CN219388514U - 具有自平衡的四自由度隔振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有自平衡的四自由度隔振装置，其包括自平衡支链、准零刚度支链和支撑平台，四个自平衡支链均匀分布在准零刚度支链四周，自平衡支链的上平台与准零刚度支链的连接座通过连接板连接，支撑平台设置在四个自平衡支链中心，支撑平台下表面通过球副与四个自平衡支链的中心连杆连接，本实用新型采用一个正刚度弹簧作为准零隔振正刚度，四个弹簧阻尼器作为准零隔振负刚度形成准零刚度隔振机构，同时运用配重环实现支链自平衡，四个自平衡支链中心对称布置实现整体结构自平衡，在多种姿态下隔振机构自身性能不受自身结构重力的影响，自身结构的重心不发生变化，具有更好的振动环境适应性。

Description

具有自平衡的四自由度隔振装置

技术领域

本实用新型属于隔振器械领域，具体涉及一种具有自平衡的四自由度隔振装置。

背景技术

振动是一种普遍的物理现象，在精密机械方面对系统隔振性能的要求日益提高，精密仪器设备在运输或者工作过程中不可避免地会受到路面或工作环境带来的不同方向的干扰和振动,这些振动不同程度地影响了它们的使用精度和寿命，使机械产品的加工质量和生产效率难以得到保障。

系统刚度k减小或被隔振体质量m增大会导致被隔振物体的静位移过大，稳定性变差，因此，在隔离低频振动时，传统的线性隔振器面临着系统的承载能力和隔振效果之间的矛盾，与此同时，在实际应用中还需要考虑承载物体存在质量变化的情形，转动方向当转动中心与综合重心不重合时，系统类似单摆结构，当重心高于转心时属于不稳定正摆，当重心低于转心时属于单摆，均不适合隔离低频振动，需要考虑整个系统的静态平衡，消减低频振动的同时又能保证整体结构稳定性，因此，有必要提出一种具有自平衡的四自由度隔振装置。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种具有自平衡的四自由度隔振装置，其包括自平衡支链、准零刚度支链和支撑平台，准零刚度支链设置在下方，自平衡支链均匀分布在准零刚度支链四周，自平衡支链的上平台与准零刚度支链的连接座通过连接板连接。本实用新型采用一个正刚度弹簧作为准零隔振正刚度，弹簧阻尼器作为准零隔振负刚度从而形成准零刚度隔振机构，同时运用配重实现支链自平衡，多个自平衡支链中心对称布置实现整体结构自平衡，在多种姿态下隔振机构自身性能不受自身结构重力的影响，自身结构的重心不发生变化，具有更好的振动环境适应性。

本实用新型提供一种具有自平衡的四自由度隔振装置，其包括自平衡支链、准零刚度支链和支撑平台，所述自平衡支链均匀分布在准零刚度支链的周围，自平衡支链的上平台与准零刚度支链的连接座通过连接板连接，支撑平台设置在自平衡支链的中心，支撑平台的下表面通过球副与自平衡支链的中心连杆连接；所述准零刚度支链，其包括固定底座、连接座、第一弹簧阻尼器和正刚度弹簧，所述固定底座包括底板、加强筋和阶梯柱，所述加强筋设置在所述底板的上表面，且沿所述底板的对角线分布，所述阶梯柱设置在所述加强筋交点的上方；所述连接座包括悬臂、连接柱、连接通孔和第一连接板，所述第一连接板和悬臂依次交替间隔设置于所述连接柱的周围，所述连接座的连接通孔套设在所述固定底座的阶梯柱上，且所述正刚度弹簧设置于所述阶梯柱与所述连接通孔之间；所述支撑平台的上表面设有承载待隔振物体的挡块；所述自平衡支链通过第二连接板与所述连接座上的第一连接板连接；所述自平衡支链包括下平台、连接杆、中心连杆、第二弹簧阻尼器和上平台，所述下平台与上平台均呈圆环状，且所述上平台的一侧设有第二连接板，所述连接杆布设于所述下平台与上平台之间，且所述连接杆的上下两端通过各自的万向节与所述上平台和下平台分别连接，所述第二连接板的第一侧的相邻两个连接杆中间设有第二弹簧阻尼器，且所述第二弹簧阻尼器的上下两端通过各自的球副与所述上平台和下平台分别连接，所述中心连杆的上端通过球副与所述支撑平台连接，所述中心连杆的下端穿过所述上平台与所述下平台的中心处连接。

在一种优选的实施方式中，所述自平衡支链还包括拉簧和柔性环，所述拉簧设于所述第二连接板的第二侧的相邻两个连接杆之间，且所述拉簧的上端与连接杆的上端连接，所述拉簧的下端与相邻的连接杆的下端连接。

