一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器，包括载物台、非线性正刚度组件和负刚度主动作动组件；负刚度主动作动组件包括三个以上通过外壳均布固定在底板上的负刚度主动作动器，负刚度主动作动器的主轴的外端固定连接着载物台的底面，负刚度主动作动器的外壳固定在底板上。负刚度主动作动器所表现的非线性负刚度大范围的补偿隔振装置的非线性正刚度，使隔振器达到准零刚度状态；由此降低所需主动作动器提供的主动力及功率，抑制超低温环境下由于主动控制所产生的温升，达到维持超低温环境的效果。此隔振装置属主动控制，整个装置具有可控性好、可靠性高、能耗低、温升低、低频隔振能力强等特点。低频隔振能力强等特点。低频隔振能力强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器


[0001]本技术属于超低温环境下微振动控制和主动控制领域，具体涉及一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器。

技术介绍

[0002]高性能精密隔振系统一直以来都是超精密测量等高端装备的重要组成部分，尤其是超低温环境下的超精密测量与减振更加具有挑战性，其性能优劣也标志着一个国家高端装备制造和顶尖测试水平的高低，因此主流科技强国也将其列为战略性发展和扶持的产业。
[0003]现有的隔振技术主要分为被动、半主动和主动隔振技术。就被动隔振系统而言，常见的技术方案是在振源与系统之间加入弹性元件、阻尼元件甚至惯性元件，因此被动隔振系统的重要参数固定，在隔振过程中不可控，很难高效地对多种情况下的外界振动进行有效隔离，因而无法满足超高精装备的工作要求。半主动隔振通常可以改变隔振设备的阻尼特性，从而间接改变控制力输出，隔振效果优于被动隔振，但与主动隔振系统相比，半主动隔振系统提供的控制力受到隔振设备的制约，所以控制效果往往次于主动控制。而主动隔振系统一般是在被动隔振的基础上，并联或串联一个主动力作动器，或者用主动力作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件，在隔振过程中传感器装置得到信息并反馈给控制装置，然后发出适当的指令给主动力作动器输出可控的主动力，可以有效地隔离环境振动，但其往往需要长时间输出主动力，导致能耗和功率增大，发热量升高，在超低温环境下无法维持设备所需的超低温环境。
[0004]传统的主动隔振技术，往往通过增加刚性弹簧刚度，达到提高隔振系统的固有频率的目的，以期在低频下获得良好的隔振效果。与此同时，较大的刚度将会带来主动作动器输出主动力增大、功耗增高和发热量升高等缺陷。因此，研究超低温下低功率新型振动控制方法对工作在超低温环境下的高精测量设备是十分重要和必要的。

