一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台

1.一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：包括承载组件、定平台框架和减振组件，其中，
承载组件，用于承载隔振物体；
定平台框架，设有一开口端和与开口端连通的空腔，空腔中容纳有承载组件和减振组件；
减振组件，包括在空腔内沿纵向布置且阻尼可调的上减振组件和下减振组件，承载组件通过上减振组件和下减振组件与定平台框架连接；
所述上减振组件和下减振组件均包括减振器、套设在减振器上的弹簧和设在减振器两端的安装结构，减振器为阻尼可调式减振器，减振器通过两端的安装结构分别与所述承载组件和所述定平台框架连接，减振器设有分别与弹簧的上端和下端连接的上弹簧座和下弹簧座；
所述减振器包括储油筒、工作缸、活塞组件和与活塞组件连接的用于调节活塞组件阻尼力的阻尼调节机构，活塞组件包括一空心活塞杆和位于工作缸内且连接在空心活塞杆下端的活塞阀总成，所述上弹簧座与空心活塞杆的上端连接；
所述活塞阀总成包括活塞本体和位于活塞本体中可转动的旋转阀芯，活塞本体中心设有容纳旋转阀芯的阀腔，旋转阀芯设有沿轴向延伸的中心孔和沿径向贯穿旋转阀芯且与中心孔连通的阀芯阻尼通道，阀芯阻尼通道沿旋转阀芯轴向设有孔径大小不同的若干个且沿旋转阀芯周向均匀分布，活塞本体内设有分别位于旋转阀芯两侧的两个主阻尼通道和连通各阀芯阻尼通道与主阻尼通道的若干个径向导通孔，径向导通孔沿活塞本体径向延伸且各径向导通孔的轴线相平行。
2.根据权利要求1所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：所述上减振组件在所述承载组件的外侧沿周向设有三个。
3.根据权利要求1所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：所述下减振组件在所述承载组件的下方沿周向设有三个。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：
所述下弹簧座与所述减振器为螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：所述阻尼调节机构包括插入所述空心活塞杆中可转动的控制杆、用于驱动控制杆转动的阻尼调节旋钮和设在所述上弹簧座上的盖体，阻尼调节旋钮端部插入盖体中通过锥齿轮机构与控制杆的上端连接，控制杆的下端插入所述活塞本体中与所述旋转阀芯连接，控制杆内设有与所述旋转阀芯的中心孔连通的轴向导通孔，控制杆设有沿径向贯穿且与轴向导通孔连通的若干个径向小孔，径向小孔的个数与所述阀芯阻尼通道的个数相等且沿控制杆周向均匀分布，空心活塞杆设有沿径向贯穿且连通所述工作缸的上腔室与控制杆上的径向小孔的通孔。
6.根据权利要求5所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：所述承载组件包括用于承载隔振物体的承载平台和位于承载平台下方的中间平台，承载平台通过支柱与中间平台连接，中间平台与所述减振组件连接。
7.根据权利要求6所述的具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，其特征在于：所述定平台框架的空腔内底部设有位于所述中间平台下方的限位块。

一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台\n技术领域\n[0001] 本发明涉及适用于低频或超低频隔振的一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台；\n该隔振平台可广泛应用于汽车、船舶、飞机、航空航天器、精密仪器、精密机床加工等领域的缓冲隔振。\n背景技术\n[0002] 传统的被动隔振系统在外界激励频率大于隔振系统本身固有频率的 倍时，才能起到隔振作用。这种隔振系统可较好地隔离激励频率大于 倍系统固有频率的中、高频振动，但隔离激励频率小于 倍系统固有频率的低频振动尤其是超低频振动的能力较差。为了提高被动隔振系统隔离低频和超低频振动的能力，应降低隔振系统的固有频率，通常有两种办法：一是减小隔振系统的刚度；二是加配重质量。