CN107387654B - 一种索牵引平动被动晶振减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种索牵引平动被动晶振减振装置，包括作为机架的周边支座、设在周边支座上的索调节机构Ⅰ，以及通过牵引索连接索调节机构Ⅰ与被保护的减振平台，通过索调节机构Ⅰ对牵引索的索长进行微量的调节，从而使被保护的减振平台稳定在需要的固定频率上。本发明采用绳索减振，能够有效降低减振***的固有频率；通过绳索的不同预应力和不同拓扑形式，能实现空间相互垂直的三个平动方向上减振；由于绳索变形具有几何非线性，故该装置又具有一定的抗冲击能力；索应力的微小变化即可引起固有频率的明显变化，因此需要采用高精度的索调节机构，准确实现减振频率可调的功能。

Description

一种索牵引平动被动晶振减振装置

技术领域

本发明涉及机械精密仪器领域，涉及一种晶振的减振装置，具体是指一种索牵引平动被动晶振减振装置。

背景技术

机载电子设备中的频率综合器需要晶振为其提供基准信号，高稳晶振具有相位噪声低、频率温度稳定性高、频率准确度高等突出优点，在很多领域中被称为***的“心脏”，影响并制约着***甚至航天器性能的发挥。然而外界环境对晶振的工作性能有很大的影响，主要表现在外界环境的振动和冲击会使晶振输出电信号特性变差，相位噪声增大，从而无法满足作为高稳基频信号的要求。晶振减振***的设计，应该在满足承载能力的条件下最大限度的降低***的固有频率，以有效地隔离低频振动。但是降低***固有频率的同时会减弱***的抗冲击能力；而外界冲击会严重影响机载电子设备的性能，甚至造成设备的破坏。此外，晶振还需满足在空间相互垂直的三个平动方向减振的功能。最后，随着电子设备的复杂程度越来越高，同一电子设备往往会有多个不同的工作状况，且在不同工况下工作时所受的振动激励的频率特性差别很大，因此减振装置还需要具有减振频率可调的能力。

因此需要减振***具有非线性的刚度特性以兼顾低频减振，抗冲击、空间相互垂直的三个平动方向上减振以及减振频率可调等四个要求：即小振幅振动时***刚度低，能够低频减振；在冲击作用下振幅较大时，***刚度急剧增大，能够抗冲击；空间相互垂直的三个平动方向上减振，实现***减振功能；减振频率可调，使晶振能适用于复杂的工作状况。

目前大多数研究机构的晶振减振装置有以下几种局限性：第一，大多数装置采用橡胶、弹簧、钢丝绳及垫片等作为减振材料，使用这种减振材料的减振***基频往往较高，不能有效隔离低频振动；第二，多数减振***往往根据某一单一频率或者在某一单一自由度上进行减振控制，其减振能力不具有普适性；第三，很多减振装置抗冲击能力较差。

为避免以上传统设计方案的局限性，提供了一种新的减振装置——索牵引平动被动晶振减振装置成为目前本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种索牵引平动被动晶振减振装置，能够实现低频减振、抗冲击、空间三个平动方向上减振以及减振频率可调的功能。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种索牵引平动被动晶振减振装置，包括作为机架的周边支座、设在周边支座上的索调节机构Ⅰ，以及通过牵引索连接索调节机构Ⅰ与被保护的减振平台，通过索调节机构Ⅰ对牵引索的索长进行微量的调节，从而使被保护的减振平台稳定在需要的固定频率上。

进一步，所述周边支座为长方形的框架结构，包括由八个支撑台连接支撑杆构成的长方形框架，各支撑台为正方体结构，位于周边支座框架的顶点位置，其表面固接3个索调节机构Ⅰ和3根支撑杆；索调节机构Ⅰ固接在支撑台最外侧顶点所在的三个平面。

进一步，在长方形框架的每个面上设置四个沿对角线分布的索调节机构Ⅰ，各索调节机构Ⅰ通过牵引索连接到减振平台的各面上。

进一步，支撑杆为L型杆件，位于周边支座棱线位置。

进一步，所述减振平台的形状为正棱锥、正棱柱或球体；减振平台被牵引索张拉在周边支座的中心位置，其内部为空腔结构，用于安装晶振，在其表面固接有连接第二牵引索的拉钩；牵引索对称张拉在周边支座的各单体索调节机构Ⅰ和减振平台之间。

