一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台制造技术

本发明专利技术公开了一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台，包括被动减振组件、变刚度变阻尼空气弹簧组件、组合承载平台和外框架，所述被动减振组件包括硬质橡胶垫和剪切型粘弹阻尼器，所述变刚度变阻尼空气弹簧组件包括2个或2个以上沿机座对称分布的双气室空气弹簧，所述组合承载平台包括钢板制成的顶板、底板和侧板，顶板、底板和侧板之间设置有隔离层，所述外框架对称安装在机座两侧。本发明专利技术的仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台无作动部件，耗能低，相对于有主动控制的减振平台，可大幅度降低制造成本和运行成本，节能，经济实用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台，包括被动减振组件、变刚度变阻尼空气弹簧组件、组合承载平台和外框架，所述被动减振组件包括硬质橡胶垫和剪切型粘弹阻尼器，所述变刚度变阻尼空气弹簧组件包括2个或2个以上沿机座对称分布的双气室空气弹簧，所述组合承载平台包括钢板制成的顶板、底板和侧板，顶板、底板和侧板之间设置有隔离层，所述外框架对称安装在机座两侧。本专利技术的仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台无作动部件，耗能低，相对于有主动控制的减振平台，可大幅度降低制造成本和运行成本，节能，经济实用。【专利说明】一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台
本专利技术涉及本专利技术涉及振动控制技术和仿生
，尤其涉及一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台。
技术介绍
近年来，由于技术与产业的不断进步，高速旋转机械、电子设备、高效高精密加工和微机械等高精密系统对隔减振系统的要求达到了极其苛刻的程度。各种环境振动、机械冲击成为限制各类高精密系统提高加工精度或工作精度的重要因素。目前在精密系统中仍是以空气弹簧作为主要隔振元件的被动或半主动隔减振系统，这种单一隔振元件组成的隔减振系统已经无法满足高精尖技术装备对振动隔离技术的需求。为了提高隔减振系统的隔振效率，科研和工程技术人员也开发了一些隔减振系统。《中国机械工程》2006年第17卷第21期刊载的论文《微制造平台隔振系统仿生设计》，模仿啄木鸟头部结构设计了一种基于主动控制技术的隔振平台，由I个平台、4个空气弹簧、8个超磁致伸缩致动器、6个伺服型传感器、3个高度控制阀、I套控制系统组成。该装置以超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件，并与检测系统一起构成闭环主动振动控制系统，可以有效地消除由基础传递过来的各种频率的振动扰力。但是该文件给出的主动隔振系统包括平台、空气弹簧、超磁致伸缩致动器、伺服型传感器、高度控制阀、控制系统等，结构相对复杂，而且致动器、传感器等的运行都需要消耗能量。哈尔滨工业大学2010年公开的一篇工学硕士学位论文《基于磁流变阻尼器减振平台的研制》描述了一种基于磁流变阻尼器的半主动减振平台，由交流伺服电机、磁流变阻尼器、电控部件、机架等组成。该论文的主要目的是为了验证开发的磁流变效应控制算法的有效性和控制效果。作为一种基于智能型减振材料的主动或半主动减振平台，实际应用时必须设计相应的电控装置，结构复杂，费用高。专利CN100573341C所描述的一种精密减振组件及由其构成的减振平台，将被动减振组件与主动减振执行器并联构成的一种半主动减振平台，具有减振和定位功能，该结构虽然实现了对宽频域振动的有效抑制，但是装置中主动减振执行器的结构复杂，能量消耗也较大。专利CN102621064A公开了一种专门为精密光学系统设计的减振平台，包括可移动台面和用于驱动可移动台面运动的驱动系统，在组成结构中具有主动控制减振单元，使得整体振动量较小，可达0.005_数量级。因此该减振平台属于主动控制领域而且应用局限于精密控制系统，很难在其它各种机械设备中应用。综上可见，目前已开发的高精密系统隔减振平台均采用以主动减振控制技术为主的主动或半主动振动控制技术，装置中需要设计主动减振元件的执行机构、控制器和控制算法，不仅结构复杂，而且费用高，周期长，安装调试相对被动振动控制技术困难。因此如果能够开发一种基于被动控制技术的隔减振平台将会具有广阔的工程应用前景。