但对于垂直隔振系统，减小刚度会使隔振系统的静态位移增大和稳定性下降；而加配重质量显然是最后的选择，只有在万不得已的情况下，应用场合有限。为了克服系统刚度和静态位移之间的矛盾，隔振系统应同时具有较高的静态刚度和较低的动态刚度，较高的静态刚度保证系统承载能力较大，静态位移较小；较低的动态刚度保证系统固有频率较低，低频隔振效果较好。现有的有源主动隔振和半主动隔振虽能有效隔离低频振动，但系统结构复杂，制造成本高，耗费能源，且会引起电磁污染。\n发明内容\n[0003] 本发明提供一种兼备较高静态刚度和较低动态刚度、且阻尼可调的、具有准零刚度特性的隔振平台。\n[0004] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，包括承载组件、定平台框架和减振组件，其中，\n[0005] 承载组件，用于承载隔振物体；\n[0006] 定平台框架，设有一开口端和与开口端连通的空腔，空腔中容纳有承载组件和减振组件；\n[0007] 减振组件，包括在空腔内沿纵向布置且阻尼可调的上减振组件和下减振组件，承载组件通过上减振组件和下减振组件与定平台框架连接。\n[0008] 所述上减振组件在所述承载组件的外侧沿周向设有三个。\n[0009] 所述下减振组件在所述承载组件的下方沿周向设有三个。\n[0010] 所述上减振组件和下减振组件均包括减振器、套设在减振器上的弹簧和设在减振器两端的安装结构，减振器为阻尼可调式减振器，减振器通过两端的安装结构分别与所述承载组件和所述定平台框架连接，减振器设有分别与弹簧的上端和下端连接的上弹簧座和下弹簧座。\n[0011] 所述下弹簧座与所述减振器为螺纹连接。\n[0012] 所述减振器包括储油筒、工作缸、活塞组件和与活塞组件连接的用于调节活塞组件阻尼力的阻尼调节机构，活塞组件包括一空心活塞杆和位于工作缸内且连接在空心活塞杆下端的活塞阀总成，所述上弹簧座与空心活塞杆的上端连接。\n[0013] 所述活塞阀总成包括活塞本体和位于活塞本体中可转动的旋转阀芯，活塞本体中心设有容纳旋转阀芯的阀腔，旋转阀芯设有沿轴向延伸的中心孔和沿径向贯穿旋转阀芯且与中心孔连通的阀芯阻尼通道，阀芯阻尼通道沿旋转阀芯轴向设有孔径大小不同的若干个且沿旋转阀芯周向均匀分布，活塞本体内设有分别位于旋转阀芯两侧的两个主阻尼通道和连通各阀芯阻尼通道与主阻尼通道的若干个径向导通孔，径向导通孔沿活塞本体径向延伸且各径向导通孔的轴线相平行。\n[0014] 所述阻尼调节机构包括插入所述空心活塞杆中可转动的控制杆、用于驱动控制杆转动的阻尼调节旋钮和设在所述上弹簧座上的盖体，阻尼调节旋钮端部插入盖体中通过锥齿轮机构与控制杆的上端连接，控制杆的下端插入所述活塞本体中与所述旋转阀芯连接，控制杆内设有与所述旋转阀芯的中心孔连通的轴向导通孔，控制杆设有沿径向贯穿且与轴向导通孔连通的若干个径向小孔，径向小孔的个数与所述阀芯阻尼通道的个数相等且沿控制杆周向均匀分布，空心活塞杆设有沿径向贯穿且连通所述工作缸的上腔室与控制杆上的径向小孔的通孔。\n[0015] 所述承载组件包括用于承载隔振物体的承载平台和位于承载平台下方的中间平台，承载平台通过支柱与中间平台连接，中间平台与所述减振组件连接。\n[0016] 所述定平台框架的空腔内底部设有位于所述中间平台下方的限位块。\n[0017] 本发明的优点在于：\n[0018] 1、该隔振平台不仅解决了传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题，还避免了采用主动和半主动控制隔振器结构复杂、制造成本高和耗能等缺点；\n[0019] 2、该隔振平台在一定变形范围内，将上端的三支弹簧作为负刚度元件与正刚度的下端三支弹簧并联，可实现该隔振平台在其平衡位置的准零刚度和平衡位置附近的非线性刚度；\n[0020] 3、该隔振平台具有结构简单、阻尼调节简便，适用于宽频域隔振，可广泛应用于对隔振要求严格的精密设备，具有良好的工程适用性；\n[0021] 4、该隔振平台在具有较高支承刚度的同时，还具有很低的运动刚度，静态变形量小，动态固有频率低，隔振效果好；\n[0022] 5、通过阻尼的灵活调节，该平台可解决制约传统隔振系统的固有矛盾：低频振动传递率与高频振动衰减率的矛盾；\n[0023] 6、通过弹簧座高度的调节，能够改变整个平台的高度和静平衡位置，可以适应不同重量的隔振物体。