用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器

本发明涉及低频隔振，具体涉及一种用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器。

背景技术：

1、在车间进行抛光、磨削以及焊缝打磨等复杂工艺时，由于周围大型器械运行以及设备的波动，经常会产生许多有害的多维低频振动。这些扰动振动频谱的主要覆盖范围为0.1-10_hz，会产生较大的振动加速度和振幅，这会降低加工精度，严重时会影响设备的使用寿命，损坏精密设备。传统的线性弹簧-阻尼隔振系统只能隔离大于10hz中高频振动，当受到低频扰动时反而会因为发生共振从而放大低频扰动。因此，准零刚度隔振系统的概念由此诞生，用来解决低频扰动。

2、准零刚度隔振系统由正刚度弹性元件并联负刚度机构组成。采用负刚度机构进行刚度修正，适当的静平衡位置范围内运动时减小隔振系统末端平台的刚度，降低相同承载力下隔振器的固有频率与共振峰值，从而实现较好的低频振动控制。但目前对于同时实现多维方向的低频隔振器研究还处于初级阶段，大多采用利用单自由度隔振器作为并联机构的各个分支实现多维方向隔振，但是这种方法会使隔振器的结构变得复杂，体积变大。同时，各分支隔振器之间的耦合效应无法避免，隔振器存在起始隔振频率较大，隔振区间较小的问题，导致低频隔振性能降低。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有多维方向隔振器结构复杂，分支隔振器之间的耦合效应严重的问题，实现抛光打磨设备轴向与周向的低频隔振，提供了一种用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，通过在中心平台两侧对称地设置平面2-rrr并联机构，利用平面2-rrr并联机构处于奇异位形时，其末端板件即连接块在轴向与周向方向的刚度迅速减小，配合带有预压值的扭簧，可输出负刚度的特性，结合正刚度压簧和扭簧组构造出二自由度准零刚度隔振器。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其包括中心平台、支撑柱、基座、扭转弹簧组和平面2-rrr并联机构，中心平台通过直线轴承能滑动地设置支撑柱上，压簧套设在支撑柱上，且压簧的两端分别与基座和中心平台连接，中心平台的下端与压簧连接，中心平台的上端与工作台连接，工作台上放置待隔离振动的抛光打磨设备；中心平台的两侧分别利用销轴与连杆进行铰接，构成旋转副；

3、沿中心平台的圆周方向均匀设有多个扭转弹簧组，每个扭转弹簧组包括设置在圆台上的扭簧和滑块、以及设置在异心轨道中的滑轮；中心平台设有容纳圆台的中央凹槽和位于中心平台的侧边部的异心轨道，圆台能滑动地套设在支撑柱上，圆台通过键设置在支撑柱上从而避免支撑柱旋转，扭簧设置在圆台的圆柱孔的底部并与滑块相连接；

4、平面2-rrr并联机构包括连接块、分别设置在连接块两端部上的第一板件、与连接块相对设置底板，第二板件和底板通过转轴依次铰接，构成闭环的平面并联机构，并且底板与基座相连接；连接块利用销轴与连杆铰接，中心平台带动连杆，连杆带动连接块，且在第二板件和底板连接的转轴的中部位置上设有扭力弹簧；

5、在初始位置时，连接块与第一板件处于同一平面上，此时平面2-rrr并联机构处于奇异位形处；当受到轴向低频扰动时，中心平台带动连杆向上运动，连接块受到连杆拉力而向前运动，从而带动第一板件与第二板件向内靠拢，底板两端的扭簧受到来自第二板件的扭矩作用，与此同时压簧也受到来自中心平台的拉力作用，两者共同产生恢复力；当受到周向低频扰动时，中心平台沿着支撑柱发生周向转动，异心轨道随着中心平台的转动发生运动，滑轮相对于圆台的中心位置发生变化，从而带动滑块进行前后运动，进而带动与滑块相连接的扭簧实现拉伸或压缩运动，提供扭转正刚度，同时，连杆随着中心平台发生转动，导致连接块发生转动，从而带动第一板件与第二板件发生转动，底板两端的扭簧受到来自第二板件的扭矩作用，提供扭转负刚度，正负刚度联合作用从而构成准零刚度隔振结构。

