CN110454544A - 一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台，涉及光电设备隔振缓冲技术领域。隔振平台由上面板、下面板、非线性刚度组件、辅助刚度组件和垂向导向组件组成；上面板的上表面与被隔振光电设备固连，下面板的下表面与移动运载平台固连；非线性刚度组件作为隔振平台的主承力部件，将垂向运动转化为水平运动并提供线性的回复力；辅助刚度组件起到对负载辅助支撑的作用，并用于增加隔振平台的承载能力；垂向导向组件用于约束上面板及隔振平台负载的运动；使非线性刚度隔振平台在具备较大承载能力的同时，具有非常低的动刚度，从而可大幅降低系统的固有频率，实现非常好的低频隔振效果；适用于大型光电设备的隔振缓冲应用。

Description

一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台

技术领域

本发明涉及光电设备隔振缓冲技术领域，具体地说，涉及一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台。

背景技术

现有装载在舰船、飞机、汽车等机动平台上的光电设备所承受的力学环境十分复杂，光电设备在这些干扰激励的作用下产生机械振动，造成光束抖振，对光电设备的光束控制、目标捕获跟踪以及目标测量精度带来非常不利的影响。

光电设备在实际使用时受到的振动干扰具有激励频带宽、振动幅值大的特点，传统的被动隔振手段无法解决弹簧的支撑刚度和承载能力之间的矛盾，因此其隔振系统的固有频率难以降低，从而难以对几赫兹至十几赫兹频带范围的低频振动激励进行有效地隔离。

基于正负刚度并联原理的非线性刚度隔振技术可以克服传统线性刚度隔振系统的不足，具备很好的低频隔振能力。但是这类隔振器存在诸多缺点:首先，其对装配精度要求较高，占用空间较大；其次，对载荷质量有严格要求，这类隔振器在使用时要求负载的实际载荷必须和隔振器的静平衡载荷相同，否则低频隔振效果会大幅降低；最后，对激励幅值有要求，振动激励幅值较低时，负刚度元件不易起到作用，隔振器难以发挥低频隔振效果。

基于正负刚度并联原理的非线性刚度隔振技术由于存在上述种种限制因素，导致其研究多停留在概念阶段，实际应用受限，难以在大型光电设备隔振领域应用。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括上面板、下面板、非线性刚度组件、辅助刚度组件和垂向导向组件，其特征在于所述上面板与所述下面板为两个结构相同的部件，面板外轮廓为正方形，内轮廓为圆形，面板上相应位置布设有通孔和螺孔，用于与其它部件配合和固连；上面板的上表面与被隔振光电设备固连；下面板上四条侧边的中间部位有长方凹槽，用于直线导轨的定位和固连，下面板的下表面与移动运载平台固连；四组非线性刚度组件沿下面板的四条侧边均布，通过L型板和直线导轨与下面板固连，上部通过上连接块与上面板固连；

所述非线性刚度组件包括L型板、主弹簧、直线导轨、滑块、滑块连接板、上连接块、杆端关节轴承、悬臂销和螺纹连杆；其中，所述直线导轨固连在下面板上四边中间部位；且分别与下面板四边平行安装，直线导轨上各有两个滑块，滑块上分别连接有滑块连接板，两L型板分别对称固连在下面板上表面，在同侧的L型板与滑块连接板的垂向侧壁之间有横向设置的主弹簧，上连接块位于该组件顶部中间部位，上连接块表面与上面板的底面固连，上连接块与同侧的滑块连接板之间通过倾斜布设的铰接连杆相连，且两根连杆分别交叉位于直线导轨的轴线两侧，连杆的下端铰接于滑块连接板的肋板上，连杆的上端铰接于上连接块的垂向侧壁上；滑块连接板的肋板上有第一螺孔，其轴线方向与直线导轨的轴线方向相垂直，上连接块的垂向侧壁上有第二螺孔，其轴线方向与直线导轨的轴线方向相垂直，第一螺孔、第二螺孔处用于安装悬臂销；

