本發(fā)明設(shè)計了一種主被動一體化的全金屬微振動控制裝置，適用于抑制機構(gòu)在工作時產(chǎn)生的微振動或減小環(huán)境擾振對敏感設(shè)備的影響。

背景技術(shù)：

隨著科技的日益發(fā)展，設(shè)備、載荷等的精度、分辨率等各項性能都越來越高，對其所在的工作平臺的穩(wěn)定性要求也越來越高，環(huán)境的微振動長期廣泛存在，不可避免，勢必會對平臺的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，進一步影響到敏感器等設(shè)備的性能的充分發(fā)揮，因此穩(wěn)定的工作平臺成為高性能敏感器等設(shè)備正常工作的前提，而微振動控制是提高平臺穩(wěn)定性的有效途徑。

穩(wěn)定平臺主要從兩個方面來實現(xiàn)：1)減小平臺受到回轉(zhuǎn)機構(gòu)(如高速轉(zhuǎn)子)、往復機構(gòu)(如振動篩)等其他振源設(shè)備的擾振，提高平臺穩(wěn)定性；2)減小平臺的振動傳遞至有效載荷，從而減小平臺振動對載荷的影響。針對振源的結(jié)構(gòu)減振難以湊效，提高平臺穩(wěn)定性的行之有效的方法是微振動隔離，包括積極微振動隔離和消極微振動隔離。傳統(tǒng)的隔振器(包括橡膠等)不能較好地兼顧高輻射、原子氧和多粉塵等復雜惡劣環(huán)境適應性和良好的振動隔離性能，不能較好地兼顧良好的抗疲勞性和長期動態(tài)載荷作用下的性能穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主被動一體化的全金屬微振動控制裝置，能較好地兼顧對地面和空間等多種復雜不利環(huán)境的適應性，以及長期的微振動和短時的大幅振動等多種工況下的性能穩(wěn)定性。有效抑制振動，提升平臺穩(wěn)定性，拓展其應用領(lǐng)域。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種主被動一體化的全金屬微振動控制裝置，包括支撐桿、第一膜片彈簧、第二膜片彈簧、第三膜片彈簧、第一外殼、第二外殼、音圈電機定子、音圈電機動子、線圈支架、金屬橡膠墊圈、金屬彈簧、限位套筒；第一外殼為一體結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)筒、外筒，外筒一端通過端蓋連接內(nèi)筒的端部，另一端與第二外殼連接，形成腔體；音圈電機定子包括內(nèi)圈永磁體、外圈永磁體，外圈永磁體固定在第一外殼外筒內(nèi)壁、內(nèi)圈永磁體固定在第一外殼內(nèi)筒外壁上；支撐桿穿入第一外殼內(nèi)筒，一端伸出第一外殼，第一膜片彈簧安裝在支撐桿伸出第一外殼的一端與第一外殼端蓋之間，實現(xiàn)支撐桿和第一外殼端蓋之間的軸向支撐與徑向限位，金屬橡膠墊圈填充于第一外殼內(nèi)筒內(nèi)壁和支撐桿之間，線圈支架通過支撐板固定安裝在支撐桿另一端；音圈電機動子安裝在線圈支架上，在音圈電機定子的內(nèi)永磁體、外圈永磁體之間沿軸向左右平動；金屬彈簧一端通過端蓋固定安裝在第二外殼與第一外殼接口處，另一端伸入限位套筒內(nèi)與限位套筒端部配合；限位套筒通過金屬橡膠墊圈支撐于第二外殼內(nèi)，金屬彈簧和限位套筒端部從第二外殼端部伸出，并通過金屬彈簧端部的安裝孔與外部設(shè)備連接，同時壓緊限位套筒；第二膜片彈簧安裝在線圈支架的支撐板與金屬彈簧的端蓋之間，實現(xiàn)線圈支架和金屬彈簧端蓋之間的軸向支撐與徑向限位；第三膜片彈簧安裝在線圈支架的一端與第一外殼端蓋內(nèi)壁之間，實現(xiàn)線圈支架和第一外殼端蓋內(nèi)壁之間的軸向支撐與徑向限位。

