CN111779790B - 一种减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种减振装置，涉及振动抑制技术领域，包括底座、负载平台、刚度主动可调组件和阻尼主动可调组件；所述刚度主动可调组件包括第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件，所述第一电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过所述阻尼主动可调组件与所述负载平台连接；所述第二电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过法兰座与所述负载平台连接；所述阻尼主动可调组件、第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件均由外部供电。本发明提供的减振装置，采用电磁负刚度装置作为刚度主动可调组件，结合阻尼主动可调组件，实现共振频率降低，从而提高隔振装置的工作频带范围。

Description

一种减振装置
技术领域
本发明涉及振动抑制技术领域，特别是涉及一种减振装置。
背景技术
随着精密工程技术的不断发展，在精密加工、精密测量及空间微重力等研究领域，对隔离外界宽频带环境振动提出了越来越严格的要求。传统的隔振***主要采用参数固定的弹簧和阻尼器结构来完成对被控对象的减振，具有结构简单、工作可靠、不依赖电源等特点。在一般的工业场合可以达到生产要求，但是对隔离低频和超低频振动的效果并不理想。尤其随着现代工业中加工和测量精度的不断提高，隔振对象又兼具大载荷及结构复杂等特点，开发具有大承载及高隔振带宽的新型减振器显得迫在眉睫。
传统的隔振装置只有当扰动频率大于隔振装置共振频率的倍时才能有效的抑制振动。因此为了提高隔振器的隔振性能，扩大隔振器工作频带范围，就必须降低隔振装置的共振频率。一般通过降低隔振装置的***刚度或增加***质量来实现共振频率的降低。但是，降低***刚度会使得***静变形增大，增加***质量易受空间环境限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种减振装置，以解决上述现有技术存在的问题，采用电磁负刚度装置作为刚度主动可调组件，结合阻尼主动可调组件，实现共振频率降低，从而提高隔振装置的工作频带范围。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种减振装置，包括底座、负载平台、刚度主动可调组件和阻尼主动可调组件；所述刚度主动可调组件包括第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件，所述第一电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过所述阻尼主动可调组件与所述负载平台连接；所述第二电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过法兰座与所述负载平台连接；所述阻尼主动可调组件、第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件均由外部供电。
可选的，所述第一电磁负刚度组件包括第一推杆，所述第一推杆上一体成型有轴肩，所述轴肩上方的所述第一推杆上套设有第一紧固环，所述第一紧固环和所述轴肩之间设置有第一电磁负刚度部件，所述第一推杆底部通过第一直线轴承与所述底座连接，所述第一直线轴承和所述轴肩之间的所述第一推杆上套设有第一弹簧；所述底座上固定设置有第一下密封筒，所述第一下密封筒顶部密封连接有第一上密封筒，所述第一下密封筒和所述第一上密封筒之间设置有第一绝缘垫片；所述第一推杆和所述第一电磁负刚度部件位于所述第一上密封筒和第一下密封筒内；所述第一推杆顶部穿过所述第一上密封筒后与所述阻尼主动可调组件连接。