\n附图说明\n[0024] 本说明书包括以下附图，所示内容分别是：\n[0025] 图1是本发明隔振平台的结构图；\n[0026] 图2是承载组件的的结构图；\n[0027] 图3是减振组件的结构图；\n[0028] 图4是减振器的剖视图；\n[0029] 图5是图4中A部分的三维视图；\n[0030] 图6是阻尼调节旋钮结构图；\n[0031] 图7是隔振平台上跳工作视图；\n[0032] 图8是隔振平台下跳工作视图。\n[0033] 图中标记为：\n[0034] 1、支柱；2、球铰链；3、上减振组件；4、下减振组件；5、旋转铰链；6、旋转铰链座；\n7、限位块；8、定平台框架；9、中间平台；10、承载平台；11、连接螺纹管；12、上弹簧座；13、弹簧；14、减振器；15、下弹簧座；16、减振器底座；17、控制杆；18、空心活塞杆；19、轴向导通孔；20、旋转阀芯；21、活塞本体；22、工作缸；23、径向导通孔；24、径向小孔；25、定位螺钉；26、定位钢球；27、阻尼调节旋钮；28、传动锥齿轮副；29、盖体；30、主阻尼通道；31、拉伸阀；32、流通阀；33、补偿阀；34、压缩阀；35、储油筒；36、通孔；37、阀芯阻尼通道。\n具体实施方式\n[0035] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。\n[0036] 如图1至图8所示，本发明一种具有准零刚度的阻尼可调隔振平台，包括承载组件、定平台框架8和减振组件。其中，承载组件是用于承载隔振物体，定平台框架8上设有一开口端和与开口端连通的空腔，空腔中容纳有承载组件和减振组件；减振组件包括在定平台框架8的空腔内沿纵向布置且阻尼可调的上减振组件3和下减振组件4，承载组件通过上减振组件3和下减振组件4与定平台框架8连接，上减振组件3和下减振组件4与中间平台9通过球铰连接，与定平台框架8为转动铰链连接。\n[0037] 具体地说，定平台框架8的整体为圆柱体，开口端朝上，中心处为空腔，定平台框架8是作为整个隔振平台固定安装的基础。承载组件包括用于承载隔振物体的承载平台10和位于承载平台10下方的中间平台9，承载平台10通过三根支柱1与中间平台9固定连接，从而形成一个整体。中间平台9与减振组件连接，如图所示，上减振组件3在中间平台9的外侧以定平台框架8的轴线为中心线沿周向设有三个，下减振组件4在中间平台9的下方以定平台框架8的轴线为中心线沿周向设有三个，上减振组件3和下减振组件4且为均匀分布。中间平台9整体为圆盘状，初始状态下与定平台框架8同轴，中间平台9和承载平台10可以朝上运动从定平台框架8的开口端伸出。\n[0038] 定平台框架8的空腔内底部设有位于中间平台9下方的限位块7，该限位块7采用橡胶制作，用以限制承载平台10瞬间过大的位移，如图8所示，可以对隔振平台起过载保护作用。\n[0039] 上减振组件3和下减振组件4的结构基本相同，均包括一个减振器、套设在减振器上的弹簧13和设在减振器两端的安装结构，上减振组件3尺寸比下减振组件4的尺寸要小些，两者之间的弹簧刚度和减振器的阻尼大小可以不相同。减振器为阻尼可调式减振器，使上减振组件3和下减振组件4的阻尼可调节。减振器是通过两端的安装结构分别与中间平台9和定平台框架8连接，上端的安装结构为分别安装在中间平台9的外圆面和底面沿周向均匀布置的三个球铰链2，中间平台9的外圆面上设有容纳球铰链2的三个凹槽，下端的安装结构包括分别安装在定平台框架8的空腔内底部和开口端的内壁面上且沿周向均匀布置的三个旋转铰链座6以及安装在各减振器下端部的旋转铰链5，旋转铰链5通过一根转轴与旋转铰链座6转动连接。\n[0040] 减振器上还设有分别与弹簧13的上端和下端连接的上弹簧座12和下弹簧座，上弹簧座12是固定安装在减振器上，下弹簧座与减振器为螺纹连接，位置可调节，从而可以使下弹簧座沿着减振器的轴线移动，以改变弹簧13的初始压缩量。三个上减振组件3的三支弹簧13与三个下减振组件4的三支弹簧13配合，可使整个隔振平台具有准零刚度特性，能提高平台的隔振性能，扩大平台的隔振频带宽度。这样，可以使平台达到最佳的隔振效果。