CN112460177B - 自适应调整负刚度的准零刚度隔振器 - Google Patents

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Abstract

一种自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，包括由基板和顶盖板组成的箱体，安装在该箱体两侧的两个对称功能子系统，以及载物台、中间连接体、支撑压杆、正刚度支撑弹簧和弹簧限位器；所述的功能子系统包括电机、端盖板、联轴器，丝杆、导轨、丝杆滑块、导轨滑块、负刚度调整弹簧、铰链连接销和柔性连杆；所述的电机同时驱动联轴器带动丝杆转动，丝杆滑块会根据电机正转和反转对负刚度调整弹簧进行调整，调整两个柔性连杆对中间连接体作用来实现负载质量变化的负刚度调整。本发明根据负载质量变化自适应进行负刚度调整，保证整个隔振系统在平衡位置的固有频率为准零态，提高了隔振系统的性能稳定性。

Description

自适应调整负刚度的准零刚度隔振器
技术领域
本发明涉及主动隔振技术领域，具体是一种自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，使隔振频率保持在准零态，主要应用于对隔振要求比较高的光学、精密机械系统、显微成像等领域。
背景技术
人们在研究大科学工程比如神光装置、大型望远镜、LIGO等的同时，也注意到了系统的系统稳定性问题。振动是造成装置不稳定的主要原因，改善装置运行过程中的振动情况是提高装置运行可靠性的重要措施。进行系统稳定性研究是装置稳定、高效、高精度运行重要保证。
准零刚度隔振器是正刚度弹簧和负刚度弹簧联合使用，正刚度弹簧起到支承重物的作用，而负刚度弹簧则可以在平衡位置处抵消正刚度弹簧的刚度，使得在平衡位置附近的刚度呈现准零状态。那么在平衡位置处，整个隔振系统的固有频率也近似为零，所以隔振系统的起始隔振频率将降到极低，能够实现低频和超低频隔振。
虽然准零刚度隔振器具有优异的低频隔振效果，但其隔振性能对负载质量非常敏感，当负载质量发生变化时，负载平衡位置发生改变，隔振器并非准零态，隔振性能将会大大降低。
为了降低准零刚度对承载质量的敏感度，使得其在负载平衡位置发生变化时也具有良好的低频隔振效果，须设计一种负刚度可调的准零刚度隔振器，本发明设计了一种电机驱动的自适应准零刚度隔振器，可根据负载质量变化自适应进行负刚度调整，保证系统在平衡位置的隔振频率为准零态，对极小微振动起到良好的超低频隔振效果，提高隔振系统的性能稳定性，增强系统的鲁棒性。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机驱动自适应准零刚度隔振器，可根据负载质量变化自适应进行负刚度调整，保证系统在平衡位置的隔振频率为准零态，对极小微振动起到良好的超低频隔振效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，其特点在于，包括由基板和顶盖板组成的箱体，安装在该箱体两侧的两个对称功能子系统，以及载物台、中间连接体、支撑压杆、正刚度支撑弹簧和弹簧限位器；
所述支撑压杆的一端通过端部外螺纹与中间连接体中心螺纹孔配合连接，所述的正刚度支撑弹簧安装在与基板固结的弹簧限位器和中间连接体之间，起支撑负载的作用；所述的支撑压杆的另一端通过螺栓与载物台连接，该载物台置于顶盖板的上方；
所述的功能子系统包括电机、端盖板、联轴器，丝杆、导轨、丝杆滑块、导轨滑块、负刚度调整弹簧、铰链连接销和柔性连杆；
所述的电机通过联轴器与丝杆的一端相连，该丝杆的另一穿过所述的丝杆滑块与导轨滑块接触，所述的两负刚度调整弹簧的两端分别连接在丝杆滑块和导轨滑块的限位孔内，所述的柔性连杆与导轨滑块的外伸耳通过铰链连接销双铰接，限制铰链转动，所述柔性连杆与中间连接体外伸耳通过铰链连接销双铰接，限制铰链转动，所述的丝杆滑块和导轨滑块均与导轨相连接，该导轨固定在所述的箱体支撑通道内，端盖板通过螺钉固定在箱体支撑通道的外端面，电机固定在端盖板上；
所述的电机同时驱动联轴器带动丝杆转动，丝杆滑块会根据电机正转和反转对负刚度调整弹簧进行调整，保证了负载变化时系统在平衡位置的隔振频率为准零态；
所述的载物台置于顶盖板的上方10-25mm高度处；
所述的负刚度调整弹簧在初始状态具有一定的预压缩量，保证电机驱动负刚度调整弹簧调整时丝杆滑块和导轨滑块受力平衡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是根据负载质量变化自适应进行负刚度调整，保证整个隔振系统在平衡位置的固有频率为准零态，提高了隔振系统的性能稳定性。
