本发明公开了一种三自由度高精度无角位移隔振装置，包括下平台、连杆组、弹簧阻尼杆和上平台，下平台安装在载体上，负载设备固定安装在上平台上；其中：连杆组设置有三根，连杆组的两端分别与下平台、上平台相连，三根连杆组环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；弹簧阻尼杆设置有三根，弹簧阻尼杆的两端分别与下平台、上平台相连，三根弹簧阻尼杆环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；连杆组主要由五根连杆组成，其中一根长杆和四根短杆。长杆通过一对角接触轴承支撑一个转轴，每个长杆上具有四个转轴，分别位于长杆的两端，在每一个端部按照上下排列。本发明可靠性高，使用寿命长，结构简单、成本低、易于维护。
1.一种三自由度高精度无角位移隔振装置，包括下平台(1)、连杆组(2)、弹簧阻尼杆(3)和上平台(4)，下平台(1)安装在载体上，负载设备(5)固定安装在上平台(4)上；其中：连杆组(2)设置有三根，连杆组(2)的两端分别与下平台(1)、上平台(4)相连，三根连杆组(2)环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；其特征在于，弹簧阻尼杆(3)设置有三根，弹簧阻尼杆(3)的两端分别与下平台(1)、上平台(4)相连，三根弹簧阻尼杆(3)环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；
连杆组(2)包括四个转轴(2.6)和五根连杆，五根连杆呈工字型排列，五根连杆中一根为长杆(2.5)，四根为短杆(2.3)；四个转轴(2.6)分别设置在长杆(2.5)的两端，每端均设置有两个转轴(2.6)，短杆(2.3)的一端通过转轴(2.6)与长杆(2.5)相连，另一端分别与下平台(1)或上平台(4)相连；使得两根短杆(2.3)、长杆(2.5)和下平台(1)之间构成平行四边形；另外两根短杆(2.3)、长杆(2.5)和上平台(4)之间构成平行四边形。
2.根据权利要求1所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，连杆组(2)还包括下连杆组球轴承座(2.1)、高精度球轴承(2.2)和上连杆组球轴承座(2.4)；下连杆组球轴承座(2.1)通过高精度球轴承(2.2)与短杆(2.3)相连，上连杆组球轴承座(2.4)通过高精度球轴承(2.2)与短杆(2.3)相连；下连杆组球轴承座(2.1)固定设置在下平台(1)上，上连杆组球轴承座(2.4)固定设置在上平台(4)上。
3.根据权利要求2所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，转轴(2.6)包括短杆压板(2.61)、密封圈(2.62)、盖(2.63)、轴承压板(2.64)、第一轴承(2.65)和第二轴承(2.66)；其中：长杆(2.5)通过第一轴承(2.65)和第二轴承(2.66)支撑转轴(2.6)；四个转轴(2.6)分别位于长杆(2.5)的两端，且在端部按照上下排列；短杆(2.3)与转轴(2.6)轴孔配合；短杆压板(2.61)与转轴(2.6)固定，且将短杆(2.3)压紧在转轴(2.6)上；轴承压板(2.64)与转轴(2.6)固定，且将第一轴承(2.65)和第二轴承(2.66)压紧；密封圈(2.62)固定在长杆(2.5)上；短杆(2.3)与密封圈(2.62)接触，并使密封圈(2.62)产生压缩，从而形成动密封，防止水进入轴系内部；盖(2.63)与长杆(2.5)固定，防止水进入轴系内部；同侧的两个转轴(2.6)的中心线到高精度球轴承(2.2)的球心距离相等，同时装配完成后，同侧的两个转轴(2.6)的中心线的距离等于对应的上连杆组球轴承座(2.4)球心间的距离。
