CN1431409A - 一种主动精密隔振装置 - Google Patents

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CN1431409A CN 03115297 CN03115297A CN1431409A CN 1431409 A CN1431409 A CN 1431409A CN 03115297 CN03115297 CN 03115297 CN 03115297 A CN03115297 A CN 03115297A CN 1431409 A CN1431409 A CN 1431409A
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CN 03115297
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魏燕定
吕猛
李国平
陈子辰
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明公开了一种主动精密隔振装置。包括在底板的同一圆周上等分安装三个阶梯形的导向直柱，每个导向直柱较小端上安装直线轴承，直线轴承外面套有定位套，三个导向直柱的定位套与隔振平台分别用螺钉固定连接，定位套上端的导向直柱较小端上套有弹簧并用拧紧螺母拧紧；在底板的中心装有超磁致伸缩驱动器，驱动器的输出杆穿过隔振平台，用紧定螺钉固定在隔振平台上；在底板上装有拾振传感器支架，拾振传感器顶在隔振平台底面。由于采用超磁致伸缩驱器和采用直线轴承，使本装置具有变形量大，响应快、对隔离低频和超低频效果明显，且隔振的频带较宽。本发明可广泛应用于精密加工、测量以及对振动环境有特殊要求的隔振领域。

Description

一种主动精密隔振装置
                          技术领域
本发明涉及隔振装置，是一种主动精密隔振装置。
                          背景技术
为了满足精密仪器仪表的加工、测量和使用等对振动环境的严格特殊的要求，尤其是有效地抑制低频和超低频振动的要求，传统的被动隔振方法已经不能达到其要求和精度。从二十世纪五十年代起，人们开始系统地研究主动隔振装置及其驱动器。随着精密仪器仪表、精密测量和精密加工等技术的发展，它对环境的振动和冲击提出了极其严格的要求。例如，高精度惯性仪表的校准要求具有振动加速度控制在10-6g以内的环境，为了做到这一点，必须有高精度的隔振平台。这种高精度隔振平台不仅要求隔绝如机器运转、车辆行驶、人员走动等引起的地面振动，还要求如空调气流、声音等引起的作用于平台的压力能够迅速消除。我国在该领域的研究尚处于起步阶段，例如，国内精密仪器和设备的最高防振级别为5Hz以下1.8微米(相当于振动加速度约为1.8×10-4g)，这已远远超过高精度惯性仪表标定时所允许的振动水平。主动隔振装置所用的驱动器有如下几种，即电磁驱动器、形状记忆合金(SMA)驱动器、压电驱动器、气动液压驱动器。其中电磁驱动器的力、位移有较大的非线性，难以实现精确控制。SMA频率响应低，非线性严重，目前主要用于热变形驱动。压电驱动因为驱动力小、变形量小，主要用于挠性结构。气动和液压驱动因为有严重的延时、迟滞、蠕动现象而不适用于精密隔振。
                          发明内容
本发明提供一种主动精密隔振装置，采用超磁致伸缩驱动器(GMA)和直线轴承后，使本装置具有变形大，响应快，低频特性好。
本发明采用的技术方案如下：
1)在底板的同一圆周上等分安装三个阶梯形的导向直柱，每个导向直柱较小端上安装直线轴承，直线轴承外面套有定位套，三个导向直柱的定位套与隔振平台分别用螺钉固定连接，定位套上端的导向直柱较小端上从下而上依次套有弹簧挡环、弹簧、弹簧挡环、用拧紧螺母拧紧；
2)在底板的中心装有超磁致伸缩驱动器，驱动器的输出杆穿过隔振平台，用紧定螺钉固定在隔振平台上；
3)在底板上装有拾振传感器支架，拾振传感器支架上装有拾振传感器，拾振传感器顶在隔振平台底面。
所说的超磁致伸缩驱动器包括将外套固定于是底座较大凸台的圆柱面上，磁致伸缩棒放在底座中央较小的凸台上，绕有线圈的骨架套在磁致伸缩棒外，磁致伸缩棒顶着输出杆，输出杆凸台的杆上套有预压弹簧，拧紧螺母空套在凸台的杆上与外套螺纹配合并压预压弹簧上。
本发明具有的有益效果是：
1)对隔离低频和超低频振动效果明显，且隔振的频带较宽；
2)在复合激励下能够达到高精度的隔振要求；
3)适用于隔振系统中存在不确定性因素，尤其是系统输入及系统模型具有不确定性因素；
4)由于采用直线轴承，它具有变形量大，响应快(可达到0～3000赫兹)，低频特性好等优点。采用超磁致伸缩驱动器的主动隔振装置的振动量级可达到10-6g；
5)适用于复杂的环境，超磁致伸缩材料的最高适应温度为400℃。
本发明可广泛应用于精密加工、测量以及对振动环境有特殊要求的隔振领域。