附图说明
图1为自适应准零刚度隔振器轴二测视图
图2为自适应准零刚度隔振器主视图
图3为自适应准零刚度隔振器O-O向剖视图
图4为自适应准零刚度隔振器A-A向剖视图
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，包括由基板1和顶盖板5组成的箱体2，安装在该箱体2两侧的两个对称功能子系统，以及载物台6、中间连接体15、支撑压杆16、正刚度支撑弹簧17和弹簧限位器18；
所述支撑压杆16的一端通过端部外螺纹与中间连接体15中心螺纹孔配合连接；
所述的正刚度支撑弹簧17安装在与基板1固结的弹簧限位器18和中间连接体15之间，起支撑负载的作用；
所述的支撑压杆16的另一端通过螺栓与载物台6连接，该载物台6置于顶盖板5的上方；
所述的功能子系统包括电机3、端盖板4、联轴器8，丝杆9、导轨7、丝杆滑块10、导轨滑块12、负刚度调整弹簧11、铰链连接销13和柔性连杆14；
所述的电机3通过联轴器8与丝杆9的一端相连，该丝杆9的另一穿过所述的丝杆滑块10与导轨滑块12接触；
所述的两负刚度调整弹簧11的两端分别连接在丝杆滑块10和导轨滑块12的限位孔内；
所述的柔性连杆14与导轨滑块12的外伸耳通过铰链连接销13双铰接，限制铰链转动；
所述柔性连杆14与中间连接体15外伸耳通过铰链连接销双铰接，限制铰链转动；
所述的丝杆滑块10和导轨滑块12均与导轨7相连接，该导轨7固定在所述的箱体支撑通道内，端盖板4通过螺钉固定在箱体2支撑通道的外端面，电机3固定在端盖板4上；
所述的电机同时驱动联轴器带动丝杆转动，丝杆滑块会根据电机正转和反转对负刚度调整弹簧进行调整，进而调整导轨滑块前后移动，而调整两个柔性连杆对中间连接体作用的负刚度变化，在平衡位置处抵消正刚度支撑弹簧的刚度，实现负载质量变化的负刚度调整；
所述的载物台6置于顶盖板5的上方10-25mm高度处；
所述的负刚度调整弹簧11在初始状态具有一定的预压缩量。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于，包括由基板（1）和顶盖板（5）组成的箱体（2），安装在该箱体（2）两侧的两个对称功能子系统，以及载物台（6）、中间连接体（15）、支撑压杆（16）、正刚度支撑弹簧（17）和弹簧限位器（18）；
所述支撑压杆（16）的一端通过端部外螺纹与中间连接体（15）中心螺纹孔配合连接，所述的正刚度支撑弹簧（17）安装在与基板（1）固结的弹簧限位器（18）和中间连接体（15）之间，起支撑负载的作用；所述的支撑压杆（16）的另一端通过螺栓与载物台（6）连接，该载物台（6）置于顶盖板（5）的上方；
所述的功能子系统包括电机（3）、端盖板（4）、联轴器（8），丝杆（9）、导轨（7）、丝杆滑块（10）、导轨滑块（12）、负刚度调整弹簧（11）、铰链连接销（13）和柔性连杆（14）；
所述的电机（3）通过联轴器（8）与丝杆（9）的一端相连，该丝杆（9）的另一端穿过所述的丝杆滑块（10）与导轨滑块（12）接触，所述的负刚度调整弹簧（11）的两端分别连接在丝杆滑块（10）和导轨滑块（12）的限位孔内，所述的柔性连杆（14）与导轨滑块（12）的外伸耳通过铰链连接销（13）双铰接，所述柔性连杆（14）与中间连接体（15）外伸耳通过铰链连接销双铰接，所述的丝杆滑块（10）和导轨滑块（12）均与导轨（7）相连接，该导轨（7）固定在所述的箱体的支撑通道内，端盖板（4）通过螺钉固定在箱体（2）的支撑通道的外端面，电机（3）固定在端盖板（4）上。
2.根据权利要求1所述的自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于，所述的电机同时驱动联轴器带动丝杆转动，丝杆滑块会根据电机正转和反转对负刚度调整弹簧进行调整，进而调整导轨滑块前后移动，而调整两个柔性连杆对中间连接体作用的负刚度变化，在平衡位置处抵消正刚度支撑弹簧的刚度，实现负载质量变化的负刚度调整。
3.根据权利要求1或2所述的自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于，所述的载物台（6）置于顶盖板（5）的上方10-25mm高度处。
4.根据权利要求1或2所述的自适应调整负刚度的准零刚度隔振器，其特征在于，所述的负刚度调整弹簧（11）在初始状态具有一定的预压缩量。
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