CN112963491A - 一种可变刚度的减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变刚度的减振器，涉及精密减振技术领域，包括上平台和下平台，上平台和下平台相对设置，上平台和下平台之间设置有六个单腿减振单元，六个单腿减振单元按照Stewart平台方式布置，各单腿减振单元均包括相对设置的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体和第二永磁体之间的距离通过紧定结构进行调节，第一永磁体和第二永磁体的两侧分别设置一弹性结构。本发明基于Stewart构型，可以实现空间立方体天然解耦。与传统减振器相比，本发明可以根据不同的应用场合，调节第一永磁体和第二永磁体之间的距离，改变系统刚度，使系统固有频率前移，具有较好的减振效果，主要应用于精密设备减振领域。

Description

一种可变刚度的减振器
技术领域
本发明涉及精密减振技术领域，特别是涉及一种可变刚度的减振器。
背景技术
当前，在精密设备的加工以及工作运行中，对于外界的振动往往非常敏感，这都要求系统对微振动进行有效抑制，随着减振需求的不断提高，各种减振器及其控制方法也层出不穷，Stewart减振平台无疑是其中最为有效的减振措施之一，但是仍需要不断进行研究提出新的减振方法。
在大量的工程应用中，由质量-弹簧-阻尼组成的被动减振技术表现出可靠、低成本等特点，其中弯曲片弹簧是一个定刚度系统，结构一旦选定，在整个工作期间，完全是保持不变的，在实际使用时存在一定的局限性。利用在减振系统中并联一个负刚度机构形成一个正负刚度并联系统，其结构简单，但是减振性能有限。空气弹簧可通过改变气室压力来改变减振系统刚度，其重量轻，能够有效抑制振幅，但是安装方式受限，密封性能要求高。
在振动系统中，降低减振系统的刚度能够有效抑制系统的固有频率，利用电磁作用力，通过调节永磁体之间的间距可以改变膜片弹簧在系统中的刚度，其结构简单、运行可靠、空间占用面积小。
公开号为CN1075884A的中国专利提出了一种新型被动元件的减振器，采用双重限位机制，可以避免外界高冲击对片弹簧的破坏，其结构紧凑，合理利用了上、下平台间的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种可变刚度的减振器，基于Stewart构型，利用第一永磁体和第二永磁体之间的电磁作用力，通过紧定结构调节第一永磁体和第二永磁体之间的距离，可以改变系统刚度，起到较好的减振效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种可变刚度的减振器，包括上平台和下平台，所述上平台和所述下平台相对设置，所述上平台和所述下平台之间设置有六个单腿减振单元，六个所述单腿减振单元按照Stewart平台方式布置，各所述单腿减振单元均包括相对设置的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的距离通过紧定结构进行调节，所述第一永磁体和所述第二永磁体的两侧分别设置一弹性结构。
优选的，各所述单腿减振单元均包括两平行设置的第一安装杆和第二安装杆，所述第一安装杆与所述上平台连接，所述第二安装杆与所述下平台连接，所述第一永磁体通过所述紧定结构设置在所述第一安装杆上，所述第二永磁体设置在所述第二安装杆上。
优选的，所述第一永磁体为圆柱永磁体，所述紧定结构为紧定螺钉，所述紧定结构垂直所述第一安装杆设置，所述紧定结构与所述第一安装杆螺纹连接，所述紧定结构的一端穿过所述第一安装杆与所述第一永磁体连接。
优选的，所述第二永磁体为立方体永磁体，所述第二永磁体通过一弹性支架固定在所述第二安装杆上，所述弹性支架的一端设置有安装孔，所述弹性支架通过所述安装孔套设在所述第二安装杆上，所述第二永磁体设置在所述弹性支架的另一端。
优选的，所述弹性结构为膜片弹簧，所述膜片弹簧的两端设置有通孔，所述弹性结构的一端通过一所述通孔设置在所述第一安装杆上，所述弹性结构的另一端通过另一所述通孔设置在所述第二安装杆的自由端，螺栓将所述弹性结构的另一端固定在所述第二安装杆的自由端，两所述弹性结构、所述第一安装杆和所述第二安装杆形成矩形结构。
