本发明专利技术公开了一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置，属于隔振装置设计技术领域。所述钻孔装置包括用于提供横向减振的正负刚度装置、提供纵向负刚度效应的隔振支座以及机械臂末端钻孔执行元件；所述用于提供横向减振的正负刚度装置包括“十”字状三维正负刚度蜂窝结构、变刚度弹簧装置、限位杆和法兰盘，所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构由两个二维单胞蜂窝结构交叉构成。本发明专利技术采用正负刚度相结合的“十”字状三维正负刚度蜂窝结构，减少钻孔时产生的横向振动，还采用隔振支座来减少纵向振动带来的影响，降低钻孔力对机械臂的振动，并提高钻孔的精度。此外，本发明专利技术通过改变负刚度蜂窝状单细胞结构的曲梁横截面、厚度，实现负刚度自适应调节。度自适应调节。度自适应调节。
A drilling device based on positive and negative stiffness damping technology
【技术实现步骤摘要】
一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置
[0001]本专利技术涉及一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置，属于隔振装置设计
技术介绍
[0002]在电梯导轨安装领域，在机械臂末端关节上安装钻孔电锤，可在井道壁面上进行自动打孔，完成电梯导轨安装支架孔的自动钻孔工作，避免了安装工人在“危、繁、脏、重”的工作环境下手工钻孔，大大降低了工人的劳动强度。机械臂上安装电锤进行钻孔工作时，产生的钻孔力是具有一定激励的外载荷，施加在机械臂的末端关节上，会使机械臂的各个关节和臂连杆单元产生振动，一方面影响机械臂的工作寿命，另一方面又会导致机械臂在钻孔时偏离原来设定的钻孔加工位置，产生钻孔位置误差。为了在钻孔时降低机械臂受到的振动力，需要设计一个能有效进行吸能的减振装置。
[0003]然而，现有的钻孔减振装置存在以下三个问题。第一，钻孔减振装置仅采用减振弹簧装置进行缓冲，对于机械臂执行钻孔高精度要求的场合，不能有效地隔振减振、减少冲击，同时弹簧的反弹性也会影响钻孔的精度。第二，钻孔减振装置仅单方向的缓冲减振，这样不能完全消除振动带来的影响；并且在钻孔时也很难保证力集中于一点，从而导致机械臂在钻孔时偏离原来设定的钻孔加工位置，产生钻孔位置误差。第三，二维负刚度单胞蜂窝结构大部分采用单级耗能的方式，提供的负刚度减振吸能效应并不明显，且其力学性能差、吸能效率低，受多次挤压后无法恢复原状。
[0004]专利CN210552201U公开一种钻孔机减振支架，其利用定位套对钻孔机轴向定位，导向套用于引导钻孔的方向，以保证钻孔方向的准确性；利用位于支脚上水平布置的弹簧圈，将支脚因受力转动的角度转化为弹簧的形变，从而将冲击力转化为弹簧的弹性势能，减小钻孔时产生的振动。但这种方式不能适用于要求钻孔高精度的场合，弹簧的反弹性也会导致支脚再次发生转动影响钻孔的精度，单方向的缓冲减振效果不明显。
[0005]专利CN210978325U公开一种负刚度单胞蜂窝减振结构，该负刚度单胞蜂窝减振结构通过采用外部耗能单元以及内部耗能单元来承载和多级耗能，以达到提高结构的承载力、耗能力和可重复使用性的目的。然而该装置不适用于渐变载荷的场合，当一边的载荷过大时，会导致内部耗能单元曲梁发生错位变形，且受多次挤压后无法恢复原状。
[0006]专利CN110792710A公开一种复合型负刚度吸能蜂窝结构，该二维单胞蜂窝结构通过采用软材料和硬材料结合的两种材料来构建负刚度结构，以达到减振并提高力学性能的目的。但是，该装置的力学性能会受到最低弹性性能材料的限制，且叠加后的各材料屈曲效应不同，稳定性差。由于其横向强度和层间剪切强度差，不能适用于受横向载荷的场合。
[0007]专利CN110985581A公开一种斥力型磁力负刚度蜂窝结构，该二维负刚度结构是由负刚度蜂窝单胞结构通过相互对称的上部结构和下部结构连接而成。上下部结构分别设置磁性相反的磁体结构。由相斥的磁铁提供正刚度，蜂窝单胞结构提供负刚度，实现正负刚度结合，从而达到隔振的目的。然而该装置通过曲梁塑性变形吸收能量，限制了能量吸收，且
