專利名稱：一種主動(dòng)精密隔振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔振裝置，是一種主動(dòng)精密隔振裝置。
背景技術(shù)：
為了滿足精密儀器儀表的加工、測(cè)量和使用等對(duì)振動(dòng)環(huán)境的嚴(yán)格特殊的要求，尤其是有效地抑制低頻和超低頻振動(dòng)的要求，傳統(tǒng)的被動(dòng)隔振方法已經(jīng)不能達(dá)到其要求和精度。從二十世紀(jì)五十年代起，人們開始系統(tǒng)地研究主動(dòng)隔振裝置及其驅(qū)動(dòng)器。隨著精密儀器儀表、精密測(cè)量和精密加工等技術(shù)的發(fā)展，它對(duì)環(huán)境的振動(dòng)和沖擊提出了極其嚴(yán)格的要求。例如，高精度慣性儀表的校準(zhǔn)要求具有振動(dòng)加速度控制在10-6g以內(nèi)的環(huán)境，為了做到這一點(diǎn)，必須有高精度的隔振平臺(tái)。這種高精度隔振平臺(tái)不僅要求隔絕如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)、車輛行駛、人員走動(dòng)等引起的地面振動(dòng)，還要求如空調(diào)氣流、聲音等引起的作用于平臺(tái)的壓力能夠迅速消除。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究尚處于起步階段，例如，國(guó)內(nèi)精密儀器和設(shè)備的最高防振級(jí)別為5Hz以下1.8微米(相當(dāng)于振動(dòng)加速度約為1.8×10-4g)，這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高精度慣性儀表標(biāo)定時(shí)所允許的振動(dòng)水平。主動(dòng)隔振裝置所用的驅(qū)動(dòng)器有如下幾種，即電磁驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動(dòng)器、壓電驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)器。其中電磁驅(qū)動(dòng)器的力、位移有較大的非線性，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。SMA頻率響應(yīng)低，非線性嚴(yán)重，目前主要用于熱變形驅(qū)動(dòng)。壓電驅(qū)動(dòng)因?yàn)轵?qū)動(dòng)力小、變形量小，主要用于撓性結(jié)構(gòu)。氣動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)因?yàn)橛袊?yán)重的延時(shí)、遲滯、蠕動(dòng)現(xiàn)象而不適用于精密隔振。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種主動(dòng)精密隔振裝置，采用超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(GMA)和直線軸承后，使本裝置具有變形大，響應(yīng)快，低頻特性好。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下1)在底板的同一圓周上等分安裝三個(gè)階梯形的導(dǎo)向直柱，每個(gè)導(dǎo)向直柱較小端上安裝直線軸承，直線軸承外面套有定位套，三個(gè)導(dǎo)向直柱的定位套與隔振平臺(tái)分別用螺釘固定連接，定位套上端的導(dǎo)向直柱較小端上從下而上依次套有彈簧擋環(huán)、彈簧、彈簧擋環(huán)、用擰緊螺母擰緊；2)在底板的中心裝有超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出桿穿過(guò)隔振平臺(tái)，用緊定螺釘固定在隔振平臺(tái)上；
3)在底板上裝有拾振傳感器支架，拾振傳感器支架上裝有拾振傳感器，拾振傳感器頂在隔振平臺(tái)底面。
所說(shuō)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器包括將外套固定于是底座較大凸臺(tái)的圓柱面上，磁致伸縮棒放在底座中央較小的凸臺(tái)上，繞有線圈的骨架套在磁致伸縮棒外，磁致伸縮棒頂著輸出桿，輸出桿凸臺(tái)的桿上套有預(yù)壓彈簧，擰緊螺母空套在凸臺(tái)的桿上與外套螺紋配合并壓預(yù)壓彈簧上。
本發(fā)明具有的有益效果是1)對(duì)隔離低頻和超低頻振動(dòng)效果明顯，且隔振的頻帶較寬；2)在復(fù)合激勵(lì)下能夠達(dá)到高精度的隔振要求；3)適用于隔振系統(tǒng)中存在不確定性因素，尤其是系統(tǒng)輸入及系統(tǒng)模型具有不確定性因素；4)由于采用直線軸承，它具有變形量大，響應(yīng)快(可達(dá)到0～3000赫茲)，低頻特性好等優(yōu)點(diǎn)。采用超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的主動(dòng)隔振裝置的振動(dòng)量級(jí)可達(dá)到10-6g；5)適用于復(fù)雜的環(huán)境，超磁致伸縮材料的最高適應(yīng)溫度為400℃。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于精密加工、測(cè)量以及對(duì)振動(dòng)環(huán)境有特殊要求的隔振領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1擰緊螺母 2彈簧擋環(huán) 3彈簧 4螺釘 5直線軸承6定位套 7橡膠墊片 8導(dǎo)向直柱 9超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器10拾振傳感器支架 11底板 12拾振傳感器13緊定螺釘 14隔振平臺(tái)圖3中9.1底座 9.2橡膠圈 9.3骨架 9.4外套 9.5磁致伸縮棒(GMM棒) 9.6線圈 9.7輸出桿 9.8預(yù)壓彈簧 9.9擰緊螺母具體實(shí)施方式