进一步，所述自平衡支链水平设有呈中心对称分布的四组，相邻两组自平衡支链之间间隔90°。

可优选的是，所述自平衡支链处于初始状态时，所述自平衡支链的中心连接杆轴线的延长线相交于一个交点上，且所述交点与所述支撑平台的旋转中心相重合。

可优选的是，所述固定底座还包括连接耳，所述连接耳朝所述加强筋方向均布于所述阶梯柱的圆柱部四周。

可优选的是，所述正刚度弹簧的上端与所述连接通孔的内侧端面相接触，所述正刚度弹簧的下端与所述阶梯柱连接。

可优选的是，所述第一弹簧阻尼器的第一端通过转动副连接悬臂的末端，所述第一弹簧阻尼器的第二端通过转动副与连接耳相连。

可优选的是，所述悬臂的朝向与所述连接耳的朝向相同。

可优选的是，所述自平衡支链还包括配重环，所述连接杆的上端设有连接球，所述连接球穿过所述上平台后通过球副与所述配重环连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型具有自平衡的四自由度隔振装置，具有自平衡特性，在多种姿态下隔振机构自身性能不受自身结构重力的影响，自身结构的重心不发生变化，具有更好的振动环境适应性。

(2)本实用新型具有自平衡的四自由度隔振装置，具有完全对称性，隔振效果的各向同性更佳。

(3)本实用新型具有自平衡的四自由度隔振装置，冗余隔振分支为隔振机构提升了容错性，即使其中一组自平衡分支出现故障，仍能保证系统的隔振性能，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型具有自平衡的四自由度隔振装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的准零刚度支链结构示意图；

图3为本实用新型的准零刚度支链结构正视半剖图；

图4为本实用新型的自平衡支链结构示意图；

图5为本实用新型中自平衡支链正视图。

主要附图标记：

准零刚度支链1，固定底座11，底板111，加强筋112，阶梯柱113，连接耳114，连接座12，连接柱120，悬臂121，第一连接板122，连接通孔123，第一弹簧阻尼器13，正刚度弹簧14，支撑平台2，自平衡支链3，柔性环31，下平台32，第二弹簧阻尼器33，配重环34，上平台35，第二连接板351，连接杆36，连接球361，拉簧37，中心连杆38，第一弹簧阻尼器的第一端131，第一弹簧阻尼器的第二端132。

具体实施方式

为详尽本实用新型之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本实用新型提供的具有自平衡的四自由度隔振装置，如图1～图5所示，其包括自平衡支链3、准零刚度支链1和支撑平台2。准零刚度支链1设置在装置的下部，多个自平衡支链3均匀分布在准零刚度支链1的四周，自平衡支链3的上平台35与准零刚度支链1的连接座12通过连接板连接，支撑平台2设置在自平衡支链3中心，支撑平台2的下表面通过球副与自平衡支链3的中心连杆38连接。在本实用新型的一个优选实施方式中，自平衡支链3的数量可以设置为四个或者八个，下面以四个自平衡支链3为例做进一步说明。

如图2和图3所示，准零刚度支链1，其包括固定底座11、连接座12、第一弹簧阻尼器13和正刚度弹簧14。固定底座11包括底板111、加强筋112、阶梯柱113和连接耳114。底板111设置有加强筋112，且沿底板111的对角线分布。阶梯柱113设置在加强筋112交点上方，连接耳114为四个，朝加强筋112方向均布于阶梯柱113圆柱部四周；连接座12包括悬臂121、连接柱120、连接通孔123和第一连接板122，多个第一连接板122和多个悬臂121依次交替间隔设置于连接柱120的周围，且悬臂121的朝向与连接耳114的朝向相同，连接座12的连接通孔123套设在固定底座11的阶梯柱113上，且正刚度弹簧14设置于阶梯柱113与连接通孔123之间。第一弹簧阻尼器的第一端131通过转动副连接悬臂121的末端，第一弹簧阻尼器的第二端132通过转动副与连接耳114相连。

如图1所示，支撑平台2为圆环状，支撑平台2的下表面通过球副与四组自平衡支链3连接，支撑平台2的上表面设有承载待隔振物体的挡块21。

如图4和图5所示，自平衡支链3通过第二连接板351与连接座12上的第一连接板122连接，且自平衡支链3包括下平台32、连接杆36、中心连杆38、第二弹簧阻尼器33、配重环34和上平台35。下平台32与上平台35均呈圆环状，且上平台35的一侧设有第二连接板351，连接杆36均布设于下平台32与上平台35之间，且连接杆36的上下两端均通过万向节与上平台35以及下平台32连接，第二连接板351的第一侧本实施例中为左侧相邻两个连接杆36中间设有第二弹簧阻尼器33，且第二弹簧阻尼器33的上下两端均通过球副与上平台35以及下平台32连接，连接杆36的上端还包括连接球361，三个连接球361穿过上平台35通过球副与配重环34连接，中心连杆38的上端通过球副与支撑平台2连接，且中心连杆38的下端穿过上平台35与下平台32的中心处连接，自平衡支链3还包括拉簧37和柔性环31，拉簧37设于第二连接板351第二侧本实施例中为右侧相邻两个连接杆36之间以及第二连接板351两侧相邻两个连接杆36之间，且拉簧37的上端与连接杆36的上端连接，拉簧37的下端与相邻连接杆36的下端连接，通过设置拉簧37能防止自平衡支链3过度旋转，且柔性环31设于上平台35内侧，能避免中心连杆38与上平台35直接发生碰撞。