进一步，所述牵引索为六组相同的索结构，每组牵引索由第一牵引索、第二牵引索和索环组成；第一牵引索一端连接在索调节机构Ⅰ的拉钩上，另一端连接在索环的顶点；第二牵引索一端连接在索环顶点，另一端连接在减振平台表面的拉钩上，同时第一牵引索和第二牵引索在索环同一平面顶点的延长线交于同一点，且过该点的第一牵引索的中心轴线通过减振平台质心。

进一步，所述索环为柔索构成的封闭结构，连接第一牵引索和第二牵引索，并被张拉成多边形的形状，其位于周边支座表面的中心位置，且因第一牵引索张拉的原因略低于周边支座的表面。

进一步，第一牵引索和第二牵引索对索环作用力的合力大小相等、方向相反、且在同一直线上，使得索环处于平衡状态，具有确定的形状和位置，在X、Y和Z方向上分别设置第一牵引索和第二牵引索，实现减振平台三个平动方向减振。

进一步，所述索调节机构Ⅰ包括设在支撑台表面的安装座，和设在安装座中相互平行的丝杠和两个导轨，滑动工作台贯穿在丝杠和导轨上；在安装座下方的基座上设有主尺；在安装座外侧分别设有分度转盘和制动器，在分度转盘上设有副尺；在滑动工作台的顶部设有测力装置，测力装置外侧设有连接第一牵引索的挂钩。

进一步，当制动器打开时，通过丝杠转动，对减振平台的减振频率进行调节；当制动器关闭时，丝杠被锁紧，减振平台的减振频率在外界环境中保持不变。

本发明采用绳索减振，能够有效降低减振***的固有频率；通过绳索的不同预应力和不同拓扑形式，能实现空间相互垂直的三个平动方向上减振；由于绳索变形具有几何非线性，故该装置又具有一定的抗冲击能力；索应力的微小变化即可引起固有频率的明显变化，因此需要采用高精度的索调节机构，准确实现减振频率可调的功能。

本发明有以下几个优点：

1.晶振减振***可以通过改变牵引索的预应力、横截面积以及拓扑形式等改变整个减振***的频率特性，实现低频减振且空间相互垂直的三个平动方向上减振。

2.绳索变形具有几何非线性，可以有效抵抗冲击载荷。

3.索调节机构能实现高精度的索长调节，测力计能直观的显示索张拉时的应力细微变化，实现减振装置频率特性的准确调节。

4.本装置的机构对称分布，结构简单、所占空间小、重量轻、易于实用、值得推广。

附图说明

图1(a)和图1(b)分别是索牵引平动被动晶振减振装置轴侧图和俯视图；

图2是索牵引平动被动晶振减振装置索连接方式示意图；

图3(a)和图3(b)分别是索牵引平动被动晶振减振装置索调节机构轴侧图和俯视图；

图4是索牵引平动被动晶振减振装置安装座示意图；

图5是索牵引平动被动晶振减振装置减振平台示意图；

图中：1.第一牵引索，2.第二牵引索，3.索环，4.支撑台，5.支撑杆，Ⅰ.索调节机构，6.安装座，601.丝杠通孔，602.导轨通孔，7.丝杠，8.丝杠螺母，9.导轨，10.滑动工作台，11.测力装置，12.分度转盘，13.制动器，14.副尺，15.主尺,16.减振平台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1(a)和图1(b)所示，一种索牵引平动被动晶振减振装置，包括作为机架的周边支座、设在周边支座上的索调节机构Ⅰ，以及通过牵引索连接的被保护的减振平台16，通过索调节机构Ⅰ对牵引索的索长进行微量的调节，从而使被保护的减振平台16稳定在需要的固定频率上。

如图1(a)和图1(b)所示，周边支座为长方形的框架结构，包括由八个支撑台4连接支撑杆5构成的长方形框架，各支撑台4为正方体结构，位于周边支座框架的顶点位置，其表面固接3个索调节机构Ⅰ和3根支撑杆5；索调节机构Ⅰ固接在支撑台4最外侧顶点所在的三个平面，在长方体框架的每个面上设置四个沿对角线分布的索调节机构Ⅰ，各索调节机构Ⅰ通过牵引索连接到减振平台16的各面上。支撑杆5为L型杆件，位于周边支座棱线位置。

