CN111396499A - 一种具有主动控制的三维隔振台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有主动控制的三维隔振台，包括压电陶瓷组件、万向球轴承、拉簧、底座、中间芯板、磁致伸缩驱动器、竖向支撑板及顶座；所述竖向支撑板与底座相连，所述中间芯板位于竖向支撑板内，所述中间芯板底部采用万向球轴承支撑，中间芯板可在水平面内自由运动，所述万向球轴承位于底座上，所述顶座位于中间芯板的上方，所述顶座与中间芯板之间连接有磁致伸缩驱动器，所述竖向支撑板与中间芯板的侧面之间连接有拉簧与压电陶瓷组件；在受到外界激励时，中间芯板可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。与现有技术相比，本发明隔振台呈箱型，简洁美观，具有主动控制的三维隔振功能。
Description
技术领域
本发明属于减隔振技术领域，尤其是涉及一种具有主动控制的三维隔振台。
背景技术
工业设备运行时产生的振动会带来诸多不利因素，不仅影响到设备的正常运行，降低其工作可靠性，同时会影响其运行的精度，加速机械零件的磨损与失效，另外产生的噪声会影响人体健康等。随着工业技术的发展，机械设备运行可靠性、工作精度以及稳定性的要求乃至工作舒适性的要求日益提高，并且由于振动是噪声的源头，因此关于设备运行时对其振动的控制的重要性日益凸显。工程上控制振动所采用的方法主要有两种，从振源方面进行控制，这是解决问题的最根本的办法，在装备设计阶段，通过合理优化结构等，降低装备在工作过程中产生的振动。另外，从振动传递路径方面进行控制，这是进行减振降噪的主要方法，通常是在动力设备与基础之间布置隔振、阻振或吸振设备来降低振动的传递。
在减振降噪的各种途径中，应用最为广泛并且卓有成效的措施就是隔振，按照控制方式的不同，隔振可分为主动隔振和被动隔振。主动控制通过在隔振系统中布置振动传感器采集设备的振动情况并将其反馈到控制系统中，经控制程序判断发出指令，由作动器产生振动对原有振动进行以动制动，整个控制过程是一个闭环控制系统。被动隔振是将机械设备与基础通过隔振元件相连接，利用隔振元件的弹性阻尼特性对系统中的振动进行隔离和吸收耗散，从而降低系统中振动能量的传递。
主动控制整个控制过程是一个闭环控制系统，可以通过外界信号反馈达到时时对应的隔振控制，在实际工程中，主动隔振具有更高的振动控制效果，可以更加精确的实时反馈抑振。目前，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主动隔振平台。为适应结构及机械工程中对主动控制减隔振平台的需求，因此，开发一种具有主动控制的隔振台非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有主动控制的三维隔振台，以满足结构及机械工程中对主动控制减隔振平台的需求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种具有主动控制的三维隔振台，包括压电陶瓷组件、万向球轴承、拉簧、底座、中间芯板、磁致伸缩驱动器、竖向支撑板及顶座；所述竖向支撑板与底座相连，所述中间芯板位于竖向支撑板内，所述中间芯板底部采用万向球轴承支撑，中间芯板可在水平面内自由运动，所述万向球轴承位于底座上，所述顶座位于中间芯板的上方，所述顶座与中间芯板之间连接有磁致伸缩驱动器，所述竖向支撑板与中间芯板的侧面之间连接有拉簧与压电陶瓷组件；在受到外界激励时，中间芯板可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。
在本发明的一个实施方式中，所述中间芯板下表面包覆有镜面不锈钢，采用均布的万向球轴承对其进行支撑，中间芯板可在水平面内自由运动，同时还起到减小摩擦力的作用。
在本发明的一个实施方式中，所述竖向支撑板与底座固连为一体，竖向支撑板可起到反力作用，达到自平衡的效果。
本申请中，压电陶瓷组件，也可称之为压电陶瓷驱动器，是现有技术，采用现有技术手段即可实现。
本申请中，磁致伸缩驱动器是现有技术，采用现有技术手段即可实现。
压电陶瓷组件与磁致伸缩驱动器这两种驱动器都是采用智能材料(压电陶瓷或磁致伸缩棒)来实现位移的精确控制。工作原理是此智能材料可以通过改变外界激励电场或激励磁场来实现其相应的伸长或缩短。
本申请中，采用压电陶瓷组件与磁致伸缩驱动器来充当本发明装置的工作部件，采用压电陶瓷组件与磁致伸缩驱动器也可采用其他类型驱动器或直线电机等实现位移控制。
