器组件为若干个，沿下连接板(1)通孔轴线均布在下连接板(1)通孔和板面之间；抗扭转组件位于下连接板(1)上，位于金属橡胶隔振器组件和横向隔振组件之间；上连接板(4)位于若干金属橡胶隔振器组件上，且上连接板(4)通孔轴线与下连接板(1)通孔轴线重合。
2.如权利要求所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述抗扭转组件分为四组，四组抗扭转组件通过H型连接件(13)与上连接板(4)固连；每一组为双层结构，其中第一层结构包括三个相同的第一水平滑块(5)和三个相同的第一水平导轨(6)，且第一水平滑块(5)分别位于对应的第一水平导轨(6)上，三个第一水平滑块(5)的轴线相互平行，三个第一水平导轨(6)通过螺钉与下连接板(1)固连；三组滑块导轨结构并列布置；第二层结构包括两个第二水平滑块(9)和一个第二水平导轨(8)，且两个第二水平滑块(9)串联布置在第二水平导轨(8)上；第一层结构和第二层结构之间通过第一连接板(7)连接，第二层结构和竖直滑块(11)之间通过第二连接板(10)连接，竖直导轨(12)和H型连接件(13)相固连。
3.如权利要求2所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述第一连接板(7)近似呈长方形，位于三个第一水平滑块(5)的上方和第二水平导轨(8)的下方；其上布有十二个阶梯型通孔和三个螺纹通孔，其中，十二个阶梯型通孔用于埋放内六角螺钉并与下方的三个第一水平滑块(5)固连，三个螺纹通孔用于和上方的第二水平导轨(8)固连；所述第一连接板(7)长边一侧中间部分加厚，并有横向的螺纹盲孔，用于与橡胶减振垫(15)一端固连。
4.如权利要求2所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述第二连接板(10)呈不规则形状，其上布有四个垂向通孔和四个横向通孔；所述第二连接板(10)布置于第二水平滑块(9)上侧，通过穿过四个垂向通孔的螺钉与所述第二水平滑块(9)固连；并通过穿过四个横向通孔的螺钉与所述竖直滑块(11)固连。
5.如权利要求2所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述H型连接件(13)，底部较厚，侧壁较薄，在中间形成较大面积凹槽，底部上表面沿纵向布有四个通孔，每个侧壁上横向布置两个螺纹孔；装配时，所述上连接板(4)四角位置的凸出部分插入所述H型连接件(13)的U型凹槽内，并通过凹槽底部的四个通孔用螺钉固连；所述H型连接件(13)的两侧壁的外侧表面处各与一根竖直导轨(12)通过侧壁上的螺纹孔相固连，所述H型连接件(13)的轴线与竖直导轨(12)轴线平行。
6.如权利要求1所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述上连接板(4)内为圆形，外近似为方形，四角位置处突出并开有通孔，用于嵌入H型连接件(13)的U型凹槽，并通过螺钉与之固连；围绕其内圈空心圆均布有三个沉头通孔和九个螺纹孔；其中，所述三个沉头通孔与所述高阻尼金属橡胶隔振器(3)顶部固连，所述九个螺纹孔与被隔振设备固连。
7.如权利要求1所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述横向隔振组件有四组，每组包括L型挡块(14)和橡胶减振垫(15)；L型挡块(14)底部与下连接板固连，侧壁与橡胶减振垫(15)一端固连，橡胶减振垫(15)的另一端与第一层连接板(7)侧壁固连；四组横向隔振组件可以为隔振平台提供水平方向的隔振能力。
8.如权利要求3所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述橡胶减振垫(15)整体为柱状体，外壁为二阶状，小径端上开有外螺纹，大径端沿轴线开有内螺纹盲孔，其中橡胶减振垫(15)大径端与L型挡块(14)侧壁通过螺钉固连，小径端与第一连接板(7)固连。
9.如权利要求1所述的一种无角位移隔振平台，其特征在于，所述金属橡胶隔振器组件包括高阻尼金属橡胶隔振器(3)和金属橡胶隔振器底座(2)；金属橡胶隔振器底座(2)一面固连在下连接板(1)上，高阻尼金属橡胶隔振器(3)一端与金属橡胶隔振器底座(2)固连，另一面与上连接板(4)固连。
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