所述金屬橡膠墊圈包括第一金屬橡膠墊圈、第二金屬橡膠墊圈、第三金屬橡膠墊圈，均為環(huán)形；第一金屬橡膠墊圈位于第一外殼內(nèi)筒端部，安裝在支撐桿、第一外殼內(nèi)筒之間，通過第一外殼內(nèi)筒內(nèi)的限位板進行限位；第二金屬橡膠墊圈、第三金屬橡膠墊圈安裝在第二外殼和限位套筒之間，第二金屬橡膠墊圈靠近限位套筒、位于第三金屬橡膠墊圈內(nèi)側(cè)。

所述第二金屬橡膠墊圈有兩個，分別位于限位套筒外壁環(huán)形隔板結(jié)構(gòu)兩側(cè)。

所述第三金屬橡膠墊圈有兩個，分別位于限位套筒外壁環(huán)形隔板結(jié)構(gòu)兩側(cè)。

所述第二金屬橡膠墊圈的剛度大于第三金屬橡膠墊圈的剛度，第二金屬橡膠墊圈的間隙大于第三金屬橡膠墊圈的間隙。

所述線圈支架為圓筒形的一體結(jié)構(gòu)，一端有支撐板；支撐桿穿過支撐板中心，線圈支架通過支撐板中心孔的螺紋與支撐桿固定連接，線圈支架沿支撐桿的軸線左右平動。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的振動控制裝置常用于地面的多塵和空間的高真空、高能輻射、原子氧等多種惡劣環(huán)境，傳統(tǒng)的橡膠等阻尼器在這些環(huán)境中將發(fā)生性能的退化，振動本身也將導致橡膠等阻尼器的疲勞，而本發(fā)明采用金屬(如鋼材、鈦合金、鋁合金等)能較好的適應這些環(huán)境，兩端的金屬橡膠能在一定程度上過濾環(huán)境中的粉塵，減小控制裝置內(nèi)部間隙卡死的風險，因此本發(fā)明采用金屬橡膠、金屬彈簧和音圈電機等全金屬材料構(gòu)成控制裝置，其長期工作性能穩(wěn)定。

(2)本發(fā)明采用主被動一體化結(jié)構(gòu)。其中被動阻尼單元采用金屬彈簧和金屬橡膠并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能較好地隔離高頻振動；而主動控制單元是在被動阻尼單元的基礎(chǔ)上，通過兩個膜片彈簧并聯(lián)一個音圈電機的結(jié)構(gòu)，它能較好地抑制共振峰及其以下的中低頻振動。因此主被動結(jié)合能較好地實現(xiàn)對產(chǎn)品的寬頻微振動抑制。在音圈電機停止工作時，該主被動一體化的微振動控制裝置退化為二級被動阻尼器，仍可獲得較好的高頻微振動衰減效果。

(3)本發(fā)明利用金屬橡膠的阻尼和剛度的強非線性進行大幅振動時的限位保護。在振動位移較大時，其剛度也很大，從而能大幅提高系統(tǒng)的剛度，提高系統(tǒng)的頻率，對產(chǎn)品起到一定的限位保護作用；大幅振動時金屬橡膠能夠大量耗散振動能量，從而能迅速衰減振動幅值。因此本專利在控制裝置內(nèi)部多處都布置有參數(shù)不同的金屬橡膠，起到很好的阻尼和限位保護作用。

(4)本發(fā)明采用膜片彈簧(或碟形彈簧)支撐。既能對音圈電機動子提供一定的軸向預緊力和適當?shù)闹蝿偠?，又能起到徑向限位作用。用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑動軸承可減少動靜活動部件，減小動靜間隙卡死的風險。它可提高控制裝置對多塵等惡劣環(huán)境的適應性和運行可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡圖；