可选的，所述第二电磁负刚度组件包括第二推杆，所述第二推杆上一体成型有轴肩，所述轴肩上方的所述第二推杆上套设有第二紧固环，所述第二紧固环和所述轴肩之间设置有第二电磁负刚度部件，所述第二推杆底部通过第二直线轴承与所述底座连接，所述第二直线轴承和所述轴肩之间的所述第二推杆上套设有第二弹簧；所述底座上固定设置有第二下密封筒，所述第二下密封筒顶部密封连接有第二上密封筒，所述第二下密封筒和所述第二上密封筒之间设置有第二绝缘垫片；所述第二推杆和所述第二电磁负刚度部件位于所述第二上密封筒和第二下密封筒内；所述第二推杆顶部穿过所述第二上密封筒后与通过法兰座与所述负载平台底部连接。
可选的，所述第一电磁负刚度部件包括第一电磁线圈、第二电磁线圈、第一永磁体和第二永磁体；所述第一电磁线圈位于所述第一绝缘垫片和第一上密封筒之间，通过第一上密封筒的环形槽和第一绝缘垫片的上表面限位；所述第二电磁线圈位于第一绝缘垫片和第一下密封筒之间，通过第一下密封筒的环形槽和第一绝缘垫片的下表面限位；所述第一永磁体和第二永磁体串联并通过所述第一推杆的轴肩和第一紧固环限位；所述第一电磁线圈和第二电磁线圈的电流方向相反，且所述第一电磁线圈和所述第一永磁体平行布置，第二电磁线圈和所述第二永磁体平行布置。
可选的，所述第二电磁负刚度部件包括第三电磁线圈、第四电磁线圈、第三永磁体和第四永磁体；所述第三电磁线圈位于所述第二绝缘垫片和第二上密封筒之间，通过第二上密封筒的环形槽和第二绝缘垫片的上表面限位；所述第四电磁线圈位于第二绝缘垫片和第二下密封筒之间，通过第二下密封筒的环形槽和第二绝缘垫片的下表面限位；所述第三永磁体和第四永磁体串联并通过所述第二推杆的轴肩和第二紧固环限位；所述第三电磁线圈和第四电磁线圈的电流方向相反，且所述第三电磁线圈和所述第三永磁体平行布置，第四电磁线圈和所述第四永磁体平行布置。
可选的，所述阻尼主动可调组件为压电阻尼装置；所述压电阻尼装置包括压电阻尼装置，所述压电阻尼装置包括挡环和压电块；所述挡环顶部与所述负载平台底部固定连接，所述压电块位于所述挡环内，且所述压电块底部通过接头与所述第一推杆顶部连接。
可选的，所述阻尼主动可调组件为巨电流变液阻尼装置；所述巨电流变液阻尼装置包括巨电流变液阻尼外筒，所述巨电流变液阻尼外筒内设置有巨电流变液阻尼内筒，所述巨电流变液阻尼内筒内穿设有连接杆，所述连接杆下部穿过所述巨电流变液阻尼内筒和所述巨电流变液阻尼外筒后与所述第一推杆顶部连接；所述连接杆上部穿过所述巨电流变液阻尼内筒和所述巨电流变液阻尼外筒后与所述负载平台底部连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明属于主动控制方式，较传统的被动和半主动控制减振装置，性能可控，抑振效果更强，具有很强的自适应性。可通过多自由度拓展的方式进行多自由度融合，用于多自由度平台，实现多自由度振动抑制。本装置并联负刚度弹簧不但显著降低了隔振***的固有频率，同时也改善了***的阻尼特性，提高了隔振***产生高频内共振的频率。本装置采用压电阻尼或巨电流变液阻尼为主动控制阻尼元件，结构紧凑，阻尼可调范围大，适用于精密仪器平台的减振。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的整体剖视图；
图2是本发明实施例一提供的压电阻尼装置剖视图；
图3是本发明提供的第一电磁负刚度部件剖视图；
图4是本发明提供的第二电磁负刚度部件剖视图；
图5是被动隔振机构的原理示意图；
图6是本发明提供的电磁负刚度与阻尼主动可调组件组合隔振装置的原理示意图；
图7为实施例一中被动隔振机构和本发明隔振装置两种情况下的传递率曲线对比图；
图8为本发明实施例二的整体剖视图；
图9为本发明实施例二提供的巨电流变液阻尼装置剖视图；
图10为实施例二中被动隔振机构和本发明隔振装置两种情况下的传递率曲线对比图；
