[发明专利]基于水平预压弹簧与磁弹簧并联的三自由度低频隔振器

说明书

基于水平预压弹簧与磁弹簧并联的三自由度低频隔振器属于精密隔振技术领域，四个水平放置的预压弹簧沿圆周阵列布置，内端与外端分别与负载连接件、固定框架固定连接，磁弹簧由上定磁铁、中间动磁铁和下定磁铁沿Z轴等间隙布置构成，上定磁铁和下定磁铁分别与固定框架、底板固定连接，中间动磁铁与负载连接件通过动磁铁连接件固定连接。本发明结构设计简单灵活、磁材料利用率高、实现精密仪器设备三自由度的低频/超低频隔振效果。

技术领域

本发明属于精密隔振技术领域，特别是一种基于水平预压弹簧与磁弹簧并联的三自由度低频隔振器。

背景技术

在精密仪器设备的装调、测试和实验过程中，环境中的低频微幅振动干扰成为影响研究效果的重点问题之一，为精密仪器设备配备低频隔振器逐渐成为精密工程领域抑制环境微振动的主要技术手段。低频隔振器多采用正负刚度结构并联或者串联的方式实现低频隔振效果，目前对单自由度及六自由度电磁隔振器的研究较多，而对三自由度电磁隔振器的研究较少。

专利号为CN201310187711.X公开了一种三自由度超低频减振器。在垂向上，该技术方案利用磁正刚度结构与磁负刚度结构并联实现低频隔振效果，磁正刚度结构与磁负刚度结构分别由同极磁铁间的斥力作用与异极磁铁间的引力作用实现；在水平方向上，采用片簧作为正刚度元件与水平向磁负刚度结构并联实现低频隔振效果，水平向的磁负刚度特性由垂向磁正刚度弹簧产生。该技术方案的特征在于：垂向磁负刚度结构仅利用了磁铁间引力作用在Z向上产生的负刚度特性，磁材料的利用率低，且需要运动导向机构以实现垂向磁负刚度结构沿X、Y方向运动的约束，结构复杂、体积大、制造成本高。

专利号为CN201811427114.9公开了一种多维磁负刚度机构及其构成的多维磁负刚度减振系统，该多维减振系统由正刚度机构和多维负刚度机构并联构成。正刚度机构是传统的弹性元件，用于连接被减振体和安装基座，提供X方向、Y方向和Z向的支撑和基本减振功能；多维负刚度机构由同极磁铁构成的一维负刚度磁组与二维负刚度磁组串联构成。该技术方案的特征在于：1)一维负刚度磁组利用磁铁间的斥力作用在Z向产生负刚度特性，而其沿X、Y方向的运动被直线导轨等运动导向机构限制，磁材料的利用率低，结构复杂、体积大、制造成本高；2)一维负刚度磁组与二维负刚度磁组均只能沿着某一特定的方向磁化，负刚度磁组的结构设计单一。

综上，如何通过电磁器的结构及原理创新，提供一种高磁材料利用率且无需运动导向机构的三自由度电磁隔振器对降低环境中的低频微幅振动干扰，保证精密仪器设备工作环境最优，进而进一步提高精密仪器设备的精度具有重大意义。

发明内容

本发明针对现有三自由度电磁隔振器的磁材料利用率低，且需要运动导向机构以实现特定方向刚度特性的问题，提供一种基于水平预压弹簧与磁弹簧并联的三自由度低频隔振器，该三自由度电磁隔振器利用磁弹簧与四个沿圆周均布的水平预压弹簧并联实现三自由度的正度刚度结构并联隔振效果，可以有效提高磁材料的利用率，且无需运动导向结构；此外磁弹簧的磁化方向多样，结构设计灵活性高。

本发明的技术解决方案是：

一种基于水平预压弹簧与磁弹簧并联的三自由度低频隔振器，包括连接结构、固定结构和弹簧结构，整体结构成轴对称，所述连接结构包括动磁铁连接件和负载连接件，负载连接件顶端与隔振负载固定连接；所述固定结构包括固定弹簧座、可调弹簧座、螺母、固定框架和底板，固定框架的底部与底板固定连接；可调弹簧座上设置外螺纹，所述弹簧结构包括磁弹簧和四个水平放置的预压弹簧，预压弹簧的预压缩量与原长的比值小于0.75，四个预压弹簧沿圆周阵列布置，内端通过四个固定弹簧座与负载连接件的侧壁固定连接，外端通过四个可调弹簧座、螺母与固定框架的侧壁固定连接；所述磁弹簧位于负载连接件的正下方，由中心开孔的上定磁铁、中间动磁铁和下定磁铁沿Z轴等间隙布置构成，上定磁铁、中间动磁铁和下定磁铁沿水平X轴或水平Y轴同向磁化，上定磁铁与固定框架固定连接，下定磁铁与底板固定连接，动磁铁连接件底部以轴线重合的方式固定安装在中间动磁铁中心的孔中，顶端穿过上定磁铁中心的孔固定安装在负载连接件的底部。