所述辅助刚度组件包括竖直弹簧、弹簧垫块，弹簧垫块与下面板固连位于开口法兰导向轴支座的内侧，竖直弹簧下端面与弹簧垫块固连，竖直弹簧上端面与上面板固连，四组竖直弹簧与弹簧垫块成对角分布；

所述垂向导向组件包括开口法兰导向轴支座、导向轴和法兰直线轴承，四组垂向导向组件均布于下面板的四角，可限制上面板的运动自由度，使上面板及隔振负载只作垂向运动。

铰接连杆包括二个杆端关节轴承、螺纹连杆和第二螺母，杆端关节轴承与螺纹连杆螺纹连接，并分别通过第二螺母锁紧固定，二个杆端关节轴承的铰链关节的轴线相互平行；各铰接连杆均等长。

有益效果

本发明提出的一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台，由上面板、下面板、非线性刚度组件、辅助刚度组件和垂向导向组件组成。上面板的上表面与被隔振光电设备固连；下面板的下表面与移动运载平台固连；非线性刚度组件作为隔振平台的主承力部件，将垂向运动转化为水平运动，并提供线性的回复力；辅助刚度组件起到对负载辅助支撑的作用，用于增加隔振平台的承载能力；垂向导向组件用于约束上面板及隔振平台负载的运动。使非线性刚度隔振平台在具备较大承载能力的同时，具有非常低的动刚度，从而可大幅降低系统的固有频率，实现非常好的低频隔振效果。适用于大型光电设备的隔振应用领域。

本发明用于光电设备的非线性刚度隔振平台，根据几何非线性原理，设计适用于光电设备的非线性刚度隔振平台，可以克服传统线性刚度隔振技术中支撑刚度和承载能力之间的矛盾。非线性刚度隔振平台具有承载能力大、刚度非线性、隔振频带低的特点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台作进一步详细说明。

图1为本发明用于光电设备的非线性刚度隔振平台轴测图。

图2为本发明用于光电设备的非线性刚度隔振平台结构示意图。

图3为本发明非线性刚度隔振平台内部分结构示意图。

图4为非线性刚度组件结构示意图。

图5为非线性刚度组件中倾斜连杆的连接关系示意图。

图6为倾斜连杆结构示意图。

图7为直线导轨滑块连接部位示意图。

图8为下面板结构示意图。

图9为本发明非线性刚度隔振平台的力—位移曲线图。

图中

1.上面板 2.下面板 3.L型板 4.主弹簧 5.直线导轨 6.滑块 7.滑块连接板 8.开口法兰导向轴支座 9.导向轴 10.法兰式直线轴承 11.竖直弹簧 12.竖直弹簧垫块 13.上连接块 14.杆端关节轴承 15.悬臂销 16.自锁螺母 17.螺纹连杆 18.第二螺母

2-1.导轨凹槽 7-1.第一螺孔 13-1.第二螺孔 14-1.轴承内圈

具体实施方式

本实施例是一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台。

参阅图1～图9，本实施例用于光电设备的非线性刚度隔振平台，由上面板1、下面板2、非线性刚度组件、辅助刚度组件和垂向导向组件组成；其中，上面板1为隔振平台的上连接板，上面板1外轮廓为正方形，内轮廓为圆形，板上相应位置布有通孔及螺孔，用于与其它部件配合和固连。上面板1的上表面与被隔振光电设备固定连接。下面板2为隔振平台的下连接板，下面板2外轮廓为正方形，内轮廓为圆形，面板上相应位置布有通孔及螺孔，用于与其它部件配合和固连。下面板2在其四侧边的中间位置处各布长方导轨凹槽2-1，用于直线导轨5的定位和固连。下面板2的下表面与移动运载平台固连。四组非线性刚度组件沿下面板2的四条侧边均布，通过L型板3和直线导轨5与下面板2固连，上部通过上连接块13与上面板1固连。