                         附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明工作原理示意图；
图3是本发明的超磁致伸缩驱动器的结构示意图。图1中：1拧紧螺母 2弹簧挡环 3弹簧 4螺钉 5直线轴承
   6定位套 7橡胶垫片 8导向直柱 9超磁致伸缩驱动器
   10拾振传感器支架 11底板 12拾振传感器
   13紧定螺钉 14隔振平台图3中：9.1底座 9.2橡胶圈 9.3骨架 9.4外套 9.5磁致伸缩棒(GMM
   棒) 9.6线圈 9.7输出杆 9.8预压弹簧 9.9拧紧螺母
                      具体实施方式
如图1所示：它包括：
1)在底板11的同一圆周上等分安装三个阶梯形的导向直柱8，每个导向直柱8较小端上安装直线轴承5，直线轴承5外面套有定位套6，三个导向直柱8的定位套6与隔振平台14分别用螺钉4固定连接，定位套6下装橡胶垫片7，定位套6上端的导向直柱8较小端上从下而上依次套有弹簧挡环2、弹簧3、弹簧挡环2、用拧紧螺母1拧紧；
2)在底板11的中心装有超磁致伸缩驱动器9，驱动器9的输出杆穿过隔振平台14，用紧定螺钉13固定在隔振平台14上；
3)在底板11上装有拾振传感器支架10，拾振传感器支架10上装有拾振传感器12，拾振传感器顶在隔振平台14底面。
如图3所示，所说的超磁致伸缩驱动器9包括将外套9.4固定于是底座9.1较大凸台的圆柱面上，磁致伸缩棒9.5放在底座9.1中央较小的凸台上，绕有线圈9.6的骨架9.3套在磁致伸缩棒9.5外，磁致伸缩棒9.5顶着输出杆9.7，输出杆9.7凸台的杆上套有预压弹簧9.8，拧紧螺母9.9空套在凸台的杆上与外套9.4螺纹配合并压预压弹簧8上。
如图2所示，主动隔振系统的工作原理图，隔振平台14受到震源的激励产生振动，拾振传感器12与二次仪表组成测量电路感受振动并将振动转换成电信号，A/D转换器作用是把电信号由模拟量转换成数字量，数字量在计算机内通过某种控制算法输出控制信号，D/A转换器把控制信号由数字量转换成模拟量，因为这时的信号比较微弱不足以去驱动超磁致伸缩驱动器，所以还必须经过一个功放电路。经过放大的控制信号输入超磁致伸缩驱动器9内使驱动器产生动作，抵消了隔振平台14的振动，从而达到隔振的目的。
结合附图1对本装置的工作原理及各部分的功用做详细描述，拧紧螺母1、弹簧挡圈2、弹簧3、橡胶垫片7可以调节隔振平台14的初始位置，并且起到缓冲保护装置的作用。紧定螺钉13可以调节驱动器的初始驱动力。为保证隔振平台14始终处于垂直方向，所以在每个设计环节都必须尽可能的做到安装后的紧密性，导向立柱8与底板11的装配以及导向立柱与隔振平台14的装配都要尽可能的做到紧密配合；考虑到隔振平台14要与导向立柱8之间有相对的运动，而又要保证良好的紧密性，所以采用直线轴承5使导轨与隔振平台14连接，使导向立柱8在起到对隔振平台14垂直导向作用的同时，又尽量减小与隔振平台14之间的摩擦，直线轴承5使得隔振平台14沿着导向直柱8有大的位移，可以承受较大的振动。实际应用时隔振平台14上面固定需要隔振的系统，因此隔振平台14可以作出特定的结构以固定需要减振的系统。拾振传感器12感受隔振平台14的振动并且转换成电信号，电信号经过处理放大输入到超磁致伸缩驱动器9。如图3所示，GMM棒9.5处在激励线圈和偏置线圈9.6产生的磁场中。当改变激励线圈中的电流(实际操作时，此电流即为经过功放后的控制信号)时，GMM棒9.5就会发生伸缩变形，推动导杆9.7运动。所以通过控制驱动器中线圈的电流值大小来改变线圈所产生的磁场大小，就可控制超磁致伸缩驱动器的输出位移和力。外套9.4孔中部的隔板与输出杆9.7之间在径向上存在一环形气隙，以允许GMM棒9.5发生伸缩变形。该气隙与底座9.1、外套9.4、输出杆9.7构成磁路，磁路的设计注意了以下几个方面：一是尽量缩短磁路，使线圈9.6产生的磁场包围住GMM棒9.5并略有余量即可；二是底座1与外套9.4之间的磁路连接同时采用轴向和径向两种方式；三是把与底座9.1相对的GMM棒9.5的另一端的导磁部件跟外套9.4作成一体，形成外套孔中部的一块隔板，该隔板在轴向上把驱动器分为两个功能区域：一端为磁场产生区域，另一端是预压弹簧9.8调整区域；四是隔板孔与输出杆9.7之间的气隙尽量减少，本设计中取为0.1mm；五是采用铜制拧紧螺母9.9使磁路在该处断路，保证设计磁路的磁通量。通过拧紧螺母9.9可以调整弹簧9.8对GMM棒9.5的预压力。合适的预压力可使GMM磁畴在零磁场时尽可能地沿着与轴向应力垂直地方向排列，在外加激励磁场作用时就可获得较大的轴向伸缩应变。输出杆9.7一方面可以把GMM棒9.5产生的伸长量输送到隔振平台14(图1中)，也可在GMM棒回缩时，依靠弹簧压力而返回。为防止驱动器工作时GMM棒9.5的伸缩变形引起骨架9.3的轴向振动，在骨架9.3与底座9.1之间装有一橡胶垫圈9.2。当底座1和外套9.4被拧紧时，底座、垫圈和外套就会连在一起，可以防止骨架9.3的松动。驱动器在工作时底座9.1被固定在图1所示的底板11上。