\n[0041] 本隔振平台可以根据负载的重量，调节每个下减振组件4中各减振器上的下弹簧座的位置，以改变下减振组件4中的弹簧13的初始压缩量，从而可以调整中间平台9的高度，使系统动平衡位置具有准零刚度特性，此时三个上减振组件3的弹簧13处于压缩状态，三个下减振组件4的弹簧13也处于压缩状态；同时可以通过调节减振器的阻尼，解决低频振动传递率与高频振动衰减率的矛盾，使隔振平台处于最佳工作状态。\n[0042] 整个隔振平台在工作时，先根据隔振物体的重量，调节中间平台9下方的三个减振器上的下弹簧座的高度，使中间平台9与定平台框架8的上端面平齐，若仍达不到要求，可将弹簧13更换为更大刚度的弹簧；再根据外界振源激励情况，调节减振器的阻尼；若激振频率非常低，可调节上减振组件3的减振器上的下弹簧座的高度，此时中间平台9与定平台框架8的上端面平齐，所以施加的力呈周向，以使整个平台刚度趋向于零刚度，即准零刚度。\n[0043] 准零刚度的隔振平台，能大幅度地提高隔振频带的宽度，大范围满足工程实用性，可应用于精密或超精密仪器的隔振。若隔振要求不高，可不需要将中间平台9调整到与定平台框架8的上端面平齐的位置，而是高于定平台框架8的上端面，如图7所示，这时隔振平台是一个普通的线性隔振平台，但阻尼仍然可调节，仍能使平台达到较好的隔振效果，优于现有的线性被动隔振平台。\n[0044] 本隔振平台采用的减振器为阻尼可调式，且为6档可调。如图3所示，其包括储油筒35、工作缸22、活塞组件和与活塞组件连接的用于调节活塞组件阻尼力的阻尼调节机构。活塞组件包括一空心活塞杆18和位于工作缸22内且连接在空心活塞杆18下端的活塞阀总成，上弹簧座12与空心活塞杆18的上端固定连接。\n[0045] 减振组件的减振器主要是通过对活塞阀总成的内部结构进行改进，以实现阻尼的调节。具体地，如图所示，活塞阀总成包括活塞本体21和位于活塞本体21中可转动的旋转阀芯20，活塞本体21的中心处设有容纳旋转阀芯20的阀腔，阀腔为圆形的空腔体，旋转阀芯20整体为圆柱形，旋转阀芯20上设有沿轴向延伸的中心孔和沿径向贯穿旋转阀芯20且与中心孔连通的阀芯阻尼通道37，油液通过中心孔和阀芯阻尼通道37在旋转阀芯20中流动。阀芯阻尼通道37沿旋转阀芯20轴向共设有六个，这六个阀芯阻尼通道37沿旋转阀芯\n20周向均匀分布，相邻两个阀芯阻尼通道37的轴线之间的夹角为30度。为了具备阻尼调节的效果，六个阀芯阻尼通道37的孔径大小是不同的，沿旋转阀芯20的轴向，六个阀芯阻尼通道37是按照孔径由大到小依次设置的，即靠近空心活塞杆18的阀芯阻尼通道37的孔径最大，远离空心活塞杆18的阀芯阻尼通道37的孔径最小。活塞本体21的内部还设有分别位于旋转阀芯20两侧的两个主阻尼通道30和连通各阀芯阻尼通道37与主阻尼通道30的若干个径向导通孔23，主阻尼通道30是从活塞本体21的下端面开始沿与活塞本体21轴线平行的方向向上朝向活塞本体21内部延伸。径向导通孔23在两侧分别设有六个，径向导通孔23是沿活塞本体21径向延伸的且各径向导通孔23的轴线相平行，六个径向导通孔\n23是沿活塞本体21轴向按照孔径由大到小依次设置的，且各个位置处的径向导通孔23的孔径和与之相配合的阀芯阻尼通道37的孔径大小相同，由于阀芯阻尼通道37是错开布置的，因此，每次只有一个阀芯阻尼通道37与一对径向导通孔23连通，形成油液的通道，导通工作缸22的上腔和下腔。旋转阀芯20上其他的孔被活塞本体21内壁封闭，不导通。该减振器通过旋转阀芯20转动一定角度，使不同孔径的阀芯阻尼通道37与相应孔径的径向导通孔23连通，由于孔径的变化，可以改变油液通道的大小，控制工作缸22下腔与上腔之间的油液流量的大小，进而达到改变减振器阻尼的目的。\n[0046] 如图所示，减振器的阻尼调节机构包括插入空心活塞杆18中可转动的控制杆17、用于驱动控制杆17转动的阻尼调节旋钮27和设在上弹簧座12上的盖体29。盖体29固定安装在上弹簧座12的顶面上，盖体29内部设有一空腔。阻尼调节旋钮27是由圆盘状的旋钮本体和设在旋钮本体的旋钮轴构成，旋钮本体的表面标有表示档位的数字，旋钮轴的一端插入盖体29的空腔中，盖体29的侧壁设有让旋转轴穿过的插孔。旋转轴的外圆面上沿圆周方向均匀设有六个档位固定凹槽，一个凹槽代表一个档位，在该档位固定凹槽内设有定位钢球26，在插孔的内壁面上也设有容纳定位钢球26的定位槽，该定位槽中固定安装有一定位螺钉25，定位螺钉25与定位钢球26之间夹有呈压缩状态的定位弹簧，定位弹簧对定位钢球26施加作用力，使定位钢球26始终卡在档位固定凹槽中，使阻尼调节旋钮27保持在设定档位上。