在本发明的一个实施方式中，所述压电陶瓷组件与拉簧、竖向支撑板及中间芯板组成四连杆机构，具体而言，压电陶瓷组件和拉簧的两端连接点分别与竖向支撑板和中间芯板固定，从而四个连接点组成一个四边形，由于拉簧受力时可以产生相应的拉压变形，而压电陶瓷组件可实现伸长或缩短，从而此四边形即成为可运动的四连杆机构，在拉簧和压电陶瓷组件的控制伸缩运动中具有位移放大效应。
在本发明的一个实施方式中，所述竖向支撑板与中间芯板的侧面之间还连接有第一位移传感器。
所述拉簧、压电陶瓷组件及第一位移传感器分别与中间芯板外侧面和竖向支撑板内侧面相连，可使中间芯板主动适应水平面任一方向的运动控制。
在本发明的一个实施方式中，所述压电陶瓷组件和第一位移传感器形成一个闭环控制，可实现隔振台水平方向的时时监测控制。此处闭环控制是现有技术，可以通过位移传感器识别外界振动的位移信号，转化为电信号，从而产生相应大小的电流强度来时时调节压电陶瓷组件的伸缩位移，达到位移可控的效果。
在本发明的一个实施方式中，压电陶瓷组件和位移传感器可以采用通电导线连接，可理解为一个简单的电流控制回路。
在本发明的一个实施方式中，所述磁致伸缩驱动器在中间芯板上均布设置，磁致伸缩驱动器可对竖向的振动进行主动控制。
在本发明的一个实施方式中，所述顶座与中间芯板之间还连接有第二位移传感器。所述第二位移传感器和均布的磁致伸缩驱动器分别与中间芯板上部和顶座下部固连。
在本发明的一个实施方式中，所述磁致伸缩驱动器和第二位移传感器形成一个闭环控制，可实现隔振台竖直方向的时时监测控制。此处闭环控制是现有技术，可以通过位移传感器识别外界振动的位移信号，转化为电信号，从而产生相应大小的电流强度及磁场强度，来时时调节磁致伸缩驱动器的伸缩位移，达到位移可控的效果。
所述第一位移传感器与第二位移传感器均采用应变计传感器。
本发明所述隔振台整体呈箱型，简洁美观。
本发明隔振台内置高性能压电陶瓷组件和高精度磁致伸缩驱动器，可实现开环闭环的自动选择控制。本发明采用固态铰链平行四边形设计原理，平行运动无机械间隙，该结构原理使其具有非常高的分辨率，运动直线性好，同时其自带的应变计传感器可消除压电陶瓷的迟滞与蠕变特性，适用于动态控制。
本发明具有主动控制的三维隔振台具有结构紧凑、简洁美观、主动可控和三维隔振等优点。
本发明的具有主动控制的三维隔振台，采用拉簧和压电陶瓷组件及位移传感器组合，可实现减振台平面方向振动的主动控制，同时在拉簧和压电陶瓷组件的控制伸缩运动中具有位移放大效应；采用磁致伸缩驱动器和位移传感器组合，可实现减振台竖直方向振动的主动控制；本发明隔振台呈箱型，构造紧凑、简洁美观，在受到外界激励时，中间芯板可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一、本发明的具有主动控制的三维隔振台，采用拉簧和压电陶瓷组件及位移传感器组合，可实现减振台平面方向振动的主动精确控制。
第二、本发明的具有主动控制的三维隔振台，压电陶瓷组件与拉簧、竖向支撑板及中间芯板组成四连杆机构，在拉簧和压电陶瓷组件的控制伸缩运动中具有位移放大效应。
第三、本发明的具有主动控制的三维隔振台，采用磁致伸缩驱动器和位移传感器组合，可实现减振台竖直方向振动的主动精确控制。
第四、本发明的具有主动控制的三维隔振台，采用万向球轴承均匀分布于中间芯板的镜面不锈钢下承重，不仅能使中间芯板具有平面方向自适应的效果而且能减小摩擦力。
附图说明
图1为实施例1中具有主动控制的三维隔振台分解结构示意图。
图中标号：1、压电陶瓷组件，2、万向球轴承，3、拉簧，4、第一位移传感器，5、底座，6、中间芯板，7、第二位移传感器，8、磁致伸缩驱动器，9、竖向支撑板，10、顶座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1，一种具有主动控制的三维隔振台，包括压电陶瓷组件1、万向球轴承2、拉簧3、底座5、中间芯板6、磁致伸缩驱动器8、竖向支撑板9及顶座10；所述竖向支撑板9与底座5相连，所述中间芯板6位于竖向支撑板9内，所述中间芯板6底部采用万向球轴承2支撑，中间芯板6可在水平面内自由运动，所述万向球轴承2位于底座5上，所述顶座10位于中间芯板6的上方，所述顶座10与中间芯板6之间连接有磁致伸缩驱动器8，所述竖向支撑板9与中间芯板6的侧面之间连接有拉簧3与压电陶瓷组件1；在受到外界激励时，中间芯板6可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。
本实施例中，所述中间芯板6下表面包覆有镜面不锈钢，采用均布的万向球轴承2对其进行支撑，中间芯板6可在水平面内自由运动，同时还起到减小摩擦力的作用。
本实施例中，所述竖向支撑板9与底座5固连为一体，竖向支撑板9可起到反力作用，达到自平衡的效果。
本实施例中，所述压电陶瓷组件1与拉簧3、竖向支撑板9及中间芯板6组成四连杆机构，在拉簧3和压电陶瓷组件1的控制伸缩运动中具有位移放大效应。
