CN113175587A - 一种刚柔耦合的多维隔振平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刚柔耦合的多维隔振平台，主要由下平台、下平台导向连接块、下柔性铰链、空心圆柱导杆、实心圆柱导杆、上柔性铰链、上平台导向连接块和上平台组成。为解决传统多维隔振平台占用空间大，隔振振幅小、频率高，结构复杂等问题，本发明涉及的多维隔振平台以柔性铰链为隔振平台的扭转弹簧单元，通过柔性铰链的小角度扭转实现支链在较大范围内的长度变化，满足较大振幅振动的隔振需求。采用无刚度关节铰链，降低了多维隔振平台整体刚度，实现了低频范围内的隔振，拓宽了多维隔振平台的隔振频域。多维隔振平台采用相同支链形式，结构简单，对称性强，避免了支链间的运动耦合，零件互换性强，便于维护，体积小，重量轻，便于安装。

Description

一种刚柔耦合的多维隔振平台

技术领域

本发明专利涉及机械动力学与振动领域，具体涉及一种刚柔耦合的多维隔振平台。

背景技术

常见的多维隔振平台主要包括采用六维隔振器进行平面均匀布置以及采用单维隔振器进行并联组合两种方式实现多维隔振功能。中国专利CN111425704A在操作台下均匀布置六维空气弹簧实现隔振效果，结构简单，稳定性好，但对特定方向的振动隔振效果较差，存在一定使用限制。此外，采用六维隔振器进行平面均匀布置需要的隔振器数量较多，占用的空间较大，运动空间较为有限，对于某些安装空间较小的设备难以实现隔振效果。采用单维隔振器进行并联布置能有效提高多维隔振平台空间占用率。中国专利CN111814277A提出了一种基于仿生抗冲击结构与传统Stewart平台设计的多维隔振平台，具有较优异的隔振效果。中国专利CN112013078A提出一种基于封闭式多组并联结构的隔振系统模块，具有很强的环境适应性。但由于常规的单维隔振器结构较为复杂，自重较大，限制了其应用环境。中国专利CN111895039A和CN106763398A采用混合隔振方式，在支链上固定被动阻尼器和主动作动器同时实现主被动隔振效果，但隔振频域受限。

中国专利CN111677810A利用柔性铰链以及电涡流阻尼器设计的光学载荷隔振平台有效实现了微幅振动的隔振效果，但由于仅采用柔性铰链实现上平台动作，导致隔振幅度较小。中国专利CN106402233A采用柔性铰链加主被动隔振器的方式实现隔振效果，但柔性铰链的设计方式以及支链上主被动隔振器的尺寸限制了多维隔振平台的运动空间，导致该平台难以应用于较大振幅振动激励的隔振。

本专利采用刚柔耦合设计，扩大了多维隔振平台的运动空间，拓宽了其隔振频域，提高了隔振振幅。

发明内容

本发明的目的是提供一种刚柔耦合的多维隔振平台，相较于已有的多维隔振平台，具有较大的运动空间和较低的固有频率，满足较宽隔振频域范围内较大振幅振动激励下的隔振需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多维隔振平台，主要由下平台1、下平台导向连接块2、下柔性铰链3、空心圆柱导杆4、实心圆柱导杆5、上柔性铰链6、上平台导向连接块7和上平台8组成，其特征在于：下平台1与下平台导向连接块2通过螺栓固定连接；下平台导向连接块2与下柔性铰链3通过螺栓固定连接；下柔性铰链3与空心圆柱导杆4通过螺栓固定连接；空心圆柱导杆4与实心圆柱导杆5同轴心装配，无沿轴线方向作用力，可自由活动；实心圆柱导杆5与上柔性铰链6通过螺栓固定连接；上柔性铰链6与上平台导向连接块7通过螺栓固定连接；上平台导向连接块7与上平台8通过螺栓固定连接。

本发明专利的有益效果是：1、利用柔性铰链作为多维隔振平台的弹簧单元，通过柔性铰链的角度弯曲变形实现多维隔振平台的六维隔振效果，提高了多维隔振平台运动空间，实现了较大幅度振动的隔振效果。2、上、下平台与支链以柔性铰链连接，支链导杆采用结构简单的刚性移动副，确保多维隔振平台承载能力的情况下降低了支链重量，同时，降低了多维隔振平台固有频率，拓宽了隔振频域。3、支链对称布置，提高了多维隔振平台的稳定性，降低了上平台的运动耦合情况。4、柔性铰链采用椭圆切口结构，应力分布均匀，振动模态符合多维隔振平台振动需求，保证了多维隔振平台的隔振效果。5、多维隔振平台结构简单，占用空间较小，重量较轻，各零件互换性较强，便于安装和维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1为刚柔耦合多维隔振平台布局示意图；