旋钮轴的端部插入盖体29中通过锥齿轮机构与控制杆17的上端连接，旋钮轴和控制杆17的端部各设置一个锥齿轮，两个锥齿轮相配合形成传动锥齿轮副28，通过阻尼调节旋钮27的转动来驱动控制杆17转动，控制杆17再带动旋转阀芯20转动，最终达到档位调节的目的。控制杆17的下端插入活塞本体21中与旋转阀芯20固定连接，控制杆\n17的下端内部设有与旋转阀芯20的中心孔连通的轴向导通孔19，控制杆17上还设有沿径向贯穿且与轴向导通孔19连通的若干个径向小孔24，径向小孔24的个数与阀芯阻尼通道\n37的个数相等，也为六个，六个径向小孔24的轴线位于同一平面内并沿控制杆17的周向为均匀分布，另外，在空心活塞杆18上位于活塞阀总成上方的位置处设有沿径向贯穿且连通工作缸22的上腔室与控制杆17上的径向小孔24相对应的通孔36，通孔36的轴线与径向导通孔23的轴线平行，通孔36的个数可以设置成与径向小孔24个数相等，或者只设置一个。在每个档位，要确保空心活塞杆18侧壁上的通孔36与控制杆17上的径向小孔24连通，通孔36、径向小孔24、中心孔、阀芯阻尼通道37、径向导通孔23和主阻尼通道30形成连通工作缸22上腔和下腔的让油液流动的通道。\n[0047] 上述减振器中的油液可以通过所形成的通道在工作缸22的上腔和下腔之间流动，同时在活塞本体21的底部还设有单相导通且导通方向不同的拉伸阀31和流通阀32，拉伸阀31和流通阀32分别位于一个主阻尼通道30的下端开口处。工作缸22的内底部的底座上设置的压缩阀34和补偿阀33可以连通工作缸22的下腔和储油筒35之间的油液。\n在压缩行程时，指活塞向下运动，减振器受压缩，此时工作缸22内的活塞本体21向下移动。\n活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀32、流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被空心活塞杆18占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀34，流回储油筒35。这些阀对油的节流形成减振器受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，指活塞向上运动，减振器受拉伸。这时工作缸22内的活塞本体\n21向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀32关闭，上腔内的油液推开拉伸阀31流入下腔。\n由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀33流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对减振器在伸张运动时起到阻尼作用。\n[0048] 减振器的阻尼是为了消耗系统的振动能量的，上述结构的减振器阻尼可调，一是为了根据系统振动能量的大小，相应地改变阻尼，振动越剧烈，阻尼可调大些，以便快速消耗振动能量；二是为了改变整个隔振平台的阻尼比，以适应各种工程应用，达到宽频带隔振功能。\n[0049] 上述减振器上端的盖体29的顶面还设有一连接螺纹管11，该连接螺纹管11与空心活塞杆18同轴，连接螺纹管11是内壁面设有内螺纹的直管体，在两端分别与中间平台9上的球铰链2和盖体29顶面设置的螺杆螺纹连接，储油筒35下端端盖上设置的减振器底座16与旋转铰链5固定连接。另外，在储油筒35的外表面上靠近下端的部位设有一段外螺纹，用于与下弹簧座螺纹连接。\n[0050] 本隔振平台采用的减振器不限于上述结构，其它具备阻尼可调功能的减振器均能适用本隔振平台。\n[0051] 上述内容中所涉及的上、下等方位词均是以定位平台框架的开口端竖直朝上的方位为基准定义的，减振器的上端是指与中间平台9连接的一端，减振器的下端是指与定平台框架8连接的一端。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。\n[0052] 以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。