本实施例中，所述竖向支撑板9与中间芯板6的侧面之间还连接有第一位移传感器4。所述拉簧3、压电陶瓷组件1及第一位移传感器4分别与中间芯板6外侧面和竖向支撑板9内侧面相连，可使中间芯板6主动适应水平面任一方向的运动控制。所述压电陶瓷组件1和第一位移传感器4形成一个闭环控制，可实现隔振台水平方向的时时监测控制。
本实施例中，所述磁致伸缩驱动器8在中间芯板6上均布设置，磁致伸缩驱动器8可对竖向的振动进行主动控制。
本实施例中，所述顶座10与中间芯板6之间还连接有第二位移传感器7。所述第二位移传感器7和均布的磁致伸缩驱动器8分别与中间芯板6上部和顶座10下部固连。所述磁致伸缩驱动器8和第二位移传感器7形成一个闭环控制，可实现隔振台竖直方向的时时监测控制。
本实施例中，所述第一位移传感器4与第二位移传感器7均采用应变计传感器。
本实施例所述隔振台整体呈箱型，简洁美观。
本实施例隔振台内置高性能压电陶瓷组件和高精度磁致伸缩驱动器，可实现开环闭环的自动选择控制。本发明采用固态铰链平行四边形设计原理，平行运动无机械间隙，该结构原理使其具有非常高的分辨率，运动直线性好，同时其自带的应变计传感器可消除压电陶瓷的迟滞与蠕变特性，适用于动态控制。
本实施例具有主动控制的三维隔振台，采用拉簧和压电陶瓷组件及位移传感器组合，可实现减振台平面方向振动的主动控制，同时在拉簧和压电陶瓷组件的控制伸缩运动中具有位移放大效应；采用磁致伸缩驱动器和位移传感器组合，可实现减振台竖直方向振动的主动控制；本发明隔振台呈箱型，构造紧凑、简洁美观，在受到外界激励时，中间芯板可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，包括压电陶瓷组件(1)、万向球轴承(2)、拉簧(3)、底座(5)、中间芯板(6)、磁致伸缩驱动器(8)、竖向支撑板(9)及顶座(10)；
所述竖向支撑板(9)与底座(5)相连，所述中间芯板(6)位于竖向支撑板(9)内，所述中间芯板(6)底部采用万向球轴承(2)支撑，中间芯板(6)可在水平面内自由运动，所述万向球轴承(2)位于底座(5)上，所述顶座(10)位于中间芯板(6)的上方，所述顶座(10)与中间芯板(6)之间连接有磁致伸缩驱动器(8)，所述竖向支撑板(9)与中间芯板(6)的侧面之间连接有拉簧(3)与压电陶瓷组件(1)；
在受到外界激励时，中间芯板(6)可适应任一自由度的振动控制，达到三维隔振的效果。
2.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述中间芯板(6)下表面包覆有镜面不锈钢。
3.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述竖向支撑板(9)与底座(5)固连为一体。
4.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述压电陶瓷组件(1)与拉簧(3)、竖向支撑板(9)及中间芯板(6)组成四连杆机构，在拉簧(3)和压电陶瓷组件(1)的控制伸缩运动中具有位移放大效应。
5.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述竖向支撑板(9)与中间芯板(6)的侧面之间还连接有第一位移传感器(4)。
6.根据权利要求5所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述拉簧(3)、压电陶瓷组件(1)及第一位移传感器(4)分别与中间芯板(6)外侧面和竖向支撑板(9)内侧面相连，可使中间芯板(6)主动适应水平面任一方向的运动控制。
7.根据权利要求6所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述压电陶瓷组件(1)和第一位移传感器(4)形成一个闭环控制，可实现隔振台水平方向的时时监测控制。
8.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述磁致伸缩驱动器(8)在中间芯板(6)上均布设置，磁致伸缩驱动器(8)可对竖向的振动进行主动控制。
9.根据权利要求1所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述顶座(10)与中间芯板(6)之间还连接有第二位移传感器(7)。
10.根据权利要求9所述具有主动控制的三维隔振台，其特征在于，所述磁致伸缩驱动器(8)和第二位移传感器(7)形成一个闭环控制，可实现隔振台竖直方向的时时监测控制。
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