6、在一种优选的实施方式中，在第二板件的内侧壁上设置一排扭簧固定件，从而能为扭力弹簧设置不同的预压值。

7、在一种优选的实施方式中，滑轮通过杆件连接到滑块上，并且滑轮的直径与异心轨道的宽度大小相等。

8、进一步，滑块包括大径部和小径部，小径部设置在圆柱孔中，大径部的直径大于圆柱孔的直径，并且伸出于圆柱孔之外。

9、进一步，异心轨道的圆心偏离于圆台的圆心而设置。

10、在一种优选的实施方式中，两个连杆对称分布在中心平台两侧，通过销轴进行铰接，构成旋转副。

11、进一步，两个平面2-rrr并联机构通过销轴铰接在连杆上并且呈对称设置。

12、可优选的是，平面2-rrr并联机构在初始位置时两个第一板件与连接块处于同一平面上。

13、可优选的是，基座为u型的基座，基座的底板上设置底座，支撑柱通过底座连接在基座上；u型的基座的两个侧壁上分别与平面2-rrr机构的底板相连接。

14、可优选的是，圆台通过键设置在支撑柱从而避免转动运动。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)利用平面2-rrr并联机构处于奇异位形时，其末端板件在轴向与周向方向的刚度迅速减小，配合带有预压值的扭簧，可输出负刚度的特性，结合正刚度压簧，扭簧组构造二自由度准零刚度隔振器。相比于大部分使用单自由度隔振器并联从而实现多维方向的低频隔振器，只使用了一个隔振器即实现了沿着轴向与周向的两个方向上针对低频或者中低频的隔振。

17、(2)相比于大部分多维方向的准零刚度隔振器，本发明提供的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器避免多个单自由度隔振器并联所产生的耦合效应，以较低的起始隔振频率与共振峰值，具有更好的低频隔振效果。

18、(3)本发明提供的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器将并联机构奇异位形与隔振技术相联合，结合带有预压值的扭力弹簧，可为隔振器提供轴向与周向两方向上的负刚度，从而实现以结构改进完成多方向低频振动的控制。

技术特征：

1.一种用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：其包括中心平台、支撑柱、基座、扭转弹簧组和平面2-rrr并联机构，

2.根据权利要求1所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：在第二板件的内侧壁上设置一排扭簧固定件，从而能为扭力弹簧设置不同的预压值。

3.根据权利要求1所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：滑轮通过杆件连接到滑块上，并且滑轮的直径与异心轨道的宽度大小相等。

4.根据权利要求3所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：滑块包括大径部和小径部，小径部设置在圆柱孔中，大径部的直径大于圆柱孔的直径，并且伸出于圆柱孔之外。

5.根据权利要求2所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：异心轨道的圆心偏离于圆台的圆心而设置。

6.根据权利要求1所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：两个连杆对称分布在中心平台两侧，通过销轴进行铰接，构成旋转副。

7.根据权利要求6所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：两个平面2-rrr并联机构通过销轴铰接在连杆上并且呈对称设置。

8.根据权利要求7所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：平面2-rrr并联机构在初始位置时两个第一板件与连接块处于同一平面上。

9.根据权利要求1所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：基座为u型的基座，基座的底板上设置底座，支撑柱通过底座连接在基座上；u型的基座的两个侧壁上分别与平面2-rrr机构的底板相连接。

10.根据权利要求1所述的用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其特征在于：圆台通过键设置在支撑柱从而避免转动运动。

技术总结
本发明涉及一种用于抛光打磨设备的二自由度准零刚度隔振器，其包括中心平台、支撑柱、基座、扭转弹簧组和平面2‑RRR并联机构。平面2‑RRR并联机构包括连接块、分别设置在连接块两端部上的第一板件、与连接块相对设置底板，第二板件和底板通过转轴依次铰接，构成闭环的平面并联机构，并且底板与基座相连接；连接块利用销轴与连杆铰接，中心平台带动连杆，连杆带动连接块，且在第二板件和底板连接的转轴的中部位置上设有扭力弹簧。当位于奇异位形时，为隔振机构提供负刚度。本发明利用正负刚度结合构建准零刚度机构，能降低隔振器在抛光打磨设备轴向与周向上的动刚度，具有更低的起始隔振频率与共振峰值，实现更好的低频隔振效果。

技术研发人员：王帅,辛大卫,卢文娟,王国庆
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12