4.根据权利要求1所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，弹簧阻尼杆(3)包括下球轴承座(3.1)、第一球轴承座(3.21)、第一球轴承杆(3.22)、第一球轴承密封套(3.23)、调整螺钉(3.31)、锁紧螺母(3.32)、套筒(3.4)、活塞(3.51)、导向轴(3.52)、密封块(3.53)、直线轴承(3.54)、转接块(3.55)、直线轴承座(3.6)、密封波纹管(3.61)、弹簧(3.7)、弹簧座(3.8)、上球轴承座(3.9)、第二球轴承座(3.91)、第二球轴承杆(3.92)和第二球轴承密封套(3.93)；其中：套筒(3.4)与直线轴承座(3.6)固定，内部空间中充液压油；套筒(3.4)与调整螺钉(3.31)相互连接；锁紧螺母(3.32)与调整螺钉(3.31)通过螺纹配合，固定住调整螺钉(3.31)与套筒(3.4)的距离；第一球轴承杆(3.22)与调整螺钉(3.31)固定；第一球轴承座(3.21)与下球轴承座(3.1)固定；弹簧(3.7)一端与直线轴承座(3.6)固定，另外一段与弹簧座(3.8)固定；直线轴承座(3.6)与套筒(3.4)固定，直线轴承座(3.6)中间固定有直线轴承(3.54)和密封块(3.53)；导向轴(3.52)穿过直线轴承(3.54)，导向轴(3.52)一端通过转接块(3.55)与弹簧座(3.8)固定，另一端与活塞(3.51)固定，导向轴(3.52)沿着自身轴线直线运动，保证活塞(3.51)在套筒(3.4)中直线运动；第二球轴承杆(3.92)与弹簧座(3.8)固定；
第二球轴承座(3.91)与上球轴承座(3.9)固定；密封波纹管(3.61)分别与直线轴承座(3.6)和弹簧座(3.8)固定，保护弹簧(3.7)不受水气影响；三根弹簧阻尼杆(3)按照环形对称分布，使下平台(1)、上平台(4)之间发生平移运动时，受到弹簧阻尼力的作用。
5.根据权利要求4所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，套筒(3.4)与调整螺钉(3.31)通过螺纹固定，通过改变配合的螺纹长度，实现改变调整螺钉(3.31)相对于套筒(3.4)的距离。
6.根据权利要求4所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，弹簧(3.7)为圆截面圆柱形螺旋弹簧，或矩形截面圆柱形螺旋弹簧。
7.根据权利要求1所述的三自由度高精度无角位移隔振装置，其特征在于，下平台(1)为圆环形，上平台(4)为三角形。
一种三自由度高精度无角位移隔振装置
技术领域
[0001] 本发明涉及精密仪器隔振技术领域，尤其涉及一种三自由度高精度无角位移隔振装置。
背景技术
[0002] 随着军工科技的发展以及国防需求的提升，安装在舰船、飞机、汽车和无人机器人上的光电探测设备的性能不断的提高，配置的传感器精度不断升级，从标清逐步过渡为高清和超清，传感器的焦距越来越长。在传统低分辨率短焦距光电设备中无需特别关注的振动问题，会对高清晰度长焦距光电设备的成像质量和目标指示精度造成显著的影响。
[0003] 光电设备一般需要提供目标相对于载体的方位和俯仰信息，使载体上的其他设备可以根据该信息瞄准目标。在常规的隔振系统中，光电设备通过多个隔振器与载体连接，由于每个隔振器存在差异，光电设备的重心也难以与隔振器的合力中心重合，在隔振器工作过程中，其合力会与设备重心存在一个距离，对设备产生力矩的作用。而且，即使通过精确地制造和装配消除这一力矩，隔振系统也难以抵抗直接加载在设备上的扰动力矩，比如风力、载体加速力。因此，传统的隔振方法难以避免光电设备相对于载体发生角位移，光电设备的输出精度难以保证。
[0004] 一些发明专利采用了无角位移运动机构来限制光电设备相对于载体的角位移运动。中国发明专利(公开号CN 1730971A)公开了一种方案，下平台与三组平行四边形机构相连，上平台通过吊环与平行四边形相连，吊环可以沿着平行四边形的杆件滑动，该方案中，上平台不能发生角位移，只能产生平移运动。中国发明专利(公开号CN 101858402A)公开了一种方案，利用摇杆、滑块组合形成一种三向无角位移减振器，使光电负载无法发生转动。中国发明专利(公开号CN 103511549A)公开了一种无角位移机构，该机构同样利用连杆和滑动副构成三向无角位移运动机构。这三种方案中都存在移动副，由于移动副摩擦力较大，隔振效果会受到影响。