附图标记说明：1、负载平台；2、压电阻尼装置；2-1、挡环；2-2、压电块；3、接头；4、第一推杆；5、第一上密封筒；6、第一紧固环；7、第一绝缘垫片；8、第一电磁负刚度部件；8-1、第一电磁线圈；8-2、第二电磁线圈；8-3、第一永磁体；8-4、第二永磁体；9、第一弹簧；10、第一直线轴承；11、第一下密封筒；12、底座；13、第二直线轴承；14、第二下密封筒；15、第二弹簧；16、第二推杆；17、第二绝缘垫片；18、第二上密封筒；19、第二电磁负刚度部件；19-1、第三电磁线圈；19-2、第四电磁线圈；19-3、第三永磁体；19-4、第四永磁体；20、第二紧固环；21、法兰座；22、巨电流变液阻尼装置；22-1、巨电流变液阻尼外筒；22-2、巨电流变液阻尼内筒；22-3、巨电流变液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种减振装置，以解决上述现有技术存在的问题，采用电磁负刚度装置作为刚度主动可调组件，结合阻尼主动可调组件，实现共振频率降低，从而提高隔振装置的工作频带范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种减振装置，可有效地降低***的固有频率，不仅对高频振动干扰具有好的隔振效果，还能够有效隔离地基与环境的低频振动。
实施例一
如图1所示，本实施例采用电磁负刚度装置作为刚度主动可调组件，电磁负刚度是根据电流控制电磁力，产生可控的负刚度，组件具有变刚度特性，具有一定的自适应性。采用压电阻尼装置作为阻尼主动可调组件，压电阻尼是利用压电材料的伸缩性，调节压电材料内筒与外筒之间的摩擦力，从而能主动调节压电阻尼的阻尼；如图1所示，本实施例提供一种采用压电阻尼和电磁负刚度的减振装置。包括负载平台1，压电阻尼装置2，接头3，第一电磁负刚度组件，第二电磁负刚度组件，底座12，法兰座21。
负载平台1位于法兰座21和压电阻尼装置2的上端。***隔振通过两部分实现。装置右侧由压电阻尼装置2和第一电磁负刚度组件串联实现隔振，装置左侧由第二电磁负刚度组件实现隔振。压电阻尼装置2和第一电磁负刚度组件通过接头3形成刚性连接，第二电磁负刚度组件与负载平台1之间通过法兰座21连接。
如图2所示，所述压电阻尼装置2由挡环2-1和压电块2-2组成。当负载平台1受到外部激励后，由外部电源向压电阻尼装置2供电，压电块2-2由于逆压电效应会在水平方向伸长，对挡环2-1内侧产生挤压，从而提供阻尼力达到减震缓冲作用。
所述第一电磁负刚度组件包括第一推杆4，第一上密封筒5，第一紧固环6，第一绝缘垫片7，第一电磁负刚度部件8，第一弹簧9，第一直线轴承10和第一下密封筒11。第一推杆4通过第一上密封筒5，第一紧固环6和第一电磁负刚度部件8，经第一直线轴承10导向，产生竖直方向的位移。第一绝缘垫片7位于第一上密封筒5和第一下密封筒11之间。第一下密封筒11位于底座12上方。第一弹簧9位于第一推杆4下端轴肩和第一直线轴承10之间。第一弹簧9提供正刚度，保证***静止时有较大的静态刚度。发生振动时，第一电磁负刚度部件8产生负刚度，整个***具有低的动态刚度特性，由此提供一种具有高静态刚度和低动态刚度的非线性隔振***，能够同时满足高承载能力和低固有频率这两方面的技术要求。
如图3所示，第一电磁负刚度部件8由第一电磁线圈8-1，第二电磁线圈8-2，第一永磁体8-3和第二永磁体8-4组成。第一电磁线圈8-1位于第一绝缘垫片7和第一上密封筒5之间，通过第一上密封筒5的环形槽和第一绝缘垫片7的上表面限位。第二电磁线圈8-2位于第一绝缘垫片7和第一下密封筒11之间，通过第一下密封筒11的环形槽和第一绝缘垫片7的下表面限位。第一永磁体8-3和第二永磁体8-4串联并通过第一推杆4的上端轴肩和第一紧固环6限位。两个电磁线圈的电流方向相反。电磁线圈和永磁体平行布置，两组电磁线圈通入电流方向相反，每组电磁线圈产生的磁场均与对应的永磁体磁场方向相反。当外部电路分别给两组电磁线圈通入电流时，根据电磁感应定律，产生的磁场与永磁体作用，产生负刚度行为，电磁线圈和永磁体的这种配置方法产生的负刚度值更大、位移范围更小。电磁负刚度组件的负刚度大小由电磁线圈输入电流的大小决定，用于匹配与之并联的正刚度弹簧的刚度，从而调整隔振***的刚度大小。
所述第二电磁负刚度组件包括第二直线轴承13，第二下密封筒14，第二弹簧15，第二推杆16，第二绝缘垫片17，第二上密封筒18，第二电磁负刚度部件19，第二紧固环20。第二推杆16通过第二上密封筒18，第二紧固环20和第二电磁负刚度部件19，经第二直线轴承13导向，产生竖直方向的位移。第二绝缘垫片17位于第二上密封筒18和第二下密封筒14之间。第二下密封筒14位于底座12上方。第二弹簧15位于第二推杆16下端轴肩和第二直线轴承13之间。第二弹簧15提供正刚度，保证***静止时有较大的静态刚度。
