金属减振器在稳定平台中的应用与研究

摘 要:根据某两轴稳定平台减振的需求,首先分析了金属减振器的特点和工作原理及模型,然后详细介绍了稳定平台的减振系统分析与设计,选择了较优的结构形式;最后分析了减振系统的误差估计和试验验证的效果。

关键词:金属减振器 稳定平台 系统误差 随机振动

中图分类号:TB535.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0087-02某两轴稳定平台上安装有精密光学仪器、灵敏的陀螺组件和成像组件,在大振动和冲击的条件下,仪器和组件易于破坏,需设计减振系统保证平台的正常工作和仪器组件的安全。此外,由于平台使用环境的限制,需减振系统能耐一定的高温、结构紧凑,且有较长(通常10年以上)的使用存储期限,而金属减振器正是该平台减振合适解决方案,下面介绍了金属减振器在该平台减振系统设计和应用。

1 金属减振器的特点和系统要求

1.1?金属减振器的特点

目前常用的减振器有橡胶减振器和金属减振器等。普通的橡胶减振器通常为普通橡胶制成,容易发生氧化腐蚀,长时间使用易于老化,影响工作寿命。因此,普通的橡胶工况比较适合环境不够恶劣的条件下。而金属橡胶减振器相对于普通的橡胶减振器有较好工作适应能力,它可在真空、高低温条件下工作性能变化较小,且具有较强的耐腐蚀,较长的存贮和使用期限。

金属减振器内部结构形式通常为交错的网状结构,这部分是它可以伸缩变形的部分,一般由不锈钢丝经过相互缠绕毛坯、模压等工序做成,结构形式类似于普通橡胶的分子结构形式,这样的金属减振器既有金属固有特性,又有类似普通橡胶的弹性和阻尼特性。综合上面的特点,金属减振器比较适合本稳定平台的减振要求。

1.2?金属减振器的工作原理

金属减振器减振的原理是:金属减振器的网状结构受到外部的振动和冲击的时候,相互挤压网状结构,网状结构具有相对滑动的趋势,金属网状的结构因此产生摩擦和变形,从而消耗大量的振动能量,产生阻尼减振的效果。

减振系统的一般设计要求。

对一个减振系统来说一般的要求是系统的固有频率要低,共振时的传递率要小,这样要保证减振器固有频率远离安装基体的频率,此外,还应考虑它与平台某些关键元部件(如陀螺、控制系统等)的固有频率有一定的间隔距离,以避免产品共振,影响其他部分的工作。

2 稳定平台减振系统的设计

稳定平台的减振系统要求一方面要起到保护作用,另一方面要尽量减小位移误差对平台精度的影响,同时系统的谐振频率远离平台的固有频率和平台的控制系统频率区间等。

2.1?减振系统的频率计算

根据减振器负载和减振要求选择合适刚度的减振器后,通常用几个减振器构成一个或者多个组合,这时减振系统相当于多个减振器的并联。此时,系统的频率为:

(1)

式中M为减振器负载的质量,为n个减振器并联后的刚度大小,g为重力加速度。

2.2?稳定平台的金属减振器结构布局

多个并联的金属减振器布局和安装通常有两种方式,一种就是一组减振器均匀的布置在稳定平台的本体上,本体再通过减振器固定到基体上,如图1为一组金属减振器在稳定平台本体上的示意图。另一种就是将减振器分为两组,稳定平台本体上前后各布置一组,二者保持一定的跨度,如图2所示。

减振系统无论采用哪种结构都要将平台的质心配平到中心。由于金属减振器本身刚度有不均匀性,同时金属减振器有安装误差,都会对减振系统的减振效果和平台的精度带来较大误差。对比上述两种布局,采用一组的安装方式,减振器的布局十分简单,稳定平台本体的结构单易于加工,缺点就是减振器系统配平的要求比较高,在振动和冲击的时候,扭转的倾角比较大,对于稳定平台的精度会有很大的影响。对于第二种方式的布局,本体结构相对复杂,但由于两组减振器有一定的跨度,在振动和冲击的时候,可以最大限度的减小倾角,在减振系统配平的时候只需要调到跨度的中心处,有利于提高平台的精度(如图1图2)。

如图2所示的某稳定平台减振系统负载在4kg左右,采用16个减振器分成两组布局,减振系统谐振频率做到110Hz,避开整个系统要求的谐振频率点40Hz～60Hz。

3 稳定平台减振系统的误差估计与试验

3.1?稳定平台减振系统误差估计

稳定平台通常需要估算光轴在减振系统下的倾角误差,若金属减振器的自身刚度不均匀性造成的误差偏移为L1,由于减振系统调平带来的系统质心偏移导致误差为L2,安装的误差偏移为L3,两组金属减振器的跨度为L,可知道光轴的偏角满足:

tan=(L1+ L2+ L3)/L (2)

3.2?减振系统的试验效果

金属减振器的理论计算通常仅做为减振效果的参考,实际的效果要由试验来检验。前述的某稳定平台做随机振动试验检验其减振效果,其随机振动功率谱总均方根值Grms=10g。在平台上选择某块电路板的屏蔽罩作为传感器检查点,其振动的随机振动响应谱试验结果为Grms=8.15g,减振效果接近20%。进一步分析结构可知,电路板的屏蔽罩是平台上的薄壁结构件,相对于本体有较大的悬臂,若平台不加减振器,在电路板屏蔽罩处的实测振动量级会比输入放大很多,因此,减振的效果实际要远远大于20%。

4 结语

金属减振器是一种新型的全金属阻尼减振器,是目前减振器研制和使用的新方向,特别适合环境比较恶劣,高温高压、低温低气压和剧烈振动的工况以及对储存寿命要求较高的场合,在稳定平台减振系统中应用前景越来越广泛。

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