减振平台16被牵引索张拉在周边支座的中心位置，其内部为空腔结构，用于安装晶振；牵引索为六组相同的索结构，对称张拉在周边支座的各单体索调节机构Ⅰ和减振平台16之间。

如图1(a)和图1(b)和图2所示，牵引索为六组相同的索结构，每组牵引索由第一牵引索1、第二牵引索2和索环3组成。第一牵引索1由多根柔索组成，每根柔索一端连接在索调节机构Ⅰ的拉钩上，另一端连接在索环3的顶点，以索环3为核心放射状分布。第二牵引索2由多根柔索组成，每根柔索一端连接在索环3顶点，另一端连接在减振平台16表面的拉钩上，同时第一牵引索1和第二牵引索2在索环3同一平面顶点的柔索延长线交于同一点(若各柔索相互平行，则该点位于无限远处)，且过该点的第一牵引索1的中心轴线通过减振平台16质心。索环3为柔索构成的封闭结构，连接第一牵引索1和第二牵引索2，并被张拉成多边形的形状，其位于周边支座表面的中心位置，且因第一牵引索1张拉的原因略低于周边支座的表面。其中，第一牵引索1和第二牵引索2对索环3作用力的合力大小相等、方向相反、且在同一直线上，使得索环3处于平衡状态，具有确定的形状和位置。通过调整索环3的拓扑结构，实现减振***频率特性的优化。

其中，牵引索为柔性张拉结构，只有在施加预应力之后，结构才具有刚度和确定的形状，将减振平台16张拉到设计的位置。通过基于有限元法的找形分析，可确定减振装置在很低的固有频率下的预应力值以及和预应力条件相适应的几何结构。将空间内互相垂直的三个方向设为X、Y和Z方向，在X、Y和Z方向上轴方向上设置牵引索，由于柔索受力只能沿自身的方向，即可以在减振平台16的X、Y和Z轴方向施加力，实现减振平台16三个平动方向减振。

如图3(a)和图3(b)所示，索调节机构Ⅰ包括设在支撑台4表面的两个安装座6，在支撑台4表面沿第一牵引索1方向固定连接；如图4所示，丝杠7安装在安装座6上方位置的丝杠通孔601中，两个导轨9对称的固定在安装座6下方位置的导轨通孔602中，且安装方向都相互平行。滑动工作台10在与安装座6安装丝杠7和导轨9的位置对应的开有通孔，上方的通孔与丝杠螺母8固定连接，下方的通孔与两导轨9配合。该机构可以将丝杠7的旋转运动转化为滑动工作台10的直线运动；测力装置11与滑动工作台10上表面固定连接，通过位于测力装置11外侧的挂钩连接第一牵引索1；通过对牵引索进行高精度的微量调节，调节的牵引索预应力变化可以通过测力装置11显示；分度转盘12安装在安装座6外侧，且与丝杠7固定连接，即转动分度转盘12可带动丝杠7相对安装座6旋转，实现微量的预应力调节；制动器13固定连接在安装座6的另一侧，且与丝杠7配合安装，实现索调节机构的锁定；即当制动器13打开时，丝杠7可自由转动，对减振装置的减振频率进行调节，当制动器13关闭时，丝杠7被锁紧，装置的减振频率在外界环境中保持不变。

下面说明分度转盘如何实现索长精确调节的：

如图3(a)和图3(b)所示，在分度转盘12上沿圆周方向刻有n(n＝20—80)个等分的可动刻度，在安装分度转盘12的安装座6顶部刻有一个固定刻度，作为副尺14；在支撑台4上沿丝杠7轴线方向上刻有一条直线，其一侧是一个有毫米刻度的直尺，另一侧将每个毫米刻度再依据丝杠螺距h均匀地划分成m(m＝1/h)个刻度，作为主尺15。分度转盘12旋转一周，滑动工作台10便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距h的距离，也即是主尺15上最小的一个刻度距离。而分度转盘12旋转副尺14的一个刻度，滑动工作台10便沿着旋转轴线方向前进或后退h/n的距离。读数时，从主尺15上读取毫米数，然后从副尺14上读取剩余部分，再把两部分读数相加，得测量值。

如图5所示，减振平台16的形状可以为正方体、正棱锥、正棱柱或球体，连接在减振平台16上的第二牵引索2两两相互垂直，将其张拉保护在周边支座的中心位置。其内部为空腔结构，用于安装晶振，在其表面固接有连接第二牵引索2的拉钩。