如圖1所示它包括1)在底板11的同一圓周上等分安裝三個(gè)階梯形的導(dǎo)向直柱8，每個(gè)導(dǎo)向直柱8較小端上安裝直線軸承5，直線軸承5外面套有定位套6，三個(gè)導(dǎo)向直柱8的定位套6與隔振平臺(tái)14分別用螺釘4固定連接，定位套6下裝橡膠墊片7，定位套6上端的導(dǎo)向直柱8較小端上從下而上依次套有彈簧擋環(huán)2、彈簧3、彈簧擋環(huán)2、用擰緊螺母1擰緊；2)在底板11的中心裝有超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器9，驅(qū)動(dòng)器9的輸出桿穿過(guò)隔振平臺(tái)14，用緊定螺釘13固定在隔振平臺(tái)14上；3)在底板11上裝有拾振傳感器支架10，拾振傳感器支架10上裝有拾振傳感器12，拾振傳感器頂在隔振平臺(tái)14底面。
如圖3所示，所說(shuō)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器9包括將外套9.4固定于是底座9.1較大凸臺(tái)的圓柱面上，磁致伸縮棒9.5放在底座9.1中央較小的凸臺(tái)上，繞有線圈9.6的骨架9.3套在磁致伸縮棒9.5外，磁致伸縮棒9.5頂著輸出桿9.7，輸出桿9.7凸臺(tái)的桿上套有預(yù)壓彈簧9.8，擰緊螺母9.9空套在凸臺(tái)的桿上與外套9.4螺紋配合并壓預(yù)壓彈簧8上。
如圖2所示，主動(dòng)隔振系統(tǒng)的工作原理圖，隔振平臺(tái)14受到震源的激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)，拾振傳感器12與二次儀表組成測(cè)量電路感受振動(dòng)并將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器作用是把電信號(hào)由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)某種控制算法輸出控制信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器把控制信號(hào)由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，因?yàn)檫@時(shí)的信號(hào)比較微弱不足以去驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)功放電路。經(jīng)過(guò)放大的控制信號(hào)輸入超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器9內(nèi)使驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生動(dòng)作，抵消了隔振平臺(tái)14的振動(dòng)，從而達(dá)到隔振的目的。
結(jié)合附圖1對(duì)本裝置的工作原理及各部分的功用做詳細(xì)描述，擰緊螺母1、彈簧擋圈2、彈簧3、橡膠墊片7可以調(diào)節(jié)隔振平臺(tái)14的初始位置，并且起到緩沖保護(hù)裝置的作用。緊定螺釘13可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的初始驅(qū)動(dòng)力。為保證隔振平臺(tái)14始終處于垂直方向，所以在每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都必須盡可能的做到安裝后的緊密性，導(dǎo)向立柱8與底板11的裝配以及導(dǎo)向立柱與隔振平臺(tái)14的裝配都要盡可能的做到緊密配合；考慮到隔振平臺(tái)14要與導(dǎo)向立柱8之間有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，而又要保證良好的緊密性，所以采用直線軸承5使導(dǎo)軌與隔振平臺(tái)14連接，使導(dǎo)向立柱8在起到對(duì)隔振平臺(tái)14垂直導(dǎo)向作用的同時(shí)，又盡量減小與隔振平臺(tái)14之間的摩擦，直線軸承5使得隔振平臺(tái)14沿著導(dǎo)向直柱8有大的位移，可以承受較大的振動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)隔振平臺(tái)14上面固定需要隔振的系統(tǒng)，因此隔振平臺(tái)14可以作出特定的結(jié)構(gòu)以固定需要減振的系統(tǒng)。拾振傳感器12感受隔振平臺(tái)14的振動(dòng)并且轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理放大輸入到超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器9。如圖3所示，GMM棒9.5處在激勵(lì)線圈和偏置線圈9.6產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。當(dāng)改變激勵(lì)線圈中的電流(實(shí)際操作時(shí)，此電流即為經(jīng)過(guò)功放后的控制信號(hào))時(shí)，GMM棒9.5就會(huì)發(fā)生伸縮變形，推動(dòng)導(dǎo)桿9.7運(yùn)動(dòng)。