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實施方式

被動隔振裝置能有效隔離高頻振動，主動振動控制裝置能有效抑制共振峰及共振峰以下的中低頻振動。因此本發(fā)明采用主被動結(jié)合的微振動隔離方式，提供了一種主被動一體化的全金屬微振動控制裝置。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明是針對微振動的主被動一體化的微振動控制裝置，包括支撐桿1、膜片彈簧、外殼、音圈電機定子永磁體4、音圈電機動子線圈5、線圈支架6、金屬橡膠墊圈、金屬彈簧8、限位套筒9。外殼包括第一外殼3-1、第二外殼3-2，第一外殼3-1為包括兩層圓筒和環(huán)形端蓋的一體結(jié)構(gòu)，環(huán)形端蓋連接同軸的兩個圓筒一端，第二外殼3-2為一端開口、另一端為環(huán)形端蓋的圓筒形殼體；第一外殼3-1外筒一端通過端蓋連接內(nèi)筒的端部，另一端與第二外殼3-2連接，形成腔體；音圈電機定子4包括內(nèi)圈永磁體、外圈永磁體，外圈永磁體固定在第一外殼3-1外筒內(nèi)壁、內(nèi)圈永磁體固定在第一外殼3-1內(nèi)筒外壁上；支撐桿1穿入第一外殼3-1內(nèi)筒，一端伸出第一外殼3-1并通過金屬橡膠墊圈支撐在第一外殼3-1內(nèi)筒內(nèi)，線圈支架6通過支撐板固定安裝在支撐桿1另一端；音圈電機動子5安裝在線圈支架6上，在音圈電機定子4的內(nèi)圈永磁體、外圈永磁體之間沿軸向左右平動；金屬彈簧8一端通過端蓋固定安裝在第二外殼3-2與第一外殼3-1接口處，另一端伸入限位套筒9內(nèi)與限位套筒9端部配合；限位套筒9通過金屬橡膠墊圈支撐于第二外殼3-2內(nèi)，金屬彈簧8和限位套筒9端部從第二外殼3-2端部伸出，并通過金屬彈簧8的內(nèi)螺紋與外部設(shè)備連接，同時壓緊限位套筒9；膜片彈簧包括第一膜片彈簧2-1、第二膜片彈簧2-2、第三膜片彈簧2-3，第一膜片彈簧2-1安裝在支撐桿1伸出第一外殼3-1的一端與第一外殼3-1端蓋之間，實現(xiàn)支撐桿1和第一外殼3-1端蓋之間的軸向支撐與徑向限位；第二膜片彈簧2-2安裝在線圈支架6的支撐板與金屬彈簧8的端蓋之間，實現(xiàn)線圈支架6和金屬彈簧8端蓋之間的軸向支撐與徑向限位；第三膜片彈簧2-3安裝在線圈支架6的一端與第一外殼3-1端蓋內(nèi)壁之間，實現(xiàn)線圈支架6和第一外殼3-1端蓋內(nèi)壁之間的軸向支撐與徑向限位。

金屬橡膠墊圈包括第一金屬橡膠墊圈7-1、第二金屬橡膠墊圈7-2、第三金屬橡膠墊圈7-3，均為環(huán)形；第一金屬橡膠墊圈7-1位于第一外殼3-1內(nèi)筒端部，安裝在支撐桿1、第一外殼3-1內(nèi)筒之間，通過第一外殼3-1內(nèi)筒內(nèi)的限位板進行限位；第二金屬橡膠墊圈7-2、第三金屬橡膠墊圈7-3安裝在第二外殼3-2和限位套筒9之間，第二金屬橡膠墊圈7-2靠近限位套筒9、位于第三金屬橡膠墊圈7-3內(nèi)側(cè)。

第二金屬橡膠墊圈7-2有兩個，分別位于限位套筒9外壁環(huán)形隔板結(jié)構(gòu)兩側(cè)。第三金屬橡膠墊圈7-3有兩個，分別位于限位套筒9外壁環(huán)形隔板結(jié)構(gòu)兩側(cè)。第二金屬橡膠墊圈7-2的剛度大于第三金屬橡膠墊圈7-3的剛度，第二金屬橡膠墊圈7-2的間隙小于第三金屬橡膠墊圈7-3的間隙。

線圈支架6為圓筒形的一體結(jié)構(gòu)，一端有支撐板；支撐桿1穿過支撐板中心，線圈支架6通過支撐板中心孔的螺紋與支撐桿1固定連接，線圈支架6沿支撐桿1的軸線左右平動。

音圈電機動子(線圈)5纏繞于線圈支架6上，線圈支架6通過螺紋與支撐桿1固定在一起。金屬彈簧8和外殼3通過螺紋固結(jié)在一起，再通過預壓縮的膜片彈簧支撐在支撐桿1上，限位套筒9通過第二金屬橡膠墊圈7-2和第三金屬橡膠墊圈7-3支撐于外殼3右罩上，并通過與外部平臺或產(chǎn)品壓緊在金屬彈簧8上。該裝置的對外接口是左邊的支撐桿1的外螺紋和右邊金屬彈簧8的內(nèi)螺紋。

