一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座

1.本发明属于机械减震技术领域，具体涉及一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座。


背景技术：

2.主动隔振技术由于具有理想的隔振效果,已广泛应用于精密制造、测试与装配的高精度的隔振平台中。非线性力学为隔振理论与工程应用开辟了新的研究思路，其兼具高静态和低动态非线性刚度特性，可摆脱传统隔振器低频隔振性能差，以及缺乏可调控性和自适应能力等缺陷。
3.近年来，地震频发，损失严重，为人们的生产生活带来不好的影响。高静态低动态刚度隔振器作为一种非线性隔振系统具有良好的静态承载能力和较低的动态刚度,可以减小系统的固有频率,增加隔振范围。振动主动控制技术是一种重要的低频振动控制手段,并且能够适应外扰频率发生变化的情况。二者有机结合形成的基于高静态刚度、低动态刚度的非线性隔振系统的主动隔振技术不仅能大大提高隔振系统的性能,而且可以预计非线性主动隔振系统所需的主动控制力与线性系统相比能有所降低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座，通过非线性系统自身阻尼非线性和刚度非线性来改善系统本身的隔振性能，针对随机激励环境，同时引入刚度和阻尼非线性来提高隔振系统的隔振性能。结合油压减震，分别实现水平以及竖直方向的减震效果，达到多自由度减震。
5.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座，包括载物平台、中间板、下层底板和隔振装置，所述隔振装置包括油压减震系统、弹性阻尼复合减震系统和平滑隔振导轨系统；
7.其中，油压减震系统安装在载物平台下方；
8.所述平滑隔振导轨系统安装在油压减震系统下方和中间板上方；
9.所述弹性阻尼复合减震系统安装在平滑隔振导轨系统下方和下层底板上方。
10.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
11.上述的油压减震系统包括下支座、上支座、弹簧、上安装孔、下安装孔；
12.所述上支座通过上安装孔用螺栓螺钉固定安装在载物平台下方，下支座通过下安装孔用螺栓螺钉固定安装在与中间板上；
13.所述弹簧作为缓震装置安插在下支座与上支座的中空部位。
14.上述的平滑隔振导轨系统包括限位板、光滑导轨、凹槽滑动板、皮带牵引口；
15.所述限位板固定安装在光滑导轨的两端；
16.所述凹槽滑动板平放在光滑导轨的上方，同时与油压减震系统下部的中间板刚性
连接；
17.所述皮带牵引口为凹槽滑动板下方所开的对称的孔，用于安装固定皮带。
18.上述的弹性阻尼复合减震系统包括阻尼滑轨、滑轮和刚性底板；
19.所述阻尼滑轨和下层底板上设置有相互适配的螺栓孔，且下层底板留有阻尼滑轨安装槽，阻尼滑轨固定在下层底板上；
20.所述刚性底板一侧预留卡槽，滑轮一端平放于阻尼滑轨上，另一端通过滚动轴承安插在刚性底板一侧预留的卡槽内；
21.所述滑轮受力滑动，带动刚性底板横向移动，而轴承转动阻止刚性底板进行周向转动。
22.上述的阻尼滑轨为曲面凹槽结构，两端设有限位板防止滑轮滑出轨道。
23.上述的弹性阻尼复合减震系统还包括滑轮卡槽、定滑轮、轨道凹槽、皮带固定端7)和弹性阻尼皮带；
24.所述刚性底板还开设安装凹槽；
25.所述滑轮卡槽与刚性底板上都设置有相互适配的螺栓孔，用于将滑轮卡槽安装固定于刚性底板开设出的安装凹槽中；
26.所述定滑轮直接固定在滑轮卡槽中；
27.所述皮带固定端为刚性底板四个底角突起的方块状结构，开设有固定卡口；
28.所述弹性阻尼皮带一端放入皮带固定端的固定卡口中，另外一端放入平滑隔振导轨系统的皮带牵引口中固定。
29.上述的定滑轮为一组4副滑轮结构；
30.两条所述弹性阻尼皮带等长对称放置，共同限制中间板的位移；
31.且弹性阻尼皮带的固定端还附带自动紧缩装置。
32.上述的油压减震系统包括四个一组的油压减震装置；