优选的，所述弹性结构上设置有两平行的镂空孔。
优选的，各所述单腿减振单元与所述上平台和所述下平台均通过一安装角座连接，所述安装角座的底面设置在所述上平台或所述下平台的凹槽中并通过螺栓与所述上平台或所述下平台连接，所述安装角座的斜切面与所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端连接。
优选的，所述安装角座的斜切面与所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端通过一连接杆连接，所述连接杆的一端为内螺纹端，所述连接杆的另一端设置为外螺纹端，所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端伸入所述内螺纹端并与所述内螺纹端螺纹连接，所述外螺纹端伸入所述安装角座的斜切面并与所述安装角座螺纹连接。
优选的，所述上平台或所述下平台设置有防伪标识。
优选的，所述上平台和所述下平台均为不等边六棱柱。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明基于Stewart构型，可以实现空间立方体天然解耦，通过结构优化设计，可以根据不同的使用需求，调节第一永磁体和第二永磁体之间的距离，改变弹性结构对系统的刚度，起到变刚度作用。与传统减振器相比，本发明可以根据不同的应用场合，改变系统刚度，使系统固有频率前移，具有较好的减振效果，主要应用于精密设备减振领域。
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为本发明的可变刚度的减振器示意图；
图2为本发明中的单腿减振单元结构示意图；
图3为本发明中的上平台示意图；
图4为本发明中的安装杆剖面图；
图5为本发明中的安装角座的剖面图；
图6为本发明中Stewart构型的几何原理示意图；
图7为传统减振器作用机理示意图；
图8为本发明中可变刚度减振器作用机理示意图；
图9为传统定刚度减振器、本发明的可变刚度的减振器的传递率曲线对比图；
其中：100-可变刚度的减振器，1-上平台；2-安装角座；3-第一安装杆；4-紧定结构；5-第一永磁体；6-第二永磁体；7-弹性结构；8-弹性支架；9-下平台；10-单腿减振单元；11-安装孔；12-通孔；13-螺栓；14-镂空孔；15-底面；16-斜切面；17-连接杆；18-防伪标识；19-固定端；20-自由端；21-第二安装杆。
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付出创造性劳动的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可变刚度的减振器，基于Stewart构型，利用第一永磁体和第二永磁体之间的电磁作用力，通过紧定结构调节第一永磁体和第二永磁体之间的距离，可以改变系统刚度，起到较好的减振效果。
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。
如图1-图6、图8-图9所示：本实施例提供了一种可变刚度的减振器100，包括上平台1和下平台9，上平台1和下平台9相对设置，上平台1和下平台9之间设置有六个单腿减振单元10，六个单腿减振单元10按照Stewart平台方式布置，每个单腿减振单元10在空间中彼此平行或者垂直，各单腿减振单元10均包括相对设置的第一永磁体5和第二永磁体6，第一永磁体5和第二永磁体6之间的距离通过紧定结构4进行调节，第一永磁体5和第二永磁体6的两侧分别设置一弹性结构7。本实施例基于Stewart的空间立方体构型，共有六个单腿减振单元10，彼此平行或者垂直，得益于空间立方体构型，单腿减振单元10之间的运动不产生干涉，无需复杂的解耦工作可以实现空间立方体天然解耦，通过结构优化设计，可以根据不同的使用需求，调节第一永磁体5和第二永磁体6之间的距离，改变弹性结构7对系统的刚度，起到变刚度作用。与传统减振器相比，本实施例可以根据不同的应用场合，改变系统刚度，使系统固有频率前移，具有较好的减振效果，主要应用于精密设备减振领域。
