多自由度静压解耦平台的制作方法

1.本实用新型涉及静压支撑技术领域，特别涉及一种基于静压支撑技术的多自由度静压解耦平台。


背景技术：

2.试验设备在某些特殊工况下，既要有平移的相对运动又要有旋转的相对运动，实现多自由度运动。但现有的试验设备大多采用机械结构实现多自由度运动，相对运动产生的摩擦力会对试验设备的性能、精度和寿命产生极大的影响。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决采用机械结构实现多自由度运动因摩擦力大导致试验设备性能、精度和寿命受到影响的技术问题，提供一种基于球面静压支撑和平面静压支撑的多自由度静压解耦平台。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下具体技术方案：
5.本实用新型提供的多自由度静压解耦平台，包括从上至下依次设置的翻转台、滑移台和底台，翻转台的底面为球面，滑移台的顶面和底面分别为球面和平面，翻转台的底面与滑移台的顶面构成球面静压支撑，滑移台的底面与底台的顶面构成平面静压支撑。
6.优选地，在滑移台的顶面和底面分别对称设置有用于保持平衡的第一静压腔和第二静压腔，第一静压腔与第二静压腔分别通过供油油道连通有对应的节流器，外部的高压油液经节流器降压后进入第一静压腔和第二静压腔。
7.优选地，第一静压腔和第二静压腔的数量均为偶数。
8.优选地，当第一静压腔和第二静压腔的数量为四个及以上时，第一静压腔沿翻转台的底面周向均布，第二静压腔沿底台的周向均布。
9.优选地，在滑移台的顶面和底面分别涂覆有塑料涂层。
10.优选地，在滑移台的顶面和底面分别加工有与第一静压腔和第二静压腔相连通的回油槽，在底台的表面加工有与回油槽贯通的泄油槽。
11.优选地，在滑移台上分别开设有用于监测第一静压腔和第二静压腔压力的第一测压孔和第二测压孔，第一测压孔和第二测压孔分别通过油孔与第一静压腔、第二静压腔连通。
12.优选地，在滑移台的圆周上固定有用于限制滑移台沿水平方向移动的滑移台限位块。
13.优选地，在滑移台上固定有用于限制翻转台翻转角度的翻转台限位环。
14.在底台上固定有用于限制滑移台沿竖直方向移动的滑移台限位环。
15.与现有技术相比，本实用新型通过翻转台与滑移台形成的球面静压支撑实现翻转台沿x轴和y轴的无摩擦翻转及沿z轴的无摩擦旋转，通过滑移台与底台形成的平面静压支撑实现滑移台沿x轴和y轴的无摩擦平移，从而实现多自由度静压解耦平台无摩擦的五自由
度运动，由静压支撑实现的无摩擦运动，不会对解耦平台的精度和寿命造成影响。
附图说明
16.图1是根据本实用新型一个实施例的多自由度静压解耦平台的整体结构示意图；
17.图2是根据本实用新型一个实施例的多自由度静压解耦平台的局部剖面结构示意图。
18.其中的附图标记包括：翻转台1、减重孔11、凸起12、滑移台2、第一静压腔21、第二静压腔22、供油油道23、测压孔24、油孔25、凸台26、底台3、节流器4、翻转台限位环5、挡沿51、滑移台限位环6、挡沿61、滑移台限位块7。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型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实用新型，而不构成对本实用新型的限制。
20.为了解决机械结构做相对运动会产生较大的摩擦力，会对设备性能、精度和寿命造成影响的问题，本实用新型的整体思路是采用液体静压支撑技术，在相对滑动面之间充盈高压油液形成的油膜，实现无摩擦的相对运动。更为具体地，本实用新型采用球面静压支撑与平面静压支撑相结合的复合结构，通过双静压支撑实现沿x轴和y轴的无摩擦平移、沿x轴和y轴的无摩擦翻转及沿z轴的无摩擦旋转，实现多自由度静压解耦平台无摩擦的五自由度运动。
21.下面将对本实用新型实施例提供的多自由度静压解耦平台进行详细说明。
22.图1和图2分别示出了根据本实用新型一个实施例的多自由度静压解耦平台的整体结构和局部剖面结构。
23.如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的多自由度静压解耦平台，包括：从上至下依次设置的翻转台1、滑移台2和底台3，翻转台1与滑移台2之间构成球面静压支撑，实现翻转台1沿x轴的翻转、沿y轴的翻转和沿z轴的旋转，滑移台2与底台3之间构成平面静压支撑，实现滑移台2能够沿x轴和y轴的平移。
24.需要说明的是，x轴、y轴和z轴构成三维坐标系，x轴和y轴为水平方向，z轴为竖直方向，即翻转台1的轴向。
25.翻转台1的顶面为平面，将其作为安装面，翻转台1的底面为球面，用于实现球面静压支撑，在翻转台1的内部开设有减重孔，用于减轻翻转台1的整体重量。
26.滑移台2的顶面为球面，与翻转台1的球面相配合，滑移台2的球面与翻转台1的球面构成相对滑动面，在相对滑动面之间充盈有高压油液，从而在相对滑动面之间形成一层高刚度的高压油膜，使滑移台2的球面与翻转台1的球面之间为全油膜接触，实现球面静压支撑，翻转台1可沿x轴翻转、可沿y轴翻转及可沿z轴旋转。