图2为刚柔耦合多维隔振平台支链空间布置示意图；

图3为刚柔耦合多维隔振平台支链连接示意图；

图4为刚柔耦合多维隔振平台导向连接块空间布置示意图；

图5为刚柔耦合多维隔振平台柔性铰链结构示意图；

图6为刚柔耦合多维隔振平台润滑示意图；

图7为刚柔耦合多维隔振平台上平台示意图；

图中：1.下平台，2.下平台导向连接块，3.下柔性铰链，4.空心圆柱导杆，5.实心圆柱导杆，6.上柔性铰链，7.上平台导向连接块，8.上平台。

具体实施方式

如图1所示，下平台1与下平台导向连接块2通过螺栓固定连接；下平台导向连接块2与下柔性铰链3通过螺栓固定连接；下柔性铰链3与空心圆柱导杆4通过螺栓固定连接；空心圆柱导杆4与实心圆柱导杆5同轴心装配，利用各支链间的几何约束保证上平台的稳定性；实心圆柱导杆5与上柔性铰链6通过螺栓固定连接；上柔性铰链6与上平台导向连接块7通过螺栓固定连接；上平台导向连接块7与上平台8通过螺栓固定连接。

如图2所示，支链由下柔性铰链3、空心圆柱导杆4、实心圆柱导杆5和上柔性铰链6组成；初始状态时，多维隔振平台相邻三个支链相互垂直。

如图3所示，每个下平台导向连接块2与上平台导向连接块7分别与两根支链连接；无外力作用时，支链呈相互垂直状态。

如图4所示，下平台导向连接块2与上平台导向连接块7均呈120°均匀分布；相邻下平台导向连接块2与上平台导向连接块7呈相向布置，垂直夹角为60°。

如图5所示，下柔性铰链3与上柔性铰链6为旋转对称结构，保证其向各个方向转动的力学特性相同，使多维隔振平台空间刚度分布情况更加均匀，提高多维隔振平台承载能力，降低各个维度运动的耦合情况。柔性铰链采用椭圆切口形式，降低受力过程中的应力集中现象，提高柔性铰链的承载能力和使用寿命。

如图6所示，空心圆柱导杆4与实心圆柱导杆5间隙内填充润滑脂，降低摩擦，保障实心圆柱导杆5在空心圆柱导杆4中平滑运动，提高隔振效果。空心圆柱导杆4与实心圆柱导杆5间形成的半封闭结构有利于保存润滑脂，避免灰尘、颗粒等杂物对导杆运动产生影响。同时，支链设计为分体式结构，有利于各个零件分别拆卸进行安装和维护。

如图7所示，上平台1采用轻量化设计，减小了多维隔振平台自身的重量；并在其上设计了连接接口，用于实现不同设备的固定。

一种刚柔耦合的多维隔振平台实现其隔振功能的原理如下所示。

当多维隔振平台处于静态稳定状态时，柔性铰链受到重力作用产生弯曲变形，对应扭矩保证支链处于一定位姿状态，进而保证上平台8的稳定性。当下平台受到激励作用时，下柔性铰链3与上柔性铰链6发生弹性形变，在运动过程中产生弯曲变形，使支链在一定位姿状态下运动。由于空心圆柱导杆4与实心圆柱导杆5间可动空间较大，可实现支链在较大范围内的长度变化。根据支链长度与上平台位姿的关系，多维隔振平台可实现在较大激振幅度情况下的隔振效果。同时，多维隔振平台仅在柔性铰链位置具有关节刚度，空间圆柱导杆4与实心圆柱导杆5间的约束连接可视为无刚度关节，这使多维隔振平台整体刚度较小，固有频率较低，可实现在较低振动频率下的隔振，扩展了隔振频域。

虽然本发明的具体实施方式如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应当为本发明的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种刚柔耦合的多维隔振平台，主要由下平台(1)、下平台导向连接块(2)、下柔性铰链(3)、空心圆柱导杆(4)、实心圆柱导杆(5)、上柔性铰链(6)、上平台导向连接块(7)和上平台(8)组成，其特征在于：下平台(1)与下平台导向连接块(2)通过螺栓固定连接；下平台导向连接块(2)与下柔性铰链(3)通过螺栓固定连接；下柔性铰链(3)与空心圆柱导杆(4)通过螺栓固定连接；空心圆柱导杆(4)与实心圆柱导杆(5)同轴心装配，无沿轴线方向作用力，可自由活动；实心圆柱导杆(5)与上柔性铰链(6)通过螺栓固定连接；上柔性铰链(6)与上平台导向连接块(7)通过螺栓固定连接；上平台导向连接块(7)与上平台(8)通过螺栓固定连接。

2.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：支链由下柔性铰链(3)、空心圆柱导杆(4)、实心圆柱导杆(5)和上柔性铰链(6)组成；无外力作用时，多维隔振平台相邻三个支链相互垂直。

3.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：每个下平台导向连接块(2)与上平台导向连接块(7)分别与两根支链连接；无外力作用时，支链呈相互垂直状态。

4.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：下平台导向连接块(2)与上平台导向连接块(7)均呈120°均匀分布；相邻下平台导向连接块(2)与上平台导向连接块(7)呈相向布置，垂直夹角为60°。

5.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：下柔性铰链(3)与上柔性铰链(6)为旋转对称结构，切口形状为椭圆形状。

6.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：空心圆柱导杆(4)与实心圆柱导杆(5)为间隙装配，间隙内填充润滑脂，使实心圆柱导杆(5)在空心圆柱导杆(4)中平滑运动。

7.如权利要求1所述的多维隔振平台，其特征在于：上平台(1)采用轻量化设计，并设计了连接接口，用于实现不同设备的固定。

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