具体地，本实施例中，各单腿减振单元10均包括两平行设置的第一安装杆3和第二安装杆21，第一安装杆3与上平台1连接，第二安装杆21与下平台9连接，第一永磁体5通过紧定结构4设置在第一安装杆3上，第二永磁体6设置在第二安装杆21上。
本实施例中，第一永磁体5为圆柱永磁体，紧定结构4为紧定螺钉，紧定结构4垂直第一安装杆3设置，紧定结构4与第一安装杆3螺纹连接，紧定结构4的一端(平头端)穿过第一安装杆3与第一永磁体5连接，通过旋转紧定螺钉的螺帽可以调节第一永磁体5和第二永磁体6的相对距离，起到变刚度的作用。
本实施例中，第二永磁体6为立方体永磁体，第二永磁体6通过一弹性支架8固定在第二安装杆21上，弹性支架8的一端设置有安装孔11，弹性支架8通过安装孔11套设在第二安装杆21上，第二永磁体6设置在弹性支架8的另一端的矩形面上。
本实施例中，弹性结构7为膜片弹簧，弹性结构7(膜片弹簧)的材质为阻尼钢，涂层材质为特氟龙，膜片弹簧的两端设置有通孔12，弹性结构7的一端通过一通孔12设置在第一安装杆3上，弹性结构7的另一端通过另一通孔12设置在第二安装杆21的自由端20，螺栓13将弹性结构7的另一端固定在第二安装杆21的自由端20，两弹性结构7、所述第一安装杆3和第二安装杆21形成矩形结构。
本实施例中，弹性结构7上设置有两平行的镂空孔14，以降低整体刚度。
本实施例中，各单腿减振单元10与上平台1和下平台9均通过一安装角座2连接，安装角座2的底面15设置在上平台1或下平台9的凹槽中并通过螺栓13与上平台1或下平台9连接，安装角座2的斜切面16与第一安装杆3或第二安装杆21的固定端19连接。
本实施例中，安装角座2的斜切面16与第一安装杆3或第二安装杆21的固定端19通过一连接杆17连接，连接杆17的一端为内螺纹端，连接杆17的另一端设置为外螺纹端，第一安装杆3或第二安装杆21的固定端19伸入内螺纹端并与内螺纹端螺纹连接，外螺纹端伸入安装角座2的斜切面16并与安装角座2螺纹连接，安装角座2的斜切面16使单腿减振单元10中力的传递方向并非沿竖直线，可以实现空间立方体天然解耦。
本实施例中，上平台1或下平台9设置有防伪标识18，本实施例中，上平台1承受负载一面刻有“SHU”。
本实施例中，上平台1和下平台9均为不等边六棱柱。
附图7为传统减振器的作用机理示意图，通过质量M、弹簧刚度K、阻尼C进行被动减振，其中，质量M和弹簧刚度K主要影响系统的固有频率，阻尼C可以不断消耗振动能量，其传递函数为：
Figure BDA0002947931870000061
s是经过拉氏变换后的数学变量符号。
附图8为本实施例中可变刚度的减振器100的作用机理示意图，可以通过调节第一永磁体5和第二永磁体6之间的距离，改变弹性结构7(膜片弹簧)对系统的刚度影响，从而实现变刚度K的作用。
在本实施例中，当存在一个外界信号激励源将振动信号通过本实施例的下平台9进行传递，单腿减振单元10中的弹性结构7(膜片弹簧)通过不断的微变形将振动信号进行衰减。不同的工作环境中为了获得更好的减振性能，可以通过旋转紧定螺钉调节第一永磁体5和第二永磁体6之间的距离，改变对应膜片弹簧对系统的刚度影响，起到变刚度作用，使得本实施例应用更加广泛。
从图9中的曲线A可以看出，传统定刚度减振器在固有频率处共振抑制较差，且固有频率较大；图中曲线B为本实施例的可变刚度的减振器100在第一永磁体5和第二永磁体6最大距离L处的传递率曲线，图中曲线C为本实施例的可变刚度的减振器100在第一永磁体5和第二永磁体6之间距离1/2L处的传递率曲线，图中曲线D为本实施例的可变刚度的减振器100在第一永磁体5和第二永磁体6之间距离1/3L处的传递率曲线，可以看出随着第一永磁体5和第二永磁体6之间距离的减小，电磁作用力也在不断增强，系统的刚度也在提高，固有频率后移。