33.一组所述油压减震装置根据载物平台四边中点所开设的安装孔对称安装固定，当竖向振动波传来时，配合该组油压减震装置削减竖向振动；
34.所述刚性底板由弹性阻尼复合减震系统节制，只能在阻尼滑轨设置的纵向滑轨方向运动；
35.所述中间板由弹性阻尼复合减震系统节制，只能在弹性阻尼皮带所在的方位横向运动。
36.本发明具有以下有益效果：
37.本发明基于保护精密设备免受地震或运输使用时所受多向振动波影响的需求，设计一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座，包括油压减震系统、弹性阻尼复合减震系统和平滑隔振导轨系统，可实现高效吸收地面纵向、水平向及扭转振动，可作为光学、医疗等高精密度需求领域，船舶、航空运输领域或者重要文献收藏装置的底座，以提供防震抗振保护。
38.1)本发明中阻尼滑轨与滑轮组成的弹性阻尼复合减震系统，弹性阻尼皮带和轨道凹槽组成的可变刚度和阻尼弹性隔振系统，弹性阻尼减震滑轨系统与可变刚度和阻尼弹性隔振系统通过滑轮与阻尼滑轨相连接，构成x向、y向、周向扭转三维摇摆系统，通过弹性阻尼减震滑轨系统减小x向、可变刚度和阻尼弹性隔振系统减小y向、周向的振动幅度，通过组
油压减震系统减小z向的振动幅度，可在空间任意自由度方向上承受弹性变形，多向隔振缓冲，从而提高负载物的稳定性。
39.2)本发明具有多种阻尼减震材料复合模组，通过可更换式的阻尼材料组扩展了本发明的适用范围，不同的承载重量条件下能更换适宜该情况的阻尼材料模组，使得平台承载的物品仪器更多样化，以适应市场需求。
40.3)本发明以可变刚度和阻尼弹性隔振系统为主，处理来自y轴较大的振动波，同时考虑到底板刚度及弹性皮带的问题，辅以弹性阻尼减震滑轨系统削减x轴的较弱振动波。保持了良好隔振能力的同时延长了该平台的使用周期。
41.4)本发明各个结构皆为可拆卸化模组，考虑到皮带等弹性阻尼材料在使用中存在寿命问题，其安装更换方便，平时未安装前处于“折叠”状态，便于运输，当需要使用时，可将各个模组组装成复合减震平台，以进行使用，同时利于各模组的维修更新更换。
附图说明
42.图1是本发明实施例整体装配状态效果示意图；
43.图2是本发明实施例载物平台整体结构示意图；
44.图3是本发明实施例油压减震系统结构示意图；
45.图4是本发明实施例的中间板展开结构示意图；
46.图5是本发明实施例的平滑隔振导轨滑板结构示意图；
47.图6是本发明实施例的下层底板展开结构示意图；
48.图7是本发明实施例的弹性阻尼复合减震系统结构示意图；
49.其中，附图标记为：1、载物平台；2、中间板；3、下层底板；4、平滑隔振导轨系统；101、下支座；102、上支座；103、弹簧；104、上安装孔；105、下安装孔；201、下承载板、301、阻尼滑轨；302、滑轮；303、刚性底板；304、滑轮卡槽；305、定滑轮；306、轨道凹槽；307、皮带固定端；308、弹性阻尼皮带；401、限位板；402、光滑导轨；403、凹槽滑动板；404、皮带牵引口。
具体实施方式
50.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
51.参见图1本发明实施例中，提供一种多自由度可变刚度和阻尼弹性隔振复合隔振底座，包括载物平台1、中间板2、下层底板3和隔振装置5；
52.所述隔振装置5包括油压减震系统、弹性阻尼复合减震系统和平滑隔振导轨系统4，
53.所述油压减震系统安装在载物平台1下方；
54.所述平滑隔振导轨系统4安装在油压减震系统下方、中间板2上方；
55.所述弹性阻尼复合减震系统安装在平滑隔振导轨系统4下方、下层底板3上方。
56.下层底板3下部设有支撑脚。
57.参见图2、图3，本发明实施例中，所述油压减震系统包括下支座101、上支座102、弹簧103、上安装孔104、下安装孔105；所述上支座102通过上安装孔104用螺栓螺钉固定安装在载物平台1下方，下支座101通过下安装孔105用螺栓螺钉固定安装在与凹槽滑动板403刚性连接的中间板2上；所述弹簧103作为缓震装置安插在上下支座中空部位.