由相斥磁铁提供正刚度的方法不适用于高载荷的场合，受多次挤压后负刚度蜂窝结构无法恢复原状。
技术实现思路
[0008]本专利技术针对上述技术存在的问题，提供了一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置。该装置通过采用“十”字状三维正负刚度蜂窝结构以及变刚度弹簧装置，得到高的静刚度和低的动刚度。高的静刚度使得系统的静变形量很小，低的动刚度可以减小系统的固有频率，从而可以扩大隔振区间，保证了系统既具有软弹簧的隔振优点，又具有较小的固有频率。进一步，通过在机械臂末端依次设置横向减振的正负刚度结构以及提供纵向负刚度效应的隔振支座，有效地减少了横向振动和纵向振动的影响，从而能提高钻孔的精度和机械臂的使用寿命。此外，该装置通过采用“十”字状三维正负刚度蜂窝结构，其中第二曲梁厚度D大于第一曲梁厚度d，将“十”字状三维正负刚度蜂窝结构均匀的分布在变刚度弹簧装置的四周，解决了装置受变载荷时负刚度结构受力不均匀、可重用性差的问题。通过采用多级耗能的方式，尤其将曲梁改成贯通状六边形结构，其中间结点用弹性板连接两边，大大提高负刚度结构受压时的减振耗能能力以及力学性能，提高结构的负刚度，以达到机械臂钻孔减振的目的。
[0009]本专利技术提供了一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置，包括用于提供横向减振的正负刚度装置、提供纵向负刚度效应的隔振支座以及机械臂末端钻孔执行元件；
[0010]所述用于提供横向减振的正负刚度装置包括“十”字状三维正负刚度蜂窝结构、变刚度弹簧装置、限位杆和法兰盘，所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构由多个二维单胞蜂窝结构交叉构成；
[0011]所述用于提供纵向负刚度效应的隔振支座包括上支座、下支座和滑块，所述上支座与下支座通过滑块活动连接，所述上支座背离滑块的一端连接有机械臂末端钻孔执行元件；
[0012]所述法兰盘和下支座通过限位杆连接；所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构上梁与下支座固定连接，“十”字状三维正负刚度蜂窝结构下梁与法兰盘连接；所述变刚度弹簧装置的一端与下支座固定连接，另一端与法兰盘连接。
[0013]本专利技术的一种实施方式中，所述二维单胞蜂窝结构的数量为两个，“十”字状三维正负刚度蜂窝结构由两个二维单胞蜂窝结构在中心轴处成九十度交叉构成；所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构的数量为偶数个，偶数个“十”字状三维正负刚度蜂窝结构均匀对称分布在变刚度弹簧装置的四周。
[0014]本专利技术的一种实施方式中，所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构包括第一曲梁、第二曲梁、中间梁、刚性板、第一弹簧、第二弹簧和传递杆；所述第二曲梁的厚度D大于第一曲梁的厚度d；所述刚性板位于第一曲梁和第二曲梁的二分之一处；所述第一弹簧设置在中间梁二分之一处的正上方，末端连接传递杆；所述第二弹簧设置在中间梁二分之一处的正下方，末端也连接传递杆；两个传递杆分别与“十”字状三维正负刚度蜂窝结构的上梁和下梁固定连接。
[0015]本专利技术的一种实施方式中，所述第一曲梁和第二曲梁为贯通状六边形结构，六边形结构的中间结点处连接有弹性板。
[0016]本专利技术的一种实施方式中，所述上支座设有凸起的第一拱球面，所述下支座设有凸起的第二拱球面，所述滑块的两端分别设有第一曲面和第二曲面，所述第一曲面与第一拱球面相配合，所述第一曲面与第一拱球面的曲率半径相同，所述第一曲面与第一拱球面承压接触。