非线性刚度组件包括L型板3、主弹簧4、直线导轨5、滑块6、滑块连接板7、上连接块13、杆端关节轴承14、悬臂销15和螺纹连杆17；其中，直线导轨5紧贴下面板2的导轨凹槽2-1的长边侧壁，并通过螺栓固连在下面板2上四边中间部位；且分别与下面板2四边平行安装。直线导轨5上各有两个滑块6，滑块6上分别连接有滑块连接板7，两L型板3分别对称固连在下面板2上表面，在同侧的L型板3与滑块连接板7的垂向侧壁之间有横向设置的主弹簧4，主弹簧4处于压缩状态，每个非线性刚度组件中有两个相对于直线导轨5的中点对称布置的主弹簧4；上连接块13位于该组件顶部中间的部位，上连接块13表面与上面板1的底面固连，上连接块13与同侧的滑块连接板7之间通过倾斜布设的铰接连杆相连，且两根连杆分别交叉位于直线导轨5的轴线两侧，连杆的下端铰接于滑块连接板7的肋板上，连杆的上端铰接于上连接块13的垂向侧壁上。铰接连杆由两个杆端关节轴承14、一根螺纹连杆17和两个第二螺母18组成，杆端关节轴承14为内螺纹型，分别连接于螺纹连杆17的两端，并分别通过第二螺母18锁紧固定，两个杆端关节轴承14的铰链关节的轴线相互平行，所有铰接连杆均等长。滑块连接板7的肋板上有第一螺孔7-1，其轴线方向与直线导轨5的轴线方向相垂直，上连接块13的垂向侧壁上有第二螺孔13-1，其轴线方向与直线导轨5的轴线方向相垂直，第一螺孔、第二螺孔处用于安装悬臂销15。悬臂销15的较短一端有外螺纹，可将其拧入第一螺纹孔7-1和第二螺纹孔13-1中并固定，之后将组装好的铰接连杆的两端对准悬臂销15，并将其两端的杆端关节轴承14的轴承内圈14-1套入悬臂销15的另一端，并通过自锁螺母16锁紧固定，另一侧的铰接连杆安装方式相同。

本实施例中，辅助刚度组件包括竖直弹簧11、弹簧垫块12，弹簧垫块12与下面板2固连位于开口法兰导向轴支座8的内侧，竖直弹簧11下端面与弹簧垫块12固连，竖直弹簧11上端面与上面板1固连；四组竖直弹簧11与弹簧垫块12成对角分布；起到对负载辅助支撑的作用，用于增加隔振平台的承载能力。

垂向导向组件包括开口法兰导向轴支座8、导向轴9和法兰直线轴承10，四组垂向导向组件均布于下面板2的四个角，可限制上面板1的运动自由度，使上面板1及隔振负载只能垂向运动。其中，开口法兰导向轴支座8位于下面板2的四个直角处，在其方法兰的四角处通过螺钉与下面板2固连。导向轴9的一端竖直插入所述开口法兰导向轴支座8的开口中，并通过锁紧开口法兰导向轴支座8的开口而固定，两者轴线重合。法兰式直线轴承10为中间方法兰型，其一端插入所述上面板1四角位置处的通孔中，中间的法兰与上面板1的下侧面相接触，并通过螺钉将法兰式直线轴承10与上面板1固连，法兰式直线轴承10的内侧圆柱面内嵌有滚珠，将其插入导向轴9的上端，将两者轴线重合，法兰式直线轴承10的内侧圆柱面可与导向轴9的外表面配合，从而约束其运动自由度，只保留垂向平动自由度，可使上面板1及隔振平台负载只能沿导向轴9的轴线方向垂直运动。

