一种精密主动减振装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种结构紧凑、集成度高的精密主动减振装置，它适用于需要进行微幅振动抑制的小质量精密加工（测量）设备。该装置主要包括既能感受振动又能对振动进行抑制的压电块结构、压电块提供垂向预压力的折叠弹簧以及提供垂向被动隔振的柔性铰链。其中，压电块可以采用垂直布置，也可以采用45度倾斜布置，采用倾斜布置的压电块结构可以同时测量和抑制水平向振动和垂向振动。另外，一种实现水平面隔振的减振装置可以提供360度水平面的振动隔离，其内部采用线切割加工出螺旋线形槽。水平面隔振减振装置与垂向精密主动减振装置结合使用，既可以主动抑制垂向振动，又可被动隔离水平振动。

A precision active damping device

The invention provides a precise and active damping device with compact structure and high integration degree, and is suitable for small quality precise processing (measuring) equipment which needs to be suppressed by micro amplitude vibration. The device mainly comprises a piezoelectric block structure capable of experiencing vibration and vibration suppression, a piezoelectric block, a folding spring providing vertical preload, and a flexible hinge providing vertical passive isolation. The piezoelectric block can be vertically arranged or tilted at 45 degrees, and the inclined piezoelectric block structure can be used to measure and suppress horizontal vibration and vertical vibration simultaneously. In addition, a vibration isolation device capable of realizing horizontal vibration isolation can provide vibration isolation of 360 degrees of horizontal surface, and the spiral groove is processed by line cutting inside. The horizontal vibration isolation device is combined with vertical precision active vibration damping device. It can not only automatically suppress vertical vibration, but also passively isolate horizontal vibration.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密减振领域，具体涉及一种小型的精密主动减振装置。该装置适用于需要进行微幅振动抑制的小质量精密加工(测量)设备。
技术介绍
常见减振装置一般采用如螺旋弹簧、气囊等元件隔离从振源传至被隔离物体的振动。采用螺旋弹簧的系统存在着无法抑制低频振动的问题。采用气囊的减振系统虽然可以有效抑制低频振动，但其承载力小，体积大，不利于用在精密小型设备中。另外，螺旋弹簧或气囊等都是被动隔振元件，即他们不需要消耗外部能量，但无法主动根据外界振动情况进行振动抑制，也无法抑制直接作用于受保护设备的振动，并且无法主动进行定位调节。被动隔振元件与传感器、作动器结合可以构成主动减振装置，其传感器常采用速度或加速度传感器，作动器常采用电机，气缸等。受传感器、作动器体积的限制，对于需要微幅精密减振的小型设备而言，这种主动减振装置结构复杂，体积较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种结构紧凑、集成度高的精密主动减振装置，它主要针对于需要进行微幅振动抑制的小质量精密设备。本专利技术提供的一种精密主动减振装置，其特征在于，该装置包括在同一基体内加工而成的被动减振部分与主动减振部分，主动减振部分位于被动减振部分上面，二者之间为中间断开的直线隔离槽，直线隔离槽为螺旋线形槽；主动减振元件采用的压电块结构，其中压电块的预压力由折叠弹簧提供，被动减振元件采用的是柔性铰链结构，整个装置关于垂向中心线轴对称。本专利技术提出一种精密主动减振装置，它包括既能感受振动又能对振动进行抑制的压电块结构，为压电块提供垂向预压力的折叠弹簧，若干条采用电火花线切割加工出的槽， 八个提供垂向被动隔振的柔性铰链。该装置利用压电块的主动测振和减振特性，以及柔性铰链的被动隔振特性串联组成二级减振系统。该主动减振装置结构紧凑，集成度度高，适用于对精密小型设备进行微幅减振。另外，本专利技术提供一种实现水平面隔振的减振装置，减振装置的内采用电火花线切割加工出螺旋线形槽。该种形式的减振装置可以对位于其中心安装接口的设备提供360 度水平振动隔离。此外，本专利技术提出一种垂向精密主动减振装置和水平隔振减振装置组合而成的主动减振装置，它即可以主动抑制垂向振动，又可被动隔离水平振动。