27.滑移台2的底面为平面，底台3的顶面同样为平面，滑移台2的底面与底台3的顶面构成相对滑动面，在相对滑动面之间充盈有高压油液，从而在相对滑动面之间形成一层高刚度的高压油膜，使滑移台2的平面与底台3的平面之间为全油膜接触，实现平面静压支撑，滑移台2可沿x轴和y轴平移。
28.为了实现球面静压支撑和平面静压支撑，在滑移台2的顶面与底面分别设置有用于保持平衡的第一静压腔21和第二静压腔22，高压油液进入第一静压腔21和第二静压腔22，充盈在相对滑动面之间。
29.由于奇数个第一静压腔21和第二静压腔22会导致翻转台1与滑移台2失稳，因此第一静压腔21和第二静压腔22的数量为偶数个且沿对称设置，以保持滑移台2与翻转台1、滑移台2与底台3的平衡。
30.当第一静压腔21和第二静压腔22的数量均为两个时，两个第一静压腔21与两个第二静压腔22分别沿滑移台2的轴向对称布置。但由于存在加工误差，第一静压腔21与两个第二静压腔22极容易导致翻转台1与滑移台2失去平衡，所以第一静压腔21和第二静压腔22的数量为优先选择为四个及四个以上。
31.当第一静压腔21和第二静压腔22的数量为四个及以上时，第一静压腔21沿翻转台2底面的轴向均布，第二静压腔22沿底台3的周向均布。第一静压腔21和第二静压腔22能够从不同的对称方向对相对滑动面进行供油，实现翻转台1与滑移台2的平稳。
32.考虑成本因素，第一静压腔21和第二静压腔22的数量优选为四个。
33.第一静压腔21和第二静压腔22的形状可以多边形、圆形或扇形。在本实用新型的一个示例中，第一静压腔21和第二静压腔22的形状为扇形，使油膜的接触面积最大化。
34.每个第一静压腔21分别通过供油油道23连通一个节流器4，节流器4通过外部管路与油箱连通，油箱内的高压油液流经节流器4降压后进入第一静压腔21，在相对滑动面之间形成高压油膜。
35.第二静压腔22同理，每一个第二静压腔22通过供油油道23连通一个节流器4，高压油液流经节流器4降压后进入第二静压腔22。
36.在本实用新型的一些实施例中，节流器4可以为小孔节流器或为毛细管节流器。在图1中，节流器4安装在滑移台2的侧壁上，在节流器4上罩有保护罩，防止工作时碰伤节流器4。
37.本实用新型通过对滑移台2的结构一体化设计，使其在顶面和底面同时形成球面液压支撑和平面静压支撑，双静压支撑可以实现多自由度静压解耦平台沿x轴与y轴的无摩擦平移与沿x轴、y轴的无摩擦翻转及沿z轴的无摩擦旋转，即实现了五自由度的无摩擦运动。
38.在本实用新型的一个具体示例中，在滑移台2的顶面和底面分别涂覆有塑料涂层，塑料涂层能够保证静压支撑未启动时产生的相对运动不会对滑动面造成损伤。塑料涂层相比融铜涂层及合金涂层，不仅具有成本低的优点，还具有可修复性强的优点，塑料涂层在与翻转台1的底面、底台3的顶面接触产生相对运动时，不会划伤翻转台1与底台3，既节约了成本，又延长了多自由度静压解耦平台的寿命。
39.在滑移台2的顶面加工有一圈回油槽，该回油槽与第一静压腔21相连通，用于收集球面静压支撑间隙中的高压油液。
40.同理在滑移台2的底面上也加工有一圈回油槽，该回油槽与第二静压腔22相连通，用于收集平面静压支撑间隙中的高压油液。
41.在底台3的表面加工有一圈泄油槽，该泄油槽通过油路与油箱连通，该泄油槽还与滑移台2上的回油槽贯通，用于将高压油液返回油箱。
42.在本实用新型的一个具体实施例中，每个第一静压腔21与每个第二静压腔22各自分别通过油孔25连通一个测压孔24，用于实时监测每个第一静压腔21内与每个第二静压腔22内的压力。
43.在滑移台2的顶面通过螺钉固定有翻转台限位环5，翻转台限位环5为圆环形结构，且向翻转台1的方向延伸有一圈挡沿51，在翻转台1的周向凸出有一圈凸起12，挡沿51对凸起12起到阻挡作用，以保证翻转台1不超过预设的翻转角度。
44.在底台3上通过螺钉固定有滑移台限位环6，滑移台限位环6与翻转台限位环5的结构相同，具有挡沿61，在滑移台2的底面向外侧延伸有一圈凸台26，滑移台限位环6对凸台26起到阻挡作用，用于限制滑移台2沿z轴方向的移动。
45.在滑移台2的圆周上还固定有滑移台限位块7，用于限制滑移台2沿x轴和y轴方向的移动。
46.上述内容详细说明了本实用新型实施例提供的多自由度静压解耦平台的结构，多自由度静压解耦平台的工作原理如下：
47.高压油液从油箱流出经节流器4降压后进入滑移平台2的第一静压腔21和第二静压腔22，同时将翻转台1悬浮于滑移台2的上方及将滑移台2悬浮于底台3的上方，此时翻转台1可沿x轴翻转，可沿y轴翻转，可沿z轴旋转，滑移台2可沿x轴平移，可沿y轴平移。当翻转台1的顶面受到垂直向下的载荷时，球面静压支撑与平面静压支撑的间隙变小，第一静压腔21和第二静压腔22内的压力升高，承载力增加，便可实现静压解耦平台在垂直方向上的动态平衡，当载荷减小时，球面静压支撑与平面静压支撑的间隙变大，以致更多的高压油液流走，当单位时间内流走的油液量大于从节流器4中导入的油液量时，则第一静压腔21和第二静压腔22内的压力下降，再次实现静压解耦平台在垂直方向上的动态平衡，从而实现了静压解耦平台的五自由度无摩擦的自由状态。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
50.以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。