所以通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器中線圈的電流值大小來(lái)改變線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小，就可控制超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的輸出位移和力。外套9.4孔中部的隔板與輸出桿9.7之間在徑向上存在一環(huán)形氣隙，以允許GMM棒9.5發(fā)生伸縮變形。該氣隙與底座9.1、外套9.4、輸出桿9.7構(gòu)成磁路，磁路的設(shè)計(jì)注意了以下幾個(gè)方面一是盡量縮短磁路，使線圈9.6產(chǎn)生的磁場(chǎng)包圍住GMM棒9.5并略有余量即可；二是底座1與外套9.4之間的磁路連接同時(shí)采用軸向和徑向兩種方式；三是把與底座9.1相對(duì)的GMM棒9.5的另一端的導(dǎo)磁部件跟外套9.4作成一體，形成外套孔中部的一塊隔板，該隔板在軸向上把驅(qū)動(dòng)器分為兩個(gè)功能區(qū)域一端為磁場(chǎng)產(chǎn)生區(qū)域，另一端是預(yù)壓彈簧9.8調(diào)整區(qū)域；四是隔板孔與輸出桿9.7之間的氣隙盡量減少，本設(shè)計(jì)中取為0.1mm；五是采用銅制擰緊螺母9.9使磁路在該處斷路，保證設(shè)計(jì)磁路的磁通量。通過(guò)擰緊螺母9.9可以調(diào)整彈簧9.8對(duì)GMM棒9.5的預(yù)壓力。合適的預(yù)壓力可使GMM磁疇在零磁場(chǎng)時(shí)盡可能地沿著與軸向應(yīng)力垂直地方向排列，在外加激勵(lì)磁場(chǎng)作用時(shí)就可獲得較大的軸向伸縮應(yīng)變。輸出桿9.7一方面可以把GMM棒9.5產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量輸送到隔振平臺(tái)14(圖1中)，也可在GMM棒回縮時(shí)，依靠彈簧壓力而返回。為防止驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)GMM棒9.5的伸縮變形引起骨架9.3的軸向振動(dòng)，在骨架9.3與底座9.1之間裝有一橡膠墊圈9.2。當(dāng)?shù)鬃?和外套9.4被擰緊時(shí)，底座、墊圈和外套就會(huì)連在一起，可以防止骨架9.3的松動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器在工作時(shí)底座9.1被固定在圖1所示的底板11上。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)精密隔振裝置，其特征在于它包括1)在底板(11)的同一圓周上等分安裝三個(gè)階梯形的導(dǎo)向直柱(8)，每個(gè)導(dǎo)向直柱(8)較小端上安裝直線軸承(5)，直線軸承(5)外面套有定位套(6)，三個(gè)導(dǎo)向直柱(8)的定位套(6)與隔振平臺(tái)(14)分別用螺釘(4)固定連接，定位套(6)上端的導(dǎo)向直柱(8)較小端上從下而上依次套有彈簧擋環(huán)(2)、彈簧(3)、彈簧擋環(huán)(2)、用擰緊螺母(1)擰緊；2)在底板(11)的中心裝有超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(9)，驅(qū)動(dòng)器(9)的輸出桿穿過(guò)隔振平臺(tái)(14)，用緊定螺釘(13)固定在隔振平臺(tái)(14)上；3)在底板(11)上裝有拾振傳感器支架(10)，拾振傳感器支架(10)上裝有拾振傳感器(12)，拾振傳感器(12)頂在隔振平臺(tái)(14)底面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)精密隔振裝置，其特征在于所說(shuō)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(9)包括將外套(9.4)固定于是底座(9.1)較大凸臺(tái)的圓柱面上，磁致伸縮棒(9.5)放在底座(9.1)中央較小的凸臺(tái)上，繞有線圈(9.6)的骨架(9.3)套在磁致伸縮棒(9.5)外，磁致伸縮棒(9.5)頂著輸出桿(9.7)，輸出桿(9.7)凸臺(tái)的桿上套有預(yù)壓彈簧(9.8)，擰緊螺母(9.9)空套在凸臺(tái)的桿上與外套(9.4)螺紋配合并壓預(yù)壓彈簧(8)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動(dòng)精密隔振裝置。包括在底板的同一圓周上等分安裝三個(gè)階梯形的導(dǎo)向直柱，每個(gè)導(dǎo)向直柱較小端上安裝直線軸承，直線軸承外面套有定位套，三個(gè)導(dǎo)向直柱的定位套與隔振平臺(tái)分別用螺釘固定連接，定位套上端的導(dǎo)向直柱較小端上套有彈簧并用擰緊螺母擰緊；在底板的中心裝有超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出桿穿過(guò)隔振平臺(tái)，用緊定螺釘固定在隔振平臺(tái)上；在底板上裝有拾振傳感器支架，拾振傳感器頂在隔振平臺(tái)底面。由于采用超磁致伸縮驅(qū)器和采用直線軸承，使本裝置具有變形量大，響應(yīng)快、對(duì)隔離低頻和超低頻效果明顯，且隔振的頻帶較寬。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于精密加工、測(cè)量以及對(duì)振動(dòng)環(huán)境有特殊要求的隔振領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F16F15/03GK1431409SQ0311529
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者魏燕定, 呂猛, 李國(guó)平, 陳子辰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)