多自由度低频隔振衬垫的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隔振器，尤其是一种用于高精机床的隔振的具有三点支撑的多自 由度低频隔振衬垫。
【背景技术】
[0002] 隔振衬垫的作用主要是为机床提供良好的隔振环境以保证加工精度不受外界振 动和噪声的影响。应用在机床加工领域中的隔振衬垫需要满足多自由度、承载能力和超低 共振频率的隔振需求。目前，针对高精机床的隔振保护通常使用大面积的衬垫，共振频率、 共振峰值和隔振效率是衡量隔振效果的标准，而隔振衬垫的使用成本、静态承载能力和隔 振频带的设计优化一般作为设计和优化具有矛盾性。而减小固有频率来扩大有效隔振频带 的方法对振动结构来说，会使得结构丧失足够的承载能力和稳定性。因此，基于对于高精机 床衬垫需要足够的静态承载能力和足够的有效隔振频带的需求，需要提出一种的具有较低 的固有频率的三点支撑多自由度隔振平台。
[0003] 随着科技进步，近年来高精机床得到迅猛的发展，对于保护机床和地基、消除振动 的相互影响来说，经济有效的三点支撑多自由度隔振衬垫得到了广泛的关注。通过不同的 弹性元件的几何拓扑组合及或主动控制装置的合理应用形成多自由度隔振平台，连接隔振 对象和振动源，通过弹性元件或主动控制装置对振动能量吸收或耗散实现振动的消减从而 起到振动隔离的效果，由此来保护机床以保证加工的有效性和高精度。对于多自由度隔振 衬垫的设计、装配和搭建来说，前人的研究一般利用多根主动控制作动装置来实现，会导致 隔振衬垫的设计较复杂并且重量较重；并且，由于主动控制作动装置需要控制器和信号输 入装置，也会引起装配复杂、耗能较高等缺点。一旦隔振器的材料和作动装置（例如，伺服 驱动，气动驱动等方式）确定，隔振装置的有效隔振范围和承载能力也相应地确定，如果需 要改进隔振效果，那么更换作动装置或控制方式会带来麻烦和经济上的浪费。
[0004] 而从另一方面来说，如果只利用被动的弹性元件，很难达到针对高精机床的较好 的多方向隔振需求。所以，从结构出发设计具有可调节刚度特性的多自由度被动隔振器，通 过动力学特性优化结构参数，并根据实际应用情况获取具体物理参数的设计原则，可以减 少隔振装置的成本和难度，使其能够适用于机床隔振需求是具有重要意义的。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于提供一种三点支撑机床的多自由度低频隔振衬垫， 旨在解决现有技术中，尚精机床的隔振衬塾的成本$父尚和无法达到多自由度有效隔振的缺 陷。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多自由度低频隔振衬垫， 包括顶板、底板以及设置在所述的顶板和底板之间的弹性隔振结构，所述弹性隔振结构包 括基座、隔振平台、竖直弹簧、叉形结构，所述隔振平台与基座下部之间通过竖直弹簧连接， 所述隔振平台与基座两侧之间通过叉形结构支座连接对称布置的两个叉形结构；所述叉形 结构包括长、短连杆、轴承、导杆，两根长连杆中点活动铰接，长连杆两端分别活动铰接短连 杆，两根短连杆之间通过导杆和轴承活动铰接组成交叉伸缩机构，其中，靠近基座内侧的两 根短连杆与两根长连杆的活动铰接处之间连接有预拉弹簧，导杆与叉形结构支座中的轴承 连接。
[0007] 所述隔振平台与顶板固定连接；所述基座与底板固定连接。所述短连杆长度为长 连杆长度的一半。所述竖直弹簧的顶端与隔振平台接触连接、底端与基座接触连接，且竖直 弹簧套接在固定于基座上的竖直导杆上。顶板的重量大于弹性隔振结构的重量。
[0008] 本发明的有益效果是：
[0009] 本发明与现有技术相对比，本发明提供的多自由度低频隔振平台，通过顶板受压、 侧向或转动变形时，三个弹性隔振结构通过其弹性性质隔离振动；对于每一个弹性隔振结 构来说，当其隔振平台受到竖直方向和水平方向的振动时，该结构通过叉形结构的反向收 缩或伸长来产生相反方向的恢复力，以保证平台的平稳。这样，机床低频隔振平台的的受压 收缩、受拉伸长、侧向变形和转动变形时基于各个弹性隔振结构在其放置点上的振动隔离 效果来实现的，该结构的变形特征具有可调节的刚度和阻尼的特性，因此组成的多自由度 低频隔振平台具有较好的承载能力、可调节性和隔振性能，可以在高精机床、高精加工背景 下针对不同的外部激励保护仪器、设备并降低噪音，得到有效的应用。
【附图说明】
[0010] 图1为三点支撑机床低频隔振衬垫简图。
[0011] 图2为隔振弹性装结构简图；
[0012] 图3为左叉形结构示意图；
[0013] 图4为转动轴承的剖视图；
[0014] 图5为叉形结构支座示意图。
【具体实施方式】
[0015] 以下结合具体与附图对本发明的实现进行详细的描述。