如图4所示，第二电磁负刚度部件19由第三电磁线圈19-1，第四电磁线圈19-2，第三永磁体19-3和第四永磁体19-4组成。第三电磁线圈19-1位于第二绝缘垫片17和第二上密封筒18之间，通过第二上密封筒18的环形槽和第二绝缘垫片17的上表面限位。第四电磁线圈19-2位于第二绝缘垫片17和第二下密封筒14之间，通过第二下密封筒14的环形槽和第二绝缘垫片17的下表面限位。第三永磁体19-3和第四永磁体19-4串联并通过第二推杆16的上端轴肩和第二紧固环20限位。第二电磁负刚度部件19的工作原理同第一电磁负刚度部件8。
以下对本发明中的隔振机构与被动隔振机构的隔振原理进行对比：
如图5所示，原始机构通过传统的弹簧-质量-阻尼单元构成，实现简单的被动隔振，其传递率曲线函数G：
Figure BDA0002600031340000071
式中，x1为负载平台的振动位移量，x2是基础平台的振动位移量，c是***的等效阻尼，k是***的等效刚度，m是负载平台的质量，s＝jω为拉氏变换的复变量，ω为频域系数。
如图6所示，本发明为电磁负刚度组件串联一个压电阻尼组件再并联一个电磁负刚度组成，其传递率曲线函数G：
Figure BDA0002600031340000072
式中，x0为负载平台的振动位移量，x1是基础平台的振动位移量，c是***的等效阻尼，k1是***中左侧具有负刚度特性的电磁弹簧刚度，k2是***中右侧具有负刚度特性的电磁弹簧刚度，m是负载平台的质量，s＝jω为拉氏变换的复变量，ω为频域系数。
图7为图5和图6的传递率曲线图，从图中可以看出采用原始机构隔振时，其传递率在共振峰处有较高的峰值，且***的固有频率较高。采用被动隔振机构后，由于压电阻尼和负刚度电磁弹簧的串联，再并联一个同刚度的电磁弹簧后，***的刚度得以降低，阻尼得到提升，***的传递率曲线可以看出，固有频率进一步减小，***的共振峰值得到明显的改善，本发明使得***振动抑制能力得到了进一步性能的提升。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上所作出的一种变形结构，在实施例一的基础上，将压电阻尼装置替换为了巨电流变液阻尼装置；如图8所示，本实施例提供的减振装置包括负载平台1，第一电磁负刚度组件，第二电磁负刚度组件，底座12，法兰座21，巨电流变液阻尼外筒，巨电流变液内筒。
负载平台1位于法兰座和巨电流变液外筒的上端。***隔振通过两部分实现。装置右侧由巨电流变液阻尼器和第一电磁负刚度组件串联实现隔振，装置左侧由第二电磁负刚度组件实现隔振。巨电流变液阻尼内筒和第一电磁负刚度组件通过第一推杆形成刚性连接，第二电磁负刚度组件与负载平台之间通过法兰座连接。
如图9所示，所述巨电流变液阻尼器由巨电流变液阻尼外筒和巨电流变液阻尼内筒以及巨电流变液组成。当负载平台受到外部激励后，由外部电源向巨电流变液阻尼器供电，巨电流变液由于电流变效应会在巨电流变液阻尼外筒和巨电流变液阻尼内筒之间转换为高粘度流体，甚至固体，从而提供阻尼力达到减震缓冲作用。
图10为图5和图6的传递率曲线图，从图中点线可以看出采用原始机构隔振时，其传递率在共振峰处有较高的峰值，且***的固有频率较高。从图中虚线可以看出，采用传统的发明结构时，其传递率仍有峰值，振动并未完全消除。从图中实线可以看出，采用被动隔振机构后，由于巨电流变液阻尼和负刚度电磁弹簧的串联，再并联一个同刚度的电磁弹簧后，***的刚度得以降低，阻尼得到提升，***的传递率曲线可以看出，固有频率进一步减小，***的共振峰值得到明显的改善，本发明使得***振动抑制能力得到了进一步性能的提升。