中国发明专利(公开号CN 103807353A)公开了一种纯转动关节构成的无角位移隔振装置，该装置利用四组连杆机构实现三向无角位移运动，但其对转动的限制完全由胡克铰提供，当平台受到力矩作用时，胡克角上受到很大的力矩作用，另外该装置结构十分复杂，装配难度大。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中传统的隔振方法难以避免光电设备相对于载体发生角位移，光电设备的输出精度难以保证的缺陷，提供一种三自由度高精度无角位移隔振装置。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 本发明提供一种三自由度高精度无角位移隔振装置，包括下平台、连杆组、弹簧阻尼杆和上平台，下平台安装在载体上，负载设备固定安装在上平台上；其中：
[0008] 连杆组设置有三根，连杆组的两端分别与下平台、上平台相连，三根连杆组环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；弹簧阻尼杆设置有三根，弹簧阻尼杆的两端分别与下平台、上平台相连，三根弹簧阻尼杆环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；
[0009] 连杆组包括四个转轴和五根连杆，五根连杆呈工字型排列，五根连杆中一根为长杆，四根为短杆；四个转轴分别设置在长杆的两端，每端均设置有两个转轴，短杆的一端通过转轴与长杆相连，另一端分别与下平台或上平台相连；使得两根短杆、长杆和下平台之间构成平行四边形；另外两根短杆、长杆和上平台之间构成平行四边形。
[0010] 进一步地，本发明的连杆组还包括下连杆组球轴承座、高精度球轴承和上连杆组球轴承座；下连杆组球轴承座通过高精度球轴承与短杆相连，上连杆组球轴承座通过高精度球轴承与短杆相连；下连杆组球轴承座固定设置在下平台上，上连杆组球轴承座固定设置在上平台上。
[0011] 进一步地，本发明的转轴包括短杆压板、密封圈、盖、轴承压板、第一轴承和第二轴承；其中：
[0012] 长杆通过第一轴承和第二轴承支撑转轴；四个转轴分别位于长杆的两端，且在端部按照上下排列；短杆与转轴轴孔配合；短杆压板与转轴固定，且将短杆压紧在转轴上；轴承压板与转轴固定，且将第一轴承和第二轴承压紧；密封圈固定在长杆上；短杆与密封圈接触，并使密封圈产生压缩，从而形成动密封，防止水进入轴系内部；盖与长杆固定，防止水进入轴系内部；同侧的两个转轴的中心线到高精度球轴承的球心距离相等，同时装配完成后，同侧的两个转轴的中心线的距离等于对应的上连杆组球轴承座球心间的距离。
[0013] 进一步地，本发明的弹簧阻尼杆包括下球轴承座、第一球轴承座、第一球轴承杆、第一球轴承密封套、调整螺钉、锁紧螺母、套筒、活塞、导向轴、密封块、直线轴承、转接块、直线轴承座、密封波纹管、弹簧、弹簧座、上球轴承座、第二球轴承座、第二球轴承杆和第二球轴承密封套；其中：
[0014] 套筒与直线轴承座固定，内部空间中充液压油；套筒与调整螺钉相互连接；锁紧螺母与调整螺钉通过螺纹配合，固定住调整螺钉与套筒的距离；第一球轴承杆与调整螺钉固定；第一球轴承座与下球轴承座固定；弹簧一端与直线轴承座固定，另外一段与弹簧座固定；直线轴承座与套筒固定，直线轴承座中间固定有直线轴承和密封块；导向轴穿过直线轴承，导向轴一端通过转接块与弹簧座固定，另一端与活塞固定，导向轴沿着自身轴线直线运动，保证活塞在套筒中直线运动；第二球轴承杆与弹簧座固定；第二球轴承座与上球轴承座固定；密封波纹管分别与直线轴承座和弹簧座固定，保护弹簧不受水气影响；三根弹簧阻尼杆按照环形对称分布，使下平台、上平台之间发生平移运动时，受到弹簧阻尼力的作用。
[0015] 进一步地，本发明的套筒与调整螺钉通过螺纹固定，通过改变配合的螺纹长度，实现改变调整螺钉相对于套筒的距离。
[0016] 进一步地，本发明的弹簧为圆截面圆柱形螺旋弹簧，或矩形截面圆柱形螺旋弹簧。
[0017] 进一步地，本发明的下平台为圆环形，上平台为三角形。
[0018] 本发明产生的有益效果是：本发明的三自由度高精度无角位移隔振装置，具有以下优点：1、无角位移运动机构中不存在柔性变形部件，可靠性高，使用寿命长，适合实际工作需要；2、无角位移运动机构由多连杆实现，结构紧凑、精度高、摩擦力小，适合高效隔振应用；3、弹簧阻尼杆结构简单、成本低、易于维护。
