[發(fā)明專利]一類基于零剛度系統(tǒng)的六自由度超低頻隔振裝置及其控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810087846.1
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN108253084B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹慶杰;楊濤;朱光楠;張瀟漢;梁廷偉;王金龍;江高騰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F15/04
• 分類號(hào): F16F15/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

一類基于零剛度系統(tǒng)的六自由度超低頻隔振裝置及控制系統(tǒng)，涉及多自由度低頻、超低頻、乃至低至零頻的振動(dòng)隔離以及微振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。隔振裝置由支撐平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)及隔振模塊連接而成；隔振模塊包括上連桿、下連桿、柱形殼體以及豎直彈簧、水平彈簧及彈簧間連接組件；上連桿的上端連接支撐平臺(tái)，上連桿的下端穿過柱形殼體的上端蓋與彈簧間連接組件連接，下連桿的上端與柱形殼體的下端蓋固接，下連桿的下端與基礎(chǔ)平臺(tái)連接；隔振模塊滿足零剛度特征，結(jié)合重力環(huán)境自適應(yīng)控制系統(tǒng)使得被隔對象處于懸浮狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)低頻、超低頻、乃至低至零頻的全頻段振動(dòng)免疫隔振性能，解決了多自由度超低頻振動(dòng)、振動(dòng)共振以及非線性動(dòng)力學(xué)多耦合技術(shù)難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一類基于零剛度系統(tǒng)的六自由度隔振裝置及其控制系統(tǒng)，涉及航天高分辨率對地觀測、星載精密光學(xué)儀器、武器裝備穩(wěn)瞄、超精密儀器加工等在內(nèi)的一系列多自由度低頻、超低頻、乃至低至零頻的振動(dòng)隔離以及微振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

實(shí)際工程中存在大量多維振動(dòng)現(xiàn)象，例如空間航天器微振動(dòng)、武器裝備穩(wěn)瞄、交通工具的輸運(yùn)、機(jī)械加工、地震等。多維振動(dòng)在多數(shù)情況下對人員或設(shè)備產(chǎn)生不良影響，造成不同的損害。例如，航天器微振動(dòng)將嚴(yán)重影響光學(xué)遙感器的成像質(zhì)量、彈道發(fā)射系統(tǒng)的多維振動(dòng)會(huì)降低目標(biāo)命中率、救護(hù)車的多維振動(dòng)將加重病人的痛苦、機(jī)械加工的多維振動(dòng)將造成產(chǎn)品的損壞等。多維隔振器已經(jīng)在航天、航空、航海、醫(yī)療、機(jī)械加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)多自由度隔振技術(shù)中普遍存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、隔振頻率高及共振等難題，該類系統(tǒng)對于低頻隔振效果顯著，依然無法解決1Hz以下的超低頻隔振問題，從而制約了眾多現(xiàn)代尖端技術(shù)的發(fā)展。

準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)具有高靜態(tài)、低動(dòng)態(tài)剛度等優(yōu)良特性，可以有效降低系統(tǒng)的固有頻率，從而達(dá)到在特定頻段內(nèi)將作用于設(shè)備的各類振動(dòng)擾動(dòng)激勵(lì)有效的降低或者隔離的效果。該類系統(tǒng)可以提高隔振精度及實(shí)現(xiàn)較低頻隔振，但其仍然存在超低頻、共振等難題。目前已有多種單自由度零剛度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，而對于多自由度，特別是六自由度零剛度系統(tǒng)的研究很少。因此，從航空航天、武器裝備發(fā)展需求出發(fā)，目前迫切需要設(shè)計(jì)具有零剛度特征的六自由度超低頻隔振器，提升我國在超低頻隔振領(lǐng)域的技術(shù)水平和技術(shù)成熟度，促進(jìn)我國航空航天、武器裝備等質(zhì)量和品質(zhì)的提高。

目前低頻、超低頻領(lǐng)域的隔振器的設(shè)計(jì)還不多見，而滿足航天科技與武器裝備發(fā)展的隔振裝置的設(shè)計(jì)就更為少見。現(xiàn)階段隔振器的研究大多集中于經(jīng)典線性隔振器與非線性準(zhǔn)零剛度隔振器，這些設(shè)備多數(shù)適用于中高頻段的振動(dòng)抑制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將隔振目標(biāo)放在超低頻(低于1Hz)、寬頻域內(nèi)，以幾何非線性隔振理論研究為基礎(chǔ)，構(gòu)建一類基于零剛度系統(tǒng)的六自由度超低頻隔振裝置及其控制系統(tǒng)，解決涉及航天高分辨率對地觀測、星載精密光學(xué)儀器、武器裝備穩(wěn)瞄、超精密儀器加工等領(lǐng)域存在的多自由度超低頻振動(dòng)、振動(dòng)共振以及非線性動(dòng)力學(xué)多耦合等技術(shù)難題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一類基于零剛度系統(tǒng)的六自由度超低頻隔振裝置，所述零剛度系統(tǒng)是指不具備抵抗彈性變形的能力，具有連續(xù)平衡、恒定勢能以及中性穩(wěn)定的系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)方程可表示為

其中X是系統(tǒng)的位移向量，ε是加速度向量；零剛度系統(tǒng)具有零固有頻率的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)低頻、超低頻、乃至低至零頻的全頻段振動(dòng)免疫隔振性能；

所述基于零剛度系統(tǒng)的六自由度超低頻隔振裝置的構(gòu)型是由支撐平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)及位于二者間的至少三個(gè)隔振模塊連接而成，每個(gè)隔振模塊設(shè)計(jì)滿足零剛度系統(tǒng)的條件；