以下结合实施例对本实用新型具有自平衡的四自由度隔振装置做进一步描述：

如图1～图5所示，配重环34通过球副与连接杆36相连，以上平台35一侧的万向节为支撑实现自平衡支链3的支链自平衡，四组自平衡支链3中心对称分布，实现整体结构的自平衡，使得在多种姿态下隔振机构自身性能不受自身结构重力的影响，自身结构的重心不发生变化，具有更好的振动环境适应性，同时采用3UU机构与第二弹簧阻尼器33并联的形式，实现支撑平台2的三个转动自由度，且对三个旋转方向均具有隔振效果；被隔振物体放置在支撑平台2上方，通过调节正刚度弹簧14的刚度，使得当被隔振物体质量与正刚度弹簧6达到重力平衡位置时，四个第一弹簧阻尼器13处于水平位姿，使得准零刚度支链1处于准零隔振带范围内，实现机构竖直方向的隔振。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，其包括自平衡支链、准零刚度支链和支撑平台，所述自平衡支链均匀分布在准零刚度支链的周围，自平衡支链的上平台与准零刚度支链的连接座通过连接板连接，支撑平台设置在自平衡支链的中心，支撑平台的下表面通过球副与自平衡支链的中心连杆连接；

所述准零刚度支链，其包括固定底座、连接座、第一弹簧阻尼器和正刚度弹簧，所述固定底座包括底板、加强筋和阶梯柱，所述加强筋设置在所述底板的上表面，且沿所述底板的对角线分布，所述阶梯柱设置在所述加强筋交点的上方；所述连接座包括悬臂、连接柱、连接通孔和第一连接板，所述第一连接板和悬臂依次交替间隔设置于所述连接柱的周围，所述连接座的连接通孔套设在所述固定底座的阶梯柱上，且所述正刚度弹簧设置于所述阶梯柱与所述连接通孔之间；

所述支撑平台的上表面设有承载待隔振物体的挡块；

所述自平衡支链通过第二连接板与所述连接座上的第一连接板连接；所述自平衡支链包括下平台、连接杆、中心连杆、第二弹簧阻尼器和上平台，所述下平台与上平台均呈圆环状，且所述上平台的一侧设有第二连接板，所述连接杆布设于所述下平台与上平台之间，且所述连接杆的上下两端通过各自的万向节与所述上平台和下平台分别连接，所述第二连接板的第一侧的相邻两个连接杆中间设有第二弹簧阻尼器，且所述第二弹簧阻尼器的上下两端通过各自的球副与所述上平台和下平台分别连接，所述中心连杆的上端通过球副与所述支撑平台连接，所述中心连杆的下端穿过所述上平台与所述下平台的中心处连接。

2.根据权利要求1所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述自平衡支链还包括拉簧和柔性环，所述拉簧设于所述第二连接板的第二侧的相邻两个连接杆之间，且所述拉簧的上端与连接杆的上端连接，所述拉簧的下端与相邻的连接杆的下端连接。

3.根据权利要求2所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述自平衡支链水平设有呈中心对称分布的四组，相邻两组自平衡支链之间间隔90°。

4.根据权利要求3所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述自平衡支链处于初始状态时，所述自平衡支链的中心连接杆轴线的延长线相交于一个交点上，且所述交点与所述支撑平台的旋转中心相重合。

5.根据权利要求1所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述固定底座还包括连接耳，所述连接耳朝所述加强筋方向均布于所述阶梯柱的圆柱部四周。

6.根据权利要求5所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述正刚度弹簧的上端与所述连接通孔的内侧端面相接触，所述正刚度弹簧的下端与所述阶梯柱连接。

7.根据权利要求5所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述第一弹簧阻尼器的第一端通过转动副连接悬臂的末端，所述第一弹簧阻尼器的第二端通过转动副与连接耳相连。

8.根据权利要求5所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述悬臂的朝向与所述连接耳的朝向相同。

9.根据权利要求5所述的具有自平衡的四自由度隔振装置，其特征在于，所述自平衡支链还包括配重环，所述连接杆的上端设有连接球，所述连接球穿过所述上平台后通过球副与所述配重环连接。