技术实现思路

[0005]为了降低主动控制所需主动力，提供超低温下低功率隔振的可行性，本技术提供一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器。
[0006]一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器包括载物台2和非线性正刚度组件，非线性正刚度组件包括中心轴1、六个弹簧连接柱3、六个几何反弹簧板9和底板5；所述中心轴1的上端通过螺纹连接着所述载物台2的中心，中心轴1的下端连接着位移传感器6，位移传感器6的底部与底板5的顶面通过螺纹固定连接，所述六个弹簧连接柱3以中心轴1为中心均布于底板5的外周上；所述六个几何反弹簧板9的一端分别固定连接着对应的六个弹簧连接柱3的上端，六个几何反弹簧板9的另一端分别固定连接着套设在中心轴1上的连接环7；
[0007]还包括负刚度主动作动组件；
[0008]所述负刚度主动作动组件包括三个以上的负刚度主动作动器4；所述三个以上的
负刚度主动作动器4通过外壳404均布固定在底板5上，三个以上的负刚度主动作动器4的主轴401的外端固定连接着载物台2的底面；
[0009]由负刚度主动作动器中的内磁铁环403和外磁铁环402相互作用产生负刚度，用于补偿由六个几何反弹簧板9提供的大部分非线性正刚度，使所述隔振器达到准零刚度状态。
[0010]优选地，所述负刚度主动作动组件4包括三个负刚度主动作动器。
[0011]本技术的有益技术效果体现在以下方面：
[0012]1.本技术针对高精密科学装置产生的超低频的振动导致的信号失真，降低外界的振动的传统隔振技术存在功耗大、温升高的局限性，提出引入负刚度技术到主动控制隔振系统，通过负刚度与隔振结构自身正刚度大范围抵消的机理，降低隔振结构自身正刚度，从而降低主动作动器所需主动力，从而降低主动控制功率，仿真结果表明主动力降低效果可达80%，进一步降低超低温环境下由于主动控制所产生的功耗和温升，实现超低温下超低功率对精密仪器的隔振。
[0013]2.本技术的负刚度主动作动器上的一对磁铁环组成负刚度单元，具有负刚度特性。内磁铁环固定在作动器主轴上，外磁铁环与作动器外壳固定。参见图3中的B，当内外磁铁环高度上对中时即处于平衡位置，此时负刚度单元不产生轴向力。参见图3中的A，当主动作动器主轴向上出力，负刚度主动作动器中的内磁铁环会随主轴向上运动，刚偏离平衡位置时，会产生较大的与位移同向的轴向力，而后随着位移的增大此轴向力快速下降，表现出负刚度特性。同理参见图3中的C，当主动作动器主轴向下出力，负刚度主动作动器中的内磁铁环会随主轴向下运动，刚偏离平衡位置时，会产生较大的与位移同向的轴向力，而后随着位移的增大此轴向力快速下降，同样表现出负刚度特性。这种非线性负刚度机制引入到主动减振系统中可以大幅降低隔振系统的自身刚度，同时配合非线性正刚度组件可以保证系统的承载能力。非线性负刚度机制可以大幅度提升隔振系统的减振性能，使其在达到预期的隔振效果的同时，降低主动力输出，从而降低主动控制功率，降低超低温环境下由于主动控制所产生的温升，达到维持超低温环境的效果。
附图说明
[0014]图1 为本技术实施例结构的主视图。
[0015]图2 为本技术实施例结构的剖视图。
[0016]图3 为本技术实施例结构中负刚度主动作动器4的剖视图。
[0017]图4为本技术实施例结构中几何反弹簧构成的全悬浮式的承载结构。
[0018]上图中序号：中心轴1、载物台2、弹簧连接柱3、负刚度主动作动器4、底板5、位移传感器6、中心连接环7、弹簧压板8、几何反弹簧板9、主轴401、内磁铁环403、外磁铁环402、外壳404。
具体实施方式
[0019]下面结合附图，通过实施例对本技术作进一步的详细介绍。
[0020]实施例1
[0021]参见图1，一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器包括载物台2、非线性正刚度组件和负刚度主动作动组件4。
[0022]参见图2，非线性正刚度组件包括中心轴1、六个弹簧连接柱3、六个几何反弹簧板9、和底板5。
[0023]参见图4，中心轴1上端通过螺纹连接着载物台2的中心，相对位置通过螺纹连接件微调，中心轴1下端连接着位移传感器6，位移传感器6的底部工装与底板5的顶面接触；当载物台2带动中心轴1上下振动时，位移传感器6采集位移信号。连接环7固定在中心轴1上部，相对位置通过螺纹连接件调节，连接环7同时连接六个几何反弹簧板9的一端，六个几何反弹簧板9的另一端分别通过弹簧压板8压紧在对应弹簧连接柱3上。几何反弹簧板9是弹簧钢制成的钢板，边缘为过渡曲线，针对不同大小的负载，可以通过更改几何反弹簧板9的厚度和材质改变承载能力。通过连接环7的高度调节使得六个几何反弹簧板9产生预变形，产生非线性正刚度。六个弹簧连接柱3使得六个几何反弹簧板9固定在底板5的圆周上。
[0024]参见图2，负刚度主动作动组件包括三个负刚度主动作动器。
[0025]参见图3，负刚度主动作动器4包括主轴401、内磁铁环403、外磁铁环402和外壳404。
[0026]三个负刚度主动作动器通过外壳404均布固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超低温环境下超低功率的隔振器，包括载物台（2）和非线性正刚度组件，非线性正刚度组件包括中心轴（1）、六个弹簧连接柱（3）、六个几何反弹簧板（9）和底板（5）；所述中心轴（1）的上端通过螺纹连接着所述载物台（2）的中心，中心轴（1）的下端连接着位移传感器（6），位移传感器（6）的底部与底板（5）的顶面通过螺纹固定连接，所述六个弹簧连接柱（3）以中心轴（1）为中心均布于底板（5）的外周上；所述六个几何反弹簧板（9）的一端分别固定连接着对应的六个弹簧连接柱（3）的上端，六个几何反弹簧板（9）的另一端分别固定连接着套设在中心轴（1）上的连接环（7）；其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙帅帅，周思承，潘立言，巩宁，杨健，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：