附图说明
[0019] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0020] 图1三自由度高精度无角位移隔振装置图；
[0021] 图2连杆组图；
[0022] 图3连杆组剖视图；
[0023] 图4弹簧阻尼杆剖视图；
[0024] 图5三自由度高精度无角位移隔振装置应用图；
[0025] 图中：1-下平台；2-连杆组；3-弹簧阻尼杆；4-上平台；5-负载设备；
[0026] 2.1-下连杆组球轴承座；2.2-高精度球轴承；2.3-短杆；2.4-上连杆组球轴承座；2.5-长杆；2.6-转轴；2.61-短杆压板；2.62-密封圈；2.63-盖；2.64-轴承压板；2.65-第一轴承；2.66-第二轴承；
[0027] 3.1-下球轴承座；3.21-第一球轴承座；3.22-第一球轴承杆；3.23-第一球轴承密封套；3.31-调整螺钉；3.32-锁紧螺母；3.4-套筒；3.51-活塞；3.52-导向轴；3.53-密封块；3.54-直线轴承；3.55-转接块；3.6-直线轴承座；3.61-密封波纹管；3.7-弹簧；3.8-弹簧座；
3.9-上球轴承座；3.91-第二球轴承座；3.92-第二球轴承杆；3.93-第二球轴承密封套。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029] 如图1所示，本发明实施例的三自由度高精度无角位移隔振装置，包括上平台、下平台、三组连杆组、三根弹簧阻尼杆。下平台与基座固定，上平台与负载质量固定。三组连杆组分别与上、下平台相连，三组连杆组环形对称分布，互相之间间隔120°。三根弹簧阻尼杆分别与上、下平台相连，三根弹簧阻尼杆环形对称分布，互相之间间隔120°。
[0030] 连杆组主要由五根连杆组成，其中一根长杆和四根短杆。长杆通过一对角接触轴承支撑一个转轴，每个长杆上具有四个转轴，分别位于长杆的两端，在每一个端部按照上下排列。每个转轴上固定一个短杆。短杆的另一末端与球轴承相连，同侧的短杆转轴轴线到球轴承球心的距离相等。球轴承与球轴承座固定，球轴承座与上、下平台固定，同侧球轴承球心的距离等于对应的转轴之间的距离，从而保证平台、同侧的两根短杆和长杆构成一个平行四边形。每一组连杆组与上、下平台连接后，均可视为双平行四边形机构。三组连杆组按照环形对称分布，保证上、下平台之间只发生平移运动，不发生转动。
[0031] 每一个弹簧阻尼杆主要由弹簧、阻尼器和直线导轨并联组成。弹簧可由圆截面圆柱形螺旋弹簧，或矩形截面圆柱形螺旋弹簧，或空气弹簧构成。弹簧一端与直线轴承座固定，另外一段与弹簧座固定。直线轴承座与套筒固定，直线轴承座中间固定有直线轴承和密封块。套筒中注有液压油。导向轴穿过直线轴承，导向轴一端通过转接块与弹簧座固定，另一端与活塞固定。导向轴可沿着自身轴线直线运动，保证活塞在套筒中直线运动。调整螺钉与套筒螺纹固定，锁紧螺母与调整螺钉螺纹连接。第一球轴承分别与调整螺钉和下球轴承座固定，第二球轴承分别与弹簧盖和上球轴承座固定。
[0032] 本发明的工作过程：三组连杆组构成无角位移机构机构，限制上平台和下平台之间的相对转动，使上平台只能相对于下平台发生X、Y、Z三个平动方向的运动。三个弹簧阻尼杆对上平台提供X、Y、Z三个方向上的弹簧阻尼力。当设备安装基座存在振动激励时，由于弹簧阻尼杆的缓冲作用，使得被隔离设备上的剩余振动大为减小，同时由于无角位移机构的限制作用，使得被隔离设备始终与安装基座平行，也即是被隔离设备的基准不变，从而保证了被隔离设备的正常工作。
[0033] 在本发明的另一个具体实施例中：三自由度高精度无角位移隔振装置包括下平台1、连杆组2、弹簧阻尼杆3和上平台4，下平台1安装在载体上，负载设备5固定安装在上平台4上；其中：
[0034] 连杆组2设置有三根，连杆组2的两端分别与下平台1、上平台4相连，三根连杆组2环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；弹簧阻尼杆3设置有三根，弹簧阻尼杆3的两端分别与下平台1、上平台4相连，三根弹簧阻尼杆3环形对称设置，相互之间间隔120°夹角；