58.参见图4、图5，本发明实施例中，所述平滑隔振导轨系统4包括限位板401、光滑导轨402、凹槽滑动板403、皮带牵引口404；所述限位板401固定安装在光滑导轨402的两端；所述凹槽滑动板403平放在光滑导轨402的上方，同时与油压减震系统下部的中间板2刚性连接；所述皮带牵引口404为凹槽滑动板403下方所开的对称的孔，用于安装固定皮带；
59.参见图6、图7，本发明实施例中，所述弹性阻尼复合减震系统包括阻尼滑轨301、滑轮302、刚性底板303；所述阻尼滑轨301固定在下层底板3上，所述下层底板3留有阻尼滑轨301安装槽，其中所述阻尼滑轨301和下层底板3上设置有相互适配的螺栓孔；所述滑轮302一端平放于阻尼滑轨301上另一端通过滚动轴承安插在刚性底板303一侧预留的卡槽内；所述滑轮302受力滑动，带动刚性底板303横向移动，而轴承转动阻止刚性底板303进行周向转动；所述阻尼滑轨301为曲面凹槽结构，两端设有限位板防止滑轮滑出轨道；同时一边两组滑轮滑轨结构，有效的减小了滑轮可能的移动范围，将大大缩减振动的幅度所带来的影响，保持平台的稳定。
60.参见图6，本发明实施例中，所述弹性阻尼复合减震系统还包括滑轮卡槽304、定滑轮305、轨道凹槽306、皮带固定端307、弹性阻尼皮带308；所述滑轮卡槽304与刚性底板303上都设置有相互适配的螺栓孔用于将滑轮卡槽304安装固定于刚性底板303开设出的安装凹槽中；所述定滑轮305一组4副直接固定在滑轮卡槽304中；所述皮带固定端306为刚性底板303四个底角突起的方块状结构，开设有固定卡口；所述弹性阻尼皮带308一端放入皮带固定端306的固定卡口中，另外一端放入皮带牵引口404中固定；所述两条弹性阻尼皮带308等长对称防放置，共同限制下承载板201(中间板2指的是整个图4的所有结构合起来，下承载板201是中间板2的一部分)的位移；且弹性阻尼皮带(308)的固定端还附带自动紧缩装置，保证皮带在长期使用过程中的弹性恢复，同时不同规格的皮带阻尼模组也可通过紧缩装置手动调节，确保处于最佳弹性范围。
61.通过实例测试发现，y轴方向的横波一般大于x轴方向传导的纵波，而可变刚度和阻尼弹性隔振系统在单一自由度下的隔振表现要强于弹性阻尼复合减震系统；同时在运输等移动场景中，也存在主运动方向上的振动波大于平面另一方向的波动，在安装中令可变刚度和阻尼弹性隔振系统处理y轴方向的振动波，而弹性阻尼复合减震系统处理x轴方向较小的振动波；从而避免xy轴双向可变刚度和阻尼弹性隔振系统造成的经费过多，减少底座复杂程度，减轻x轴方向的弹性损耗。
62.所述油压减震系统包括四个一组的油压减震装置；
63.一组所述油压减震装置根据载物平台1四边中点所开设的安装孔对称安装固定，当竖向振动波传来时，配合该组油压减震装置削减竖向振动；
64.所述刚性底板303由弹性阻尼复合减震系统节制，只能在阻尼滑轨301设置的纵向滑轨方向运动；
65.所述下承载板201由弹性阻尼复合减震系统节制，只能在弹性阻尼皮带308所在的方位横向运动。
66.本发明实施例的工作过程：
67.当载物平台1上安装的负载物受到x向的冲击载荷时，在阻尼滑轨301与滑轮302组成的弹性阻尼复合减震系统的作用下，横向x受力会同时引起凹槽滑轨阻尼弹性形变造成的反作用力阻碍x向位移。同时左右微小变动，将在弹性阻尼不断吸收能量下趋于静止，再
由自重牵引恢复原姿态。
68.当载物平台1上安装的负载物受到y向的冲击载荷时，在弹性阻尼皮带308和轨道凹槽306组成的可变刚度和阻尼弹性隔振系统作用下，纵向y受力会将阻尼皮带拉伸从而产生反方向的拉力阻碍位移。减小刚性底板303的位置变化，而平放于轨道凹槽306上的载物平台会因重力的存在及光滑滑道，使滑道微小位移的同时达到载物平台隔除振动的效果。
69.当载物平台1上安装的负载物受到z向的冲击载荷时，在油压减震装置的作用下将来自底部的振动能量以液压油耗散内能的形式得以削减的同时，上下两部分的相对运动速度也得以缓和，从而达到竖直方向的减震效果。
70.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。