[0017]本专利技术的一种实施方式中，所述用于提供纵向负刚度效应的隔振支座还包括弹性限位块、凸起曲面滑块和插销孔；所述第二拱球面上设置有与第二拱球面相同曲率的多组凸起曲面滑块，所述凸起曲面滑块的末端设置成插销状，在所述第二拱球面上设置多个插销孔，所述凸起曲面滑块嵌入所述插销孔内固定；所述第二曲面与多组凸起曲面滑块组成的曲面曲率半径相同，所述第二曲面和多组凸起曲面滑块组成的曲面相配合。
[0018]本专利技术的一种实施方式中，所述第二拱球面上还设有弹性限位块，所述弹性限位块位于多组凸起曲面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于正负刚度减振技术的钻孔装置，其特征在于，包括用于提供横向减振的正负刚度装置、提供纵向负刚度效应的隔振支座以及机械臂末端钻孔执行元件；所述用于提供横向减振的正负刚度装置包括“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)、变刚度弹簧装置(6)、限位杆(10)和法兰盘(5)，所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)由多个二维单胞蜂窝结构交叉构成；所述用于提供纵向负刚度效应的隔振支座包括上支座(1)、下支座(26)和滑块(12)，所述上支座(1)与下支座(26)通过滑块(12)活动连接，所述上支座(1)背离滑块(12)的一端连接有机械臂末端钻孔执行元件；所述法兰盘(5)和下支座(26)通过限位杆(10)连接；所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)上梁与下支座(26)固定连接，“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)下梁与法兰盘(5)连接；所述变刚度弹簧装置(6)的一端与下支座(26)固定连接，另一端与法兰盘(5)连接。2.根据权利要求1所述的基于正负刚度减振技术的钻孔装置，其特征在于，所述二维单胞蜂窝结构的数量为两个，“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)由两个二维单胞蜂窝结构在中心轴处成九十度交叉构成；所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)的数量为偶数个，偶数个“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)均匀对称分布在变刚度弹簧装置(6)的四周。3.根据权利要求2所述的基于正负刚度减振技术的钻孔装置，其特征在于，所述“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)包括第一曲梁(16)、第二曲梁(19)、中间梁(20)、刚性板(15)、第一弹簧(8)、第二弹簧(18)和传递杆(17)；所述第二曲梁(19)的厚度D大于第一曲梁(16)的厚度d；所述刚性板(15)位于第一曲梁(16)和第二曲梁(19)的二分之一处；所述第一弹簧(8)设置在中间梁(20)二分之一处的正上方，末端连接传递杆(17)；所述第二弹簧(18)设置在中间梁(20)二分之一处的正下方，末端也连接传递杆(17)；两个传递杆(17)分别与“十”字状三维正负刚度蜂窝结构(4)的上梁和下梁固定连接。4.根据权利要求3所述的基于正负刚度减振技术的钻孔装置，其特征在于，所述第一曲梁(16)和第二曲梁(19)为贯通状六边形结构，六边形结构的中间结点处连接有弹性板(28)。5.根据权利要求1所述的基于正负刚度减振技术的钻孔装置，其特征在于，所述上支座(1)设有凸起的第一拱球面，所述下支座(26)设有凸起的第二拱球面，所述滑块(12)的两端分别设有第一曲面和第二曲面，所述第一曲面与第一拱球面相配合，所述第一曲面与第一拱球面的曲率半径相同，所述第一曲面...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞建峰，王杨杰，徐日泰，刘锐，王逸涵，廖一，秦天，方成缘，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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