[0035] 连杆组2包括四个转轴2.6和五根连杆，五根连杆呈工字型排列，五根连杆中一根为长杆2.5，四根为短杆2.3；四个转轴2.6分别设置在长杆2.5的两端，每端均设置有两个转轴2.6，短杆2.3的一端通过转轴2.6与长杆2.3相连，另一端分别与下平台1或上平台4相连；使得两根短杆2.3、长杆2.5和下平台1之间构成平行四边形；另外两根短杆2.3、长杆2.5和上平台4之间构成平行四边形。
[0036] 连杆组2还包括下连杆组球轴承座2.1、高精度球轴承2.2和上连杆组球轴承座2.4；下连杆组球轴承座2.1通过高精度球轴承2.2与短杆2.3相连，上连杆组球轴承座2.4通过高精度球轴承2.2与短杆2.3相连；下连杆组球轴承座2.1固定设置在下平台1上，上连杆组球轴承座2.4固定设置在上平台4上。
[0037] 如图2、图3所示，转轴2.6包括短杆压板2.61、密封圈2.62、盖2.63、轴承压板2.64、第一轴承2.65和第二轴承2.66；其中：连杆组2主要由五根连杆组成，其中一根长杆2.5和四根短杆2.3。长杆2.5通过第一轴承2.65和第二轴承2.66支撑转轴2.6。四个转轴2.6分别位于长杆2.5的两端，且在端部按照上下排列。短杆2.3与转轴2.6轴孔配合。短杆压板2.61与转轴2.6固定，且将短杆2.3压紧在转轴2.6上。轴承压板2.64与转轴2.6固定，且将第一轴承2.65和第二轴承2.66压紧。密封圈2.62固定在长杆2.5上。短杆2.3与密封圈2.62接触，并使密封圈2.62产生一定的压缩，从而形成动密封，防止水进入轴系内部。盖2.63与长杆2.5固定，防止水进入轴系内部。同侧的两个转轴2.6的中心线到高精度球轴承2.2的球心距离相等，同时装配完成后，同侧的两个转轴2.6的中心线的距离等于对应的上连杆组球轴承座
2.4球心间的距离。下侧的两根短杆2.3和长杆2.5以及下平台1构成平行四边形。上侧的两根短杆2.3和长杆2.5以及上平台4构成平行四边形。每一组连杆组2与下平台1、上平台4连接后，均可视为双平行四边形机构。三组连杆组2按照环形对称分布，可保证下平台1、上平台4之间只发生平移运动，不发生转动。
[0038] 如图4所示，弹簧阻尼杆3包括下球轴承座3.1、第一球轴承座3.21、第一球轴承杆3.22、第一球轴承密封套3.23、调整螺钉3.31、锁紧螺母3.32、套筒3.4、活塞3.51、导向轴
3.52、密封块3.53、直线轴承3.54、转接块3.55、直线轴承座3.6、密封波纹管3.61、弹簧3.7、弹簧座3.8、上球轴承座3.9、第二球轴承座3.91、第二球轴承杆3.92和第二球轴承密封套
3.93；其中：套筒3.4与直线轴承座3.6固定，内部空间中充液压油。套筒3.4与调整螺钉3.31通过螺纹固定，改变配合的螺纹长度，可以改变调整螺钉3.31相对于套筒3.4的距离。锁紧螺母3.32与调整螺钉3.31通过螺纹配合，固定住调整螺钉3.31与套筒3.4的距离。第一球轴承杆3.22与调整螺钉3.31固定。第一球轴承座3.21与下球轴承座3.1固定。弹簧3.7可为圆截面圆柱形螺旋弹簧，或矩形截面圆柱形螺旋弹簧。弹簧3.7一端与直线轴承座3.6固定，另外一段与弹簧座3.8固定。直线轴承座3.6与套筒3.4固定，直线轴承座3.6中间固定有直线轴承3.54和密封块3.53。导向轴3.52穿过直线轴承3.54，导向轴3.52一端通过转接块3.55与弹簧座3.8固定，另一端与活塞3.51固定，导向轴3.52可沿着自身轴线直线运动，保证活塞3.51在套筒3.4中直线运动。第二球轴承杆3.92与弹簧座3.8固定。第二球轴承座3.91与上球轴承座3.9固定。密封波纹管3.61分别与直线轴承座3.6和弹簧座3.8固定，保护弹簧
3.7不受水气影响。三根弹簧阻尼杆3按照环形对称分布，使下平台1、上平台4之间发生平移运动时，受到弹簧阻尼力的作用。
[0039] 如图5所示，负载设备5安装在上平台4上。在本实施例中，下平台1为圆环形，上平台4为三角形。
[0040] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