[0016] 如图1至图5所示，一种多自由度低频隔振衬垫，包括顶板1、底板2、弹性隔振结 构3、左叉形结构31、右叉形结构32、第一连杆321、第二连杆322、第三连杆323、第四连杆 324、竖直弹簧33、竖直导杆34、隔振平台35、基座36、转动轴承37、导杆38、叉形结构支座 39、支座底座391、支座转动轴承392、预拉弹簧4。
[0017] 顶板1与底板2之间设有弹性隔振结构3。弹性隔振结构3由基座36、隔振平台 35、竖直弹簧33、竖直导杆34、左、右叉形结构31，32、叉形结构支座39和预拉弹簧4等构 件组成。左、右叉形结构31，32通过叉形结构支座39安装述隔振平台35和基座36上；左 叉形结构31或右叉形结构32由多排连杆架组成，最外层相邻的导杆上连接预拉弹簧4并 于受压时收缩；每组连杆架的左端部和右端部与隔振平台35上和基座36上的叉形结构支 座39连接；每组连杆连接处有对应的铰接位，左叉形结构31或右叉形结构32还包括用于 连接不同连杆的导杆38,导杆38之间通过预拉弹簧4连接。
[0018] 左叉形结构31或右叉形结构32包括一组连杆排架，每组连杆排架包括自左而右 连接的连杆，左叉形结构的最左端与叉形结构支座39连接，叉形结构支座39固定于基座36 上；左叉型结构31的最右端与叉形结构支座39连接，叉形结构支座39固定于隔振平台35 上，右叉形结构32也以同样的方法连接在基座36和隔振平台35上。如图3所示，叉形结 构连杆排架包括能够相对转动的第一连杆321和第二连杆322与第三连杆323和第四连杆 324,第一连杆321和第二连杆322的长度是第三连杆323和第四连杆324的一半；第一连杆 321和第二连杆322在顶端通过轴承和导杆38铰接；第一连杆321的端部与第四连杆324 的顶部铰接，而第二连杆322的端部与第三连杆铰接323,第三连杆323与第四连杆324的 中点铰接；在连杆机构的最底端层，第三连杆323的端部与第二连杆322的顶部铰接，第四 连杆324的端部与第一连杆321铰接，第一连杆321与第二连杆322在端部的形成铰接位； 第一连杆321、第二连杆322、第三连杆323与第四连杆324的铰接处接有导杆38。
[0019] 每一组叉形结构支座39与一个叉形结构的左右两端一一对应连接：对于左叉形 结构31来说，其最左端端点与叉形结构支座39连接，固定在基座36上；其最右端端点与叉 形结构支座39连接，固定在隔振平台35上。左、右叉形结构31，32水平对称放置。
[0020] 左叉形结构31中，每组连杆排架中位于最左端的第一连杆321和第二连杆322的 顶端部的铰接部位通过导杆38铰接与最左端固定在基座36上的叉形结构支座铰接39 ;每 组连杆排架中位于最右端的第一连杆321和第二连杆322的顶端部的铰接部位通过导杆38 铰接与最右端固定在隔振平台35上的叉形结构支座39铰接；右叉形结构32也是同样的 装配方式。每组连杆排架中于最外排的第一连杆321的顶端部和连接在最下方的第二连杆 322的顶端部的导杆38之间设置有预拉弹簧4。第一连杆321的宽度大于第二连杆322。 隔振平台35的尺寸小于基座36。左、右叉形结构31，32还包括连接在相邻的导杆38之间 的线性阻尼装置。弹性隔振结构3还包括连接在基座36和隔振平台35之间的线性阻尼装 置。如图5所示，叉形结构支座39由支座底座391和支座转动轴承392组成。
[0021] 实施例：
[0022] 如图1至5所示，为本发明提供的一较佳实施例。
[0023] 在本实施例中，提供一种机床多自由度低频隔振衬垫，包括用于接触机床的顶板 1、位于该顶板1下方且与地面固定的底板2以及设置在顶板1和底板2之间的弹性隔振结 构3。弹性隔振结构3包括安装在隔振平台35和基座36之间的左叉形结构31和右叉形 结构32、用以提供支撑力的竖直弹簧33、用以固定竖直弹簧方向的固定在基座36上的竖直 导柱34、用以连接叉形结构31和32的叉形结构支座39。左叉型结构31和右叉形结构32 由自左向右的连杆排架组成，每组叉形连杆排架的一端与固定在基座上的叉形结构支座连 接，另一端与固定在隔振平台上的叉形结构支座连接；每组叉形连杆排架还包括对应的铰 接位上的若干导杆38,导杆38能在叉形连杆排架变形时保持各组连杆排架之间的相对位 置。在其中两个导杆38之间连接有预拉弹簧4,在隔振平台35产生位移时，连杆排架折叠 收缩或伸长变形，此时处于同一平面内的两个导杆38的间距增大或减小，预拉弹簧4受到 与其两端部导杆38拉力或压力产生弹性形变，不仅能吸收一定的振动冲击，使各组叉形连 杆排架保证平稳，还能在不受到外部激励时使叉形连杆排架复位。
[0024] 上述的多自由度低频隔振衬垫，通过隔振平台3产生位移时左、右叉形结构31，32 折叠收缩或伸长变形，同时连接在对应导杆上的预拉弹簧4产生形变，在连杆和预拉弹簧4 的作用下左、右叉形结构31、32和整个隔振平台保持平稳和振动隔离效果，这样，多自由度 低频隔振衬垫中的叉形结构的受压折叠收缩和受拉伸长变形所需