本案设计人员就是以此为目标，借鉴前期对啄木鸟头部生理结构隔减振机理的研究，在工程实际应用场合中将减振器件与减振要求进行整体化考虑并进行优化匹配，基于被动控制技术，利用剪切型粘弹阻尼器模拟啄木鸟头骨内脑脊液与大脑之间的相对运动，在此基础上构造一种高效被动隔减振平台，并运用振动基础理论、非线性阻尼理论和生物力学设计计算该平台非线性刚度、阻尼的变化范围，并对高效隔减振平台的质量、阻尼和刚度进行优化匹配，实现抑制低频振动和隔离中高频振动的目的，满足高精密设备对隔减振系统的要求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术通过借鉴前期对啄木鸟头部生理结构的观察和隔振机理的研究，提供一种利用硬质橡胶垫、剪切型粘弹阻尼器、蜂窝状复合结构材料和双气室空气弹簧等构件来模仿啄木鸟头部生理结构而形成的一种高效被动隔减振平台。该平台具有承载和隔减振作用，可有效隔离各种环境宽频域随机振动对承载设备(如微机械系统、超精密加工系统)的影响，提闻承载设备的工作精度，也可有效减小承载设备(如闻速旋转机械、高速或超高速加工系统)产生的中高频振动或冲击对环境的影响。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下:一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台，包括被动减振组件、变刚度变阻尼空气弹簧组件、组合承载平台和外框架，所述被动减振组件包括硬质橡胶垫和剪切型粘弹阻尼器，所述变刚度变阻尼空气弹簧组件包括2个或2个以上沿机座对称分布的双气室空气弹簧，所述组合承载平台包括钢板制成的顶板、底板和侧板，顶板、底板和侧板之间设置有隔离层，所述外框架对称安装在机座两侧。所述剪切型粘弹阻尼器是由粘弹性阻尼材料通过胶接或栓接使外框架和组合承载平台构成三层结构的剪切型粘弹阻尼器。所述粘弹性阻尼材料通过胶接或栓接安装在外框架与组合承载平台之间。 所述硬质橡胶垫安装于环境基础和机座之间。所述钢板为刚性大、变形小的优质钢板。所述外框架通过紧固螺栓固定在机座上，螺栓与机座之间还设有垫片。所述隔离层为有蜂窝状复合结构材料制成的隔离层。所述机座的形状与实际环境空间相配合，为圆形或方形。所述组合承载平台的形状与使用的被隔离对象相配合，为圆形或方形。所述双气室空气弹簧包括主气室和辅助气室，主气室、辅助气室分别安装有橡胶主气囊和橡胶辅助气囊，辅助气室的橡胶辅助气囊密闭构成压力腔，主气室和辅助气室之间开有阻尼孔作为主气室和辅助气室之间空气的流动通道。所述剪切型粘弹阻尼器兼具弹性固体和粘性流体的特性，具有模仿啄木鸟头部头骨-脑脊液-大脑之间的流体剪切作用。机座可根据实际环境空间设计成圆形或方形，组合承载平台可根据被隔离对象的使用要求设计成圆形或方形，同时硬质橡胶垫和外框架的结构也要作相应的调整。用于承载被隔离对象的平台是由刚度大的优质结构钢和蜂窝状复合结构材料构成的一种组合承载平台，具有承载和减振的作用。刚度大的优质结构钢用于模拟啄木鸟头部坚硬的喙，蜂窝状复合结构材料用于模仿喙底部的海绵状软骨，即松质骨。本专利技术利用剪切型粘弹阻尼模拟啄木鸟头部脑脊液的流体流动作用，利用刚度大的优质结构钢模拟啄木鸟坚硬的喙，利用蜂窝状复合结构材料模拟喙底部的海绵状软骨，并在组成结构中添加具有变刚度变阻尼功能的双气室空气弹簧来模拟啄木鸟头部的肌肉、软骨等软组织。在此思路上采用被动减振组件，变刚度变阻尼空气弹簧组件，组合承载平台和外框架等零部件进行优化匹配设计形成了一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台。该高效隔减振平台利用空气弹簧优越的衰减振动性能、粘弹性阻尼优越的耗能特性进行优化匹配来实现高效减振抗冲性能。本专利技术的有益效果:本专利技术提供的一种仿照啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台是借鉴啄木鸟头部的生理结构特征，同时充分考虑工程实际应用场合的隔减振要求来设计完成的，具体有益效果如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿啄木鸟头部生理结构的高效被动隔减振平台，其特征是，包括被动减振组件、变刚度变阻尼空气弹簧组件、组合承载平台和外框架，所述被动减振组件包括硬质橡胶垫和剪切型粘弹阻尼器，所述变刚度变阻尼空气弹簧组件包括2个或2个以上沿机座对称分布的双气室空气弹簧，所述组合承载平台包括钢板制成的顶板、底板和侧板，顶板、底板和侧板之间设置有隔离层，所述外框架对称安装在机座两侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐委校，吕宏卿，宋清华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：