[发明专利]一种基于压电陶瓷的主被动减振装置及六自由度减振系统

说明书

本发明公开了一种基于压电陶瓷的主被动减振装置及六自由度减振系统，属于机械动力学技术领域，包括负载连接器、主被动减振机构、中间质量块、速度传感器、压电陶瓷致动器、位移放大机构、基础平台和控制器；被动减振机构的一端连接负载连接器，另一端连接中间质量块；中间质量块的下部连接位移放大机构；速度传感器采集中间质量块的运动速度并将速度信号反馈至控制器，控制器根据速度信号计算出施以压电陶瓷致动器的电压信号以使其产生水平方向的形变位移，位移放大机构将其水平位移转换为垂向位移并驱动中间质量块以实现减振。本发明通过主动控制系统与被动减振系统复合，使装置能够有效抑制低频共振，隔离低频振动并且具有良好的高频减振效果。

技术领域

本发明属于机械动力学技术领域，更具体地，涉及一种基于压电陶瓷的主被动减振装置及六自由度减振系统。

背景技术

随着微电子、航空航天等领域的快速发展，极大规模集成电路、超精密数控机床等对超精密检测与加工的要求越来越高，并且减振系统是其中很重要的一部分。

减振系统主要分为主动减振和被动减振，传统的减振器像摩擦阻尼装置、弹簧阻尼装置等多数为被动减振装置，虽然阻尼力较大，承载能力强，但不具有实时可控性，响应速度慢。在减振单元整体结构上，大多数采用被动减振元件与主动减振单元以一定的方式组合，如空气弹簧与音圈电机主被动混合并联，膜片弹簧与音圈电机的主被动混合串联等都能提高减振效果。

空气弹簧需要额外的气源，音圈电机耗能较大，另外传统的微位移致动器大多数采用直线运动转换机构，其精度相对较低，一般只能达到微米级，而压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、位移分辨率高、频率响应快等优点，压电陶瓷主动减振控制其原理是通过电极连接压电陶瓷，当产生振动时，传感器将振动信号转化为电压信号，电压信号通过控制器产生控制信号，控制信号再经驱动器作用于压电陶瓷致动器，利用逆压电效应将电能转换为机械能，从而产生高分辨率的微小位移。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于压电陶瓷的主被动减振装置及六自由度减振系统，其目的在于通过速度传感器、压电陶瓷致动器以及位移放大机构所构成的主动控制系统与被动减振机构的被动减振系统复合，使该装置能够有效抑制低频共振，隔离低频振动，并且具有良好的高频减振效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于压电陶瓷的主被动减振装置，该装置包括负载连接器、被动减振机构、中间质量块、速度传感器、主动减振机构、基础平台和控制器；

所述被动减振机构的一端连接所述负载连接器，其另一端连接于所述中间质量块；所述速度传感器嵌于所述中间质量块内；

所述主动减振机构包括压电陶瓷致动器和位移放大机构，所述压电陶瓷致动器与所述位移放大机构均设置于所述基础平台的腔体内并接触设置；所述位移放大机构的上部连接于所述中间质量块；

所述速度传感器用于采集所述中间质量块沿所述负载连接器轴向的运动速度并将速度信号反馈至所述控制器；所述控制器用于根据所述速度信号计算出施以所述压电陶瓷致动器的电压信号以使所述压电陶瓷致动器产生沿所述负载连接器水平方向的形变；所述位移放大机构用于将所述压电陶瓷致动器水平方向的形变位移转换成其沿所述负载连接器轴向的位移，从而驱动所述中间质量块移动，进而实现减振。

优选地，所述位移放大机构包括第一楔形块、橡胶垫和第二楔形块；所述第一楔形块的垂直面抵于所述压电陶瓷致动器，其楔形面固定设有所述橡胶垫；所述第二楔形块的楔形面与所述橡胶垫接触，其垂直面抵于所述基础平台的内壁面，且所述第二楔形块的顶部与所述中间质量块相连；

所述第一楔形块在所述压电陶瓷致动器的驱动下沿所述基础平台底面水平运动，且所述橡胶垫与所述第二楔形块的楔形面之间产生相对摩擦力与支持力；所述第二楔形块在合力作用下沿所述基础平台内壁面垂直移动，以将所述压电陶瓷致动器沿水平方向的形变位移转换为所述中间质量块沿所述负载连接器沿轴向的垂直位移。