[发明专利]一种具有准零刚度特性的三自由度并联隔振平台

说明书

一种具有准零刚度特性的三自由度并联隔振平台，包括与外部基础平台连接的静平台、承载被隔振设备的动平台、支链、准零刚度机构；动平台底板12从形心为圆心每120度的径向都连接一个支链，支链架设在静平台的支撑架底板7上；在所述的径向位置动平台底板12支撑有竖直弹簧6，竖直弹簧6的底部支撑在静平台底板1上；动平台底板12通过转轴安装座19连接支链；所述支链包括第一转轴18、第二转轴18a和两个连杆11所组成的平行四边形机构，保证动平台在空间内运动时始终保持水平状态；水平弹簧10和竖直弹簧6构成所述的准零刚度机构。本发明结构简单紧凑，具有灵活的运动特性，满足空间三平移自由度隔振要求。

技术领域

本发明涉及一种并联机构，尤其涉及一种具有准零刚度特性的三自由度并联隔振平台。

背景技术

车载仪器设备在车辆行驶过程中不可避免会受到振动的影响。这种振动会影响车载仪器设备的可靠性。

机械设备受到的振动可分解为六个坐标方向的振动。我国军标及一些精密仪器设备的振动与冲击标准均对三平移方向的振动与冲击响应提出了明确的要求。三自由度隔振机构能很好地满足这种要求。

相比于中高频振动的隔振问题，利用现有技术解决低频隔振问题的难度更大。进一步降低隔振系统固有频率是实现低频隔振的有效手段之一。但是通过降低隔振系统刚度来降低固有频率的方式会导致系统的承载能力不足，严重时将会导致系统静变形过大或失稳问题。由正负刚度机构并联而成的准零刚度机构能在保证隔振系统承载能力的前提下，降低隔振系统的固有频率，是解决低频隔振问题的重要手段。

在三自由度隔振方面，专利“一种低频三自由度隔振器”CN101832352A公开了一种三自由度隔振装置。该隔振装置由空气弹簧和一对空心筒状永磁体构成，外空心筒状水磁体固定在空气弹簧主体的顶部，内空心筒状永磁体固定在空气弹簧的橡胶活塞上，实现三自由度振动隔离。该机构缺陷在于当设计固有频率较低时，空气弹簧腔室体积会过大而导致位置控制不稳定，致使其无法正常工作，因此空气弹簧不能满足低频/超低频隔振的要求；专利“一种三自由度主动隔振平台”CN104976488A，公开了一种三自由度主动隔振平台，该隔振平台由上平台、下平台、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、悬臂和横梁组成，可以减小上平台上下平移及左右摆动振动，该机构缺陷在于隔振系统固有频率较大无法实现低频/超低频隔振，且工作空间小。专利“一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台”CN105563466A、专利“一种含可变角形分支的三自由度并联调姿隔振平台”CN105538293A公开了两种相似的三自由并联隔振平台，它们虽然能够实现三自由度隔振，但是隔振系统的固有频率较大无法实现低频隔振。

在准零刚度机构隔振方面，专利“一种正负刚度并联的准零刚度隔振器”CN108662055A、专利“一种正负刚度并联的准零刚度隔振器”CN109139760A、专利“一种正负刚度并联减振器”CN103256332A均基于准零刚度理论设计出了具有准零刚度特性的隔振装置，但是上述发明专利存在的共同缺陷在于运动部件只有单个方向的自由度，只具有单自由度隔振效果，这限制了它们的工程应用范围。

专利“一种正负刚度并联三平移振动与冲击隔离平台”CN101871505A公开了一种运用了准零刚度隔振器的三自由度隔振平台，该装置由上平台、下平台,8条弹性支链结构和硅胶磁流变阻尼器组成，8条弹性支链结构按4点正交对称支撑方式两两固定于上平台和下平台之间，每点的两条所述弹性支链结构的轴线相互垂直；硅胶磁流变阻尼器设置于上平台和下平台之间的几何中心处。该隔振装置只是简单得将多个单自由度准零刚度隔振器进行布置，使上平台只能在X轴、Y轴、Z轴三条轴线上平动，多个隔振器容易相互影响，降低平台的隔振性能，同时平台工作空间小，体积过大且结构复杂，限制了工程应用。

综上所述，现有的三自由度隔振机构无法得到良好的低频隔振性能，而现有的正负刚度并联的准零刚度隔振器虽然具有良好的低频/超低频隔振性能，但无法实现三自由度隔振，这些技术的局限性导致它们无法用于解决低频三自由度隔振问题。

发明内容