外部控制器通過控制音圈電機動子(線圈)5內(nèi)電流的大小，音圈電機動子(線圈)5在音圈電機定子(永磁體)4的磁場的作用下，產(chǎn)生一定的安培力，即為該微振動控制裝置的主動控制力，電流大小和方向決定了控制力的大小和方向。

金屬橡膠墊圈包括第一金屬橡膠墊圈7-1、第二金屬橡膠墊圈7-2、第三金屬橡膠墊圈7-3，第二金屬橡膠墊圈7-2為高剛度小間隙金屬橡膠墊圈；第三金屬橡膠墊圈7-3為低剛度小過盈金屬橡膠墊圈。每種金屬橡膠墊圈都包括左右兩個環(huán)形墊。其中第三金屬橡膠墊圈7-3主要是為產(chǎn)品正常工作狀態(tài)時提供阻尼，但是不會顯著改變隔振器的剛度；而第二金屬橡膠墊圈7-2則主要用于產(chǎn)品經(jīng)受較大的外部振動或產(chǎn)品輸出大力矩的過程中，利用該金屬橡膠的高剛度大阻尼的強非線性，保護產(chǎn)品和限制產(chǎn)品的大角度的偏轉(zhuǎn)，同時也能較好地保護彈簧免遭損壞。第一金屬橡膠墊圈7-1是低剛度小間隙金屬橡膠環(huán)形墊，主要起過濾環(huán)境粉塵保護裝置的作用，因此金屬橡膠墊圈使得該微振動控制裝置能夠較好地適應多種復雜環(huán)境。例如，在本實施例中，第一金屬橡膠墊圈7-1的靜剛度約為5×10⁴Nm；第二金屬橡膠墊圈7-2的靜剛度約為≥10⁵Nm，其損耗因子≥0.2；第三金屬橡膠墊圈7-3的靜剛度≤2×10⁴Nm，其損耗因子介于0.02～0.05之間。

膜片彈簧(或碟形彈簧)進行軸向支撐與預緊和徑向限位的方式，能為被支撐對象提供一定的軸向預緊力和適當?shù)闹蝿偠龋帜芷鸬綇较蛳尬蛔饔?。可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑動軸承，可減少動靜活動部件，減小動靜間隙卡死的風險。它可提高控制裝置對多塵等惡劣環(huán)境的適應性和運行可靠性。

該微振動控制裝置內(nèi)的金屬橡膠墊圈和金屬彈簧8并聯(lián)(第一級)；音圈電機定子4及其左右膜片彈簧并聯(lián)(第二級)；第一級和第二級再串聯(lián)。音圈電機激勵作動力與否成為主被動一體化微振動控制裝置和被動微振動控制器區(qū)分的關(guān)鍵。采用主被動兩種方式提高了微振動控制裝置的可靠性。

該微振動控制裝置安裝在振源和基座之間。被動微振動控制器的振動傳遞路徑：振動通過金屬橡膠墊圈和金屬彈簧8傳遞至外殼3(第一級)，再通過預緊的膜片彈簧傳遞至金屬支撐桿1(第二級)，此時音圈電機不工作。主被動一體化微振動控制裝置的振動傳遞路徑：是在被動阻尼器的振動傳遞路徑的第二級處再并聯(lián)一個音圈電機，此時，音圈電機通電工作，音圈電機作動力通過外殼3傳遞至金屬橡膠和金屬彈簧8，最終輸出到主動振動控制對象上。在主動振動控制時，通過測量輸入該裝置的振動力、振動位移或振動加速度等信號及其輸出的振動信號，并將這些測量信號傳送至外部控制器，控制器將結(jié)合被控對象模型，利用振動控制律調(diào)節(jié)音圈電機線圈5中的電流，使之產(chǎn)生與振動輸入反相的激勵力，從而削弱輸出到基座上的微振動，減小微振動影響，提高平臺穩(wěn)定性。

其中被動阻尼單元采用金屬彈簧和金屬橡膠并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能較好地隔離高頻振動；而主動控制單元是在被動阻尼單元的基礎(chǔ)上，通過兩個膜片彈簧并聯(lián)一個音圈電機的結(jié)構(gòu)，它能較好地抑制共振峰及其以下的中低頻振動。因此主被動結(jié)合能較好地實現(xiàn)對產(chǎn)品的寬頻微振動抑制。在音圈電機停止工作時，該主被動一體化的微振動控制裝置退化為二級被動阻尼器，仍可獲得較好的高頻微振動衰減效果。

本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。