具体而言，本专利技术具有以下技术特点(1)压电块可以垂向布置，也可以倾斜布置。压电块倾斜布置时，采用柔性铰链结构消除压电块受到的切向应力。(2)所述的折叠弹簧由线切割加工而成，它采用不同切割形式，也可以加工出孔以降低刚度。(3)所述水平面隔振减振装置内采用线切割加工出螺旋线形槽，与精密主动减振装置相连接的接口位于减振装置的中心。(4)可以采用所述的三个精密主动减振装置共同支承精密设备，通过线缆与控制系统相连接，从而主动抑制精密设备受到的振动。。附图说明图1为本专利技术第一实施例所述的垂向精密主动减振装置；图2为本专利技术第二实施例所述的垂向和水平向精密主动减振装置；图3(a)为本专利技术所述的一种实现水平面隔振的减振装置的俯视图；图3(b)为本专利技术所述的一种实现水平面隔振的减振装置的前视图；图4(a)为三个精密主动减振装置组成主动减振系统的俯视图；图4(b)为三个精密主动减振装置组成主动减振系统的前视图。具体实施例方式本专利技术提供的减振装置采用被动减振与主动减振相结合的二级减振方式。被动减振部分位于该装置的下部，主动减振部分位于该装置的上部。其中被动减振元件采用的是柔性铰链结构，主动减振元件采用的压电块结构。压电材料是一种同时兼具正逆机电耦合特性的智能材料，若对其施加作用力，则在它的两个电极上将感应产生等量的异种电荷。反之，当它受到外加电压的作用时，便会产生机械变形。基于这一特性，压电材料在振动主动控制中被广泛用作传感器和作动器。压电块由压电作动器和压电传感器组成，两部分封装成一个整体。因此压电块不仅能够感测由振动产生的力，而且能够抑制振动。压电块在垂向可以承载或施加很大的力，但它不能承受水平方向的剪切力以及垂向的拉伸力。折叠弹簧采用线切割加工而成，它具有垂向弹性。压电块安装在垂向精密主动减振装置中的两个方孔内，可以采用粘合剂将压电块的位置固定。当压电块置于方孔中时，折叠弹簧处于垂向拉伸状态，因此对压电块施加了一定的预压力，以防止压电块受到拉伸应力的作用而造成其损坏。压电块中的压电传感器感测到由振动产生的力后，将测量信号传给控制器，控制器进而将控制信号传给压电作动器以驱动其进行主动振动抑制。垂向精密主动减振装置的下部分为垂向被动弹性单元，通过4个柔性铰链单元的组合，该垂向精密主动减振装置具有垂向弹性，因此具有垂向被动隔振能力。应用时，该垂向精密主动减振装的上表面与需要进行减振的精密设备相连，下表面与外界环境相连。本专利技术提供的减持装置可以分为二种方式，一种是垂向方式，另一种是垂向和水平向方式。以下结合说明书附图对本专利技术的具体实施例作进一步详细的说明。如图1所示，垂向精密主动减振装置包括位于下部的被动减振部分和位于上部的主动减振部分，其中被动减振部分与主动减振部分由直线隔离槽6b分隔开。整个装置关于垂向中心线ο轴对称。被动减振部分包括结构相同的第一至第四柔性单元^、4b、k、4d，C形槽6a，和下直线槽6c ；每个柔性单元包括两个柔性铰链，两个柔性铰链的中心线q位于同一水平线上；第二柔性单元4b位于第一柔性单元如的下方，且其位置与第一柔性单元如沿垂向对齐； 第一柔性单元如和第三柔性单元4c的上端与直线隔离槽6b相连，第一、第三柔性单元4a、 4c下端与C形槽6a的上端相连；第二、第四柔性单元4b、4d的下端与直线槽6c相连，上端与C形槽6a的下端相连；其中直线隔离槽6b包括对称的左右两段，左段从整个垂向精密减振装置的左端面沿水平方向向中心线ο延伸，直到与第一柔性单元如的右端对齐；直线隔离槽6b的右段从整个垂向精密减振装置的右端面沿水平方向向中心线ο延伸，直到与第三柔性单元4c的左端对齐；直线槽6c从第二柔性单元4b的左端沿水平向一直延伸至第四柔性单元4d的右端。主动减振部分包括位于该垂向精密主动减振装置左右两端的第一、第二折叠弹簧 la、lb，位于折叠弹簧与中心线ο之间的第一、第二方孔9a、9b，位于方孔9a、9b中的由压电作动器2和压电传感器3组成的压电块，以及直线槽7 ；其中，直线槽7从左边的方孔9a沿水平向一直延伸到右边的方孔％ ；压电块中压电作动器2和压电传感器3层叠布置，其上下关系可交换。如图2所示，垂向和水平向精密主动减振装置同样包括位于下部被动减振部分和位于上部的主动减振部分，其中被动减振部分与主动减振部分由直线槽19分隔开。整个装置关于中心线P轴对称。被动减振部分的结构与本专利技术第一实施例中垂向精密主动减振装置中位于下部的被动减振部分完全一样。主动减振部分包括位于装置左右两端的第三、第四折叠弹簧14a、14b，位置比折叠弹簧更靠近装置中心线P的两个方孔17a和17b，位于方孔17a和17b中的由压电作动器12 和压电传感器11组成的压电块，直线槽15和直线槽16a、16b，以及四个柔性铰链13a、13b、 13c、13d ；其中方孔17a的法线r和17b的法线s均与装置中心线ρ有一定的交角，并且两个方孔17a与17b相对于中心线ρ对称；压电块中压电作动器2和压电传感器3层叠布置， 其上下关系可交换；在垂直于方孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种精密主动减振装置，其特征在于，该装置包括在同一基体内加工而成的被动减振部分与主动减振部分，主动减振部分位于被动减振部分上面，二者之间为中间断开的直线隔离槽，直线隔离槽为螺旋线形槽；主动减振元件采用的压电块结构，其中压电块的预压力由折叠弹簧提供，被动减振元件采用的是柔性铰链结构，整个装置关于垂向中心线轴对称。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，李巍，徐振高，袁志扬，吴文江，
申请(专利权)人：华中科技大学，上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：83