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多维减振平台主体机构的分析研究

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  1 传统多维减振方法

  目前有关单自由度的、各种典型机械设备的减振理论和方法都比较成熟,诸如金属橡胶减振、钢丝绳螺旋弹簧减振、气弹簧减振、复合钢板、热电阻保护套管、铝合金型材减振等;近年来还出现一些新的阻尼减振技术,如粉体阻尼技术、可控电流变、磁流变阻尼技术等.但是多维减振的研究还不多见.多维减振的方法据国内外资料检索结果,仅有以下2种:

  1)以特殊橡胶或塑料为主体实现多维减振.缺点易老化、易失去弹性、技术性能指标及寿命有限以及性能不稳定.

  2)用机械方法实现多自由度减振.如文献[1]、[2]均采用多层(2层或3层)常规单自由度弹性阻尼减振装置,分层各自实现独立方向减振的结构;此外,美、德、新西兰亦有有关研究,其结构也为多层单自由度减振装置,结构十分复杂.

  2 多自由度减振平台的主体机构

  基于一种全新的仿橡胶多自由度并联机构的反向驱动自适应原理,辅以磁悬浮弹性元件及可控变阻尼装置实现能量吸收及动力自适应平衡,只需一层结构即能达到多维减振的目的.其突出特点是结构简单、机型紧凑、精确度高、能用于多种多维减振场合以及易实现系列化[4-6].

  3 减振平台主体机构机型选取原则

  用并联机构作为多维减振平台的主体机构,必须满足以下几个条件.

  (1)所选并联机构的动平台所具有的自由度数,应与所需减振的自由度数相匹配.

  (2)在相同情况下,所选机构的构件数及运动副数应尽可能少.

  (3)机构正向及反向传动时其传力特性应尽可能好;机构正向、反向传动时,机构压力角发生变化,其最大压力角应控制在小于等于许用压力角值的范围内,使其正反向传动同时不自锁,且具有一定的效率,即应满足机械式缓冲器设计原理的要求.

  (4)机构运动幅值应保证在其工作空间之内.

  (5)机构原动件为移动的采用拉压弹簧缓冲,原动件为转动的采用扭转弹簧缓冲,其弹簧刚度应设计适中,或采用有弹性的柔性关节作为转动副,也可采用普通运动副与柔性运动副混联的方式.

  (6)运动副间隙应保证尽量小.

  (7)控制减振器的频率,应避开影响工作性能的频率共振点.

  5 多维减振平台固有频率计算

  多维减振平台主体机构固有频率的精确设计是一个十分复杂的问题,而且固有振型属连续系统中非线性系统问题.因此,必须作若干简化分析.若平台受周期激励的阻尼影响,当激励频率远离共振区时,阻尼对稳态响应的影响很小,这时可作为无阻尼系统加以研究.但当激励频率接近某一阶固有频率时,阻尼作用就十分重要,必须予以考虑.该平台系统属具有粘性阻尼,系统自由度为n,其运动微分方程[9]为

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