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种减振装置，其特征在于：包括底座、负载平台、刚度主动可调组件和阻尼主动可调组件；所述刚度主动可调组件包括第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件，所述第一电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过所述阻尼主动可调组件与所述负载平台连接；所述第二电磁负刚度组件底部设置于所述底座上，顶部通过法兰座与所述负载平台连接；所述阻尼主动可调组件、第一电磁负刚度组件和第二电磁负刚度组件均由外部供电；所述第一电磁负刚度组件包括第一推杆，所述第一推杆上一体成型有轴肩，所述轴肩上方的所述第一推杆上套设有第一紧固环，所述第一紧固环和所述轴肩之间设置有第一电磁负刚度部件，所述第一推杆底部通过第一直线轴承与所述底座连接，所述第一直线轴承和所述轴肩之间的所述第一推杆上套设有第一弹簧；所述底座上固定设置有第一下密封筒，所述第一下密封筒顶部密封连接有第一上密封筒，所述第一下密封筒和所述第一上密封筒之间设置有第一绝缘垫片；所述第一推杆和所述第一电磁负刚度部件位于所述第一上密封筒和第一下密封筒内；所述第一推杆顶部穿过所述第一上密封筒后与所述阻尼主动可调组件连接；所述第一电磁负刚度部件包括第一电磁线圈、第二电磁线圈、第一永磁体和第二永磁体；所述第一电磁线圈位于所述第一绝缘垫片和第一上密封筒之间，通过第一上密封筒的环形槽和第一绝缘垫片的上表面限位；所述第二电磁线圈位于第一绝缘垫片和第一下密封筒之间，通过第一下密封筒的环形槽和第一绝缘垫片的下表面限位；所述第一永磁体和第二永磁体串联并通过所述第一推杆的轴肩和第一紧固环限位；所述第一电磁线圈和第二电磁线圈的电流方向相反，且所述第一电磁线圈和所述第一永磁体平行布置，第二电磁线圈和所述第二永磁体平行布置。
2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于：所述第二电磁负刚度组件包括第二推杆，所述第二推杆上一体成型有轴肩，所述轴肩上方的所述第二推杆上套设有第二紧固环，所述第二紧固环和所述轴肩之间设置有第二电磁负刚度部件，所述第二推杆底部通过第二直线轴承与所述底座连接，所述第二直线轴承和所述轴肩之间的所述第二推杆上套设有第二弹簧；所述底座上固定设置有第二下密封筒，所述第二下密封筒顶部密封连接有第二上密封筒，所述第二下密封筒和所述第二上密封筒之间设置有第二绝缘垫片；所述第二推杆和所述第二电磁负刚度部件位于所述第二上密封筒和第二下密封筒内；所述第二推杆顶部穿过所述第二上密封筒后与通过法兰座与所述负载平台底部连接。
3.根据权利要求2所述的减振装置，其特征在于：所述第二电磁负刚度部件包括第三电磁线圈、第四电磁线圈、第三永磁体和第四永磁体；所述第三电磁线圈位于所述第二绝缘垫片和第二上密封筒之间，通过第二上密封筒的环形槽和第二绝缘垫片的上表面限位；所述第四电磁线圈位于第二绝缘垫片和第二下密封筒之间，通过第二下密封筒的环形槽和第二绝缘垫片的下表面限位；所述第三永磁体和第四永磁体串联并通过所述第二推杆的轴肩和第二紧固环限位；所述第三电磁线圈和第四电磁线圈的电流方向相反，且所述第三电磁线圈和所述第三永磁体平行布置，第四电磁线圈和所述第四永磁体平行布置。
4.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于：所述阻尼主动可调组件为压电阻尼装置；所述压电阻尼装置包括压电阻尼装置，所述压电阻尼装置包括挡环和压电块；所述挡环顶部与所述负载平台底部固定连接，所述压电块位于所述挡环内，且所述压电块底部通过接头与所述第一推杆顶部连接。
5.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于：所述阻尼主动可调组件为巨电流变液阻尼装置；所述巨电流变液阻尼装置包括巨电流变液阻尼外筒，所述巨电流变液阻尼外筒内设置有巨电流变液阻尼内筒，所述巨电流变液阻尼内筒内穿设有连接杆，所述连接杆下部穿过所述巨电流变液阻尼内筒和所述巨电流变液阻尼外筒后与所述第一推杆顶部连接；所述连接杆上部穿过所述巨电流变液阻尼内筒和所述巨电流变液阻尼外筒后与所述负载平台底部连接。
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