本实施例中，通过铰链连杆和滑块导轨机构组成非线性刚度组件，该非线性刚度组件可将上连接块13的垂向运动转化为滑块连接板7的水平运动。由于滑块连接板7和L型板3之间安装有水平布置的主弹簧4；因此，当上连接块13在垂直方向产生向下的位移时，带动铰接连杆，使滑块连接板7产生沿导轨外侧的位移，从而挤压主弹簧4，使其产生水平方向的回复力；并通过铰接连杆传递，最终将水平方向的弹性回复力转化为作用在上连接块13上的垂直向上的回复力。通过非线性刚度组件，作用在上连接块13上的回复力就具备有非线性特性，上连接块13的回复力随其位移变化的曲线即呈现出类似于图9中曲线的特点，其斜率随位移的增加而不断减小。此非线性刚度特性具备线性刚度系统所不具备的优势，即可以在承载一定质量的前提下具备非常低的刚度，从而使隔振系统的固有频率非常低；根据光电设备的布局和需求，将四组非线性刚度组件并联；大大增加和调整隔振平台的承载能力，最终形成非线性刚度隔振平台。隔振平台整体的力-位移曲线如图9所示，其载荷范围为300～400Kg，有效隔振频率可低至3Hz。

Claims (2)

1.一种用于光电设备的非线性刚度隔振平台，包括上面板、下面板、非线性刚度组件、辅助刚度组件和垂向导向组件，其特征在于:所述上面板与所述下面板为两个结构相同的部件，面板外轮廓为正方形，内轮廓为圆形，面板上相应位置布设有通孔和螺孔，用于与其它部件配合和固连；上面板的上表面与被隔振光电设备固连；下面板上四条侧边的中间部位有长方凹槽，用于直线导轨的定位和固连，下面板的下表面与移动运载平台固连；四组非线性刚度组件沿下面板的四条侧边均布，通过L型板和直线导轨与下面板固连，上部通过上连接块与上面板固连；

所述非线性刚度组件包括L型板、主弹簧、直线导轨、滑块、滑块连接板、上连接块、杆端关节轴承、悬臂销和螺纹连杆；其中，所述直线导轨固连在下面板上四边中间部位；且分别与下面板四边平行安装，直线导轨上各有两个滑块，滑块上分别连接有滑块连接板，两L型板分别对称固连在下面板上表面，在同侧的L型板与滑块连接板的垂向侧壁之间有横向设置的主弹簧，上连接块位于该组件顶部中间部位，上连接块表面与上面板的底面固连，上连接块与同侧的滑块连接板之间通过倾斜布设的铰接连杆相连，且两根连杆分别交叉位于直线导轨的轴线两侧，连杆的下端铰接于滑块连接板的肋板上，连杆的上端铰接于上连接块的垂向侧壁上；滑块连接板的肋板上有第一螺孔，其轴线方向与直线导轨的轴线方向相垂直，上连接块的垂向侧壁上有第二螺孔，其轴线方向与直线导轨的轴线方向相垂直，第一螺孔、第二螺孔处用于安装悬臂销；

所述辅助刚度组件包括竖直弹簧、弹簧垫块，弹簧垫块与下面板固连位于开口法兰导向轴支座的内侧，竖直弹簧下端面与弹簧垫块固连，竖直弹簧上端面与上面板固连，四组竖直弹簧与弹簧垫块成对角分布；

所述垂向导向组件包括开口法兰导向轴支座、导向轴和法兰直线轴承，四组垂向导向组件均布于下面板的四角，可限制上面板的运动自由度，使上面板及隔振负载只作垂向运动。

2.根据权利要求1所述的用于光电设备的非线性刚度隔振平台，其特征在于:铰接连杆包括二个杆端关节轴承、螺纹连杆和第二螺母，杆端关节轴承与螺纹连杆螺纹连接，并分别通过第二螺母锁紧固定，二个杆端关节轴承的铰链关节的轴线相互平行；各铰接连杆均等长。