本实施例的减振器是基于Stewart构型的一种新型可变刚度的减振装置，主要应用于抑制外界扰动对精密设备正常工作的影响，各单腿减振单元10的第一安装杆3、第二安装杆21呈交错排列，膜片弹簧在保证系统刚度同时还作为减振器件，衰减振动传递能量，第一永磁体5和第二永磁体6之间的距离可以通过旋转紧定螺钉螺帽进行调节，直接影响了第一永磁体5和第二永磁体6之间的电磁作用力，从而改变了单侧膜片弹簧对系统的刚度，起到变刚度作用。本实施例结构简单、工作稳定、制造与维护成本较低，可有效抑制固有频率，整个结构较为紧凑，空间占用面积小，可根据实际的应用场合改变减振系统刚度。
本说明书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 (10)

1.一种可变刚度的减振器，其特征在于：包括上平台和下平台，所述上平台和所述下平台相对设置，所述上平台和所述下平台之间设置有六个单腿减振单元，六个所述单腿减振单元按照Stewart平台方式布置，各所述单腿减振单元均包括相对设置的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体之间的距离通过紧定结构进行调节，所述第一永磁体和所述第二永磁体的两侧分别设置一弹性结构。
2.根据权利要求1所述的可变刚度的减振器，其特征在于：各所述单腿减振单元均包括两平行设置的第一安装杆和第二安装杆，所述第一安装杆与所述上平台连接，所述第二安装杆与所述下平台连接，所述第一永磁体通过所述紧定结构设置在所述第一安装杆上，所述第二永磁体设置在所述第二安装杆上。
3.根据权利要求2所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述第一永磁体为圆柱永磁体，所述紧定结构为紧定螺钉，所述紧定结构垂直所述第一安装杆设置，所述紧定结构与所述第一安装杆螺纹连接，所述紧定结构的一端穿过所述第一安装杆与所述第一永磁体连接。
4.根据权利要求2所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述第二永磁体为立方体永磁体，所述第二永磁体通过一弹性支架固定在所述第二安装杆上，所述弹性支架的一端设置有安装孔，所述弹性支架通过所述安装孔套设在所述第二安装杆上，所述第二永磁体设置在所述弹性支架的另一端。
5.根据权利要求2所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述弹性结构为膜片弹簧，所述膜片弹簧的两端设置有通孔，所述弹性结构的一端通过一所述通孔设置在所述第一安装杆上，所述弹性结构的另一端通过另一所述通孔设置在所述第二安装杆的自由端，螺栓将所述弹性结构的另一端固定在所述第二安装杆的自由端，两所述弹性结构、所述第一安装杆和所述第二安装杆形成矩形结构。
6.根据权利要求2所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述弹性结构上设置有两平行的镂空孔。
7.根据权利要求2所述的可变刚度的减振器，其特征在于：各所述单腿减振单元与所述上平台和所述下平台均通过一安装角座连接，所述安装角座的底面设置在所述上平台或所述下平台的凹槽中并通过螺栓与所述上平台或所述下平台连接，所述安装角座的斜切面与所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端连接。
8.根据权利要求7所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述安装角座的斜切面与所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端通过一连接杆连接，所述连接杆的一端为内螺纹端，所述连接杆的另一端设置为外螺纹端，所述第一安装杆或所述第二安装杆的固定端伸入所述内螺纹端并与所述内螺纹端螺纹连接，所述外螺纹端伸入所述安装角座的斜切面并与所述安装角座螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述上平台或所述下平台设置有防伪标识。
10.根据权利要求1所述的可变刚度的减振器，其特征在于：所述上平台和所述下平台均为不等边六棱柱。
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