下面说明减振装置是如何实现频率调节功能的：

牵引索为柔性张拉结构，预应力值的大小对其固有频率有很大的影响，通过有限元法分析可知，当预应力值较小时，减振***才可取得很低的固有频率，即对***固有频率的调节需要索调节机构Ⅰ具有高精度的微量调节。预应力调节时，打开索调节机构Ⅰ的制动器13，转动分度转盘12，对牵引索的索长进行微量的调节，与第一牵引索1相连的测力装置11上会显示索张拉时应力的具体变化，将应力调整到通过分析得到的预应力值后，开启制动器13锁定索调节机构Ⅰ，减振装置稳定在需要的固定频率。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，包括作为机架的周边支座、设在周边支座上的索调节机构Ⅰ，以及通过牵引索连接索调节机构Ⅰ与被保护的减振平台(16)，通过索调节机构Ⅰ对牵引索的索长进行微量的调节，从而使被保护的减振平台(16)稳定在需要的固定频率上；

所述周边支座为长方形的框架结构，包括由八个支撑台(4)连接支撑杆(5)构成的长方形框架，各支撑台(4)为正方体结构，位于周边支座框架的顶点位置，其表面固接3个索调节机构Ⅰ和3根支撑杆(5)；索调节机构Ⅰ固接在支撑台(4)最外侧顶点所在的三个平面。

2.根据权利要求1所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，在长方形框架的每个面上设置四个沿对角线分布的索调节机构Ⅰ，各索调节机构Ⅰ通过牵引索连接到减振平台(16)的各面上。

3.根据权利要求1所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，支撑杆(5)为L型杆件，位于周边支座棱线位置。

4.根据权利要求1所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，所述牵引索为六组相同的索结构，每组牵引索由第一牵引索(1)、第二牵引索(2)和索环(3)组成；第一牵引索(1)一端连接在索调节机构Ⅰ的拉钩上，另一端连接在索环(3)的顶点；第二牵引索(2)一端连接在索环(3)顶点，另一端连接在减振平台(16)表面的拉钩上，同时第一牵引索(1)和第二牵引索(2)在索环(3)同一平面顶点的延长线交于同一点，且过该点的第一牵引索(1)的中心轴线通过减振平台(16)质心。

5.根据权利要求4所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，所述第一牵引索(1)和第二牵引索(2)由多根柔索组成，索环(3)为柔索构成的封闭结构，连接第一牵引索(1)和第二牵引索(2)，并被张拉成多边形的形状，其位于周边支座表面的中心位置，略低于周边支座的表面。

6.根据权利要求5所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，第一牵引索(1)和第二牵引索(2)对索环(3)作用力的合力大小相等、方向相反、且在同一直线上，使得索环(3)处于平衡状态，具有确定的形状和位置，在X、Y和Z方向上分别设置第一牵引索(1)和第二牵引索(2)，实现减振平台三个平动方向减振。

7.根据权利要求4所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，所述减振平台(16)的形状为正棱锥、正棱柱或球体；减振平台(16)被牵引索张拉在周边支座的中心位置，其内部为空腔结构，用于安装晶振。

8.根据权利要求4所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，在所述减振平台(16)表面固接有连接第二牵引索(2)的拉钩；牵引索对称张拉在周边支座的索调节机构Ⅰ和减振平台(16)之间。

9.根据权利要求1所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，所述索调节机构Ⅰ包括设在支撑台(4)表面的安装座(6)，和设在安装座(6)中相互平行的丝杠(7)和两个导轨(9)，滑动工作台(10)贯穿在丝杠(7)和导轨(9)上；在安装座(6)下方的基座上设有主尺(15)；在安装座(6)外侧分别设有分度转盘(12)和制动器(13)，在分度转盘(12)上设有副尺(14)；在滑动工作台(10)的顶部设有测力装置(11)，测力装置(11)外侧设有连接第一牵引索(1)的挂钩。

10.根据权利要求9所述的索牵引平动被动晶振减振装置，其特征在于，当制动器(13)打开时，通过丝杠(7)转动，对减振平台(16)的减振频率进行调节；当制动器(13)关闭时，丝杠(7)被锁紧，减振平台(16)的减振频率在外界环境中保持不变。