Claims (2)

1.一种主动精密隔振装置，其特征在于它包括：
1)在底板(11)的同一圆周上等分安装三个阶梯形的导向直柱(8)，每个导向直柱(8)较小端上安装直线轴承(5)，直线轴承(5)外面套有定位套(6)，三个导向直柱(8)的定位套(6)与隔振平台(14)分别用螺钉(4)固定连接，定位套(6)上端的导向直柱(8)较小端上从下而上依次套有弹簧挡环(2)、弹簧(3)、弹簧挡环(2)、用拧紧螺母(1)拧紧；
2)在底板(11)的中心装有超磁致伸缩驱动器(9)，驱动器(9)的输出杆穿过隔振平台(14)，用紧定螺钉(13)固定在隔振平台(14)上；
3)在底板(11)上装有拾振传感器支架(10)，拾振传感器支架(10)上装有拾振传感器(12)，拾振传感器(12)顶在隔振平台(14)底面。
2.根据权利要求1所述的一种主动精密隔振装置，其特征在于：所说的超磁致伸缩驱动器(9)包括将外套(9.4)固定于是底座(9.1)较大凸台的圆柱面上，磁致伸缩棒(9.5)放在底座(9.1)中央较小的凸台上，绕有线圈(9.6)的骨架(9.3)套在磁致伸缩棒(9.5)外，磁致伸缩棒(9.5)顶着输出杆(9.7)，输出杆(9.7)凸台的杆上套有预压弹簧(9.8)，拧紧螺母(9.9)空套在凸台的杆上与外套(9.4)螺纹配合并压预压弹簧(8)上。
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