JPH0914338A - Device and method for insulating vibration - Google Patents

Device and method for insulating vibration

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JPH0914338A
JPH0914338A JP20019295A JP20019295A JPH0914338A JP H0914338 A JPH0914338 A JP H0914338A JP 20019295 A JP20019295 A JP 20019295A JP 20019295 A JP20019295 A JP 20019295A JP H0914338 A JPH0914338 A JP H0914338A
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JP
Japan
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vibration
displacement
screw
nut
motor
Prior art date
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JP20019295A
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Kosuke Nagaya
幸助 長屋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a table itself stable and non-resonant by attaching a base to a vibration source and rotating a screw so that the base slides by the displacement of the vibration source and rotating a motor shaft in the direction that an absolute displacement of a nut or a substance attached to the motor side becomes zero. SOLUTION: When a base 10 is attached to a vibration source and is activated by disturbance vibration, the vibration is detected by an acceleration pickup 9 and a screw 4 is rotated using the detection signal and the signal of a potentiometer 6 for displaying an amount of revolution of the screw 4 so that the base 10 slides by the displacement of the vibration source and a motor shaft is rotated in the direction that an absolute displacement of a nut 3 or a substance attached to the motor 8 side becomes zero, thereby making a table 1 itself stable and non-resonant and thus insulating the vibration of a large amplitude.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は振動絶縁装置に関す
る。この発明は風などにより振幅が大きくゆっくり振動
する高層建物内において用いられる機器の振動を絶縁す
るため、または地震による機器への振動を絶縁する用途
に利用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration isolator. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used to insulate the vibration of equipment used in a high-rise building, which has a large amplitude and slowly vibrates due to wind or the like, or for the purpose of insulating vibration to equipment due to an earthquake.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の通常の振動絶縁装置は通常対象と
する機器をばね、ダンパで支持し、そこからの外乱振動
を柔らかいばねを用いて絶縁してきた。しかしこの方法
では、振動絶縁はできても系の剛性低下のため、機器自
体に直接作用する力により大きく変形し、不安定とな
る。このほかにスカイフックダンパ、動吸振器等を用い
る方法もあるが、これらの方法や機器を用いた場合は、
低振動数域の振動絶縁は困難である。
2. Description of the Related Art Conventional conventional vibration isolators generally support a target device with a spring and a damper, and use a soft spring to insulate external vibration from the device. However, in this method, although vibration isolation can be achieved, the rigidity of the system is lowered, so that it is largely deformed by the force directly acting on the device itself and becomes unstable. In addition to this, there are methods using skyhook dampers, dynamic vibration absorbers, etc., but when using these methods and equipment,
Vibration isolation in the low frequency range is difficult.

【0003】近年上記のようなパッシブな方法とは別
に,アクティブ制御による振動絶縁法も開発されてい
る.しかしこれまでの研究では,いずれも系にばね要素
を有するため,系に共振が存在し,ダンパあるいは速度
フィードバック等による減衰で共振ピークを下げる方法
が用いられている.さらにアクチュエータを圧電アクチ
ュエータあるいは超磁歪アクチュエータとすることで,
系の剛性を増大し,系の安定化を図りつつ,振動絶縁制
御を行う方法も開発されているが,アクチュエータの変
位量が小さく,制御できる変位は数μm〜数十μmに留
まっており,上記のような比較的大きな振幅の振動絶縁
には利用できない.
In addition to the passive method described above, a vibration isolation method by active control has been developed in recent years. However, in the research so far, since all systems have spring elements, resonance exists in the system, and a method of lowering the resonance peak by damping due to a damper or velocity feedback is used. Furthermore, by making the actuator a piezoelectric actuator or a giant magnetostrictive actuator,
A method for controlling vibration isolation while increasing the rigidity of the system and stabilizing the system has also been developed, but the displacement amount of the actuator is small and the controllable displacement is limited to several μm to several tens of μm. It cannot be used for vibration isolation with a relatively large amplitude as described above.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では,
数Hz程度の低い振動数域で,伝達率を1より小さく
し,テーブルそのものに力が作用したときに安定で,か
つ無共振で,数mm程度の大きな振幅を有する振動を絶
縁することは困難であった.本発明はこれらの問題をす
べて解決した振動絶縁装置を提供するものである.
In the above-mentioned prior art,
In the low frequency range of about several Hz, it is difficult to reduce the transmissibility to less than 1, stable when a force acts on the table itself, non-resonant, and to insulate vibrations with large amplitude of about several mm. Met. The present invention provides a vibration isolator that solves all of these problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の振動絶縁装置は
モータと、モータ軸に結合されるねじを切った軸と、軸
のねじに取り付けられるナットと、ナットの変位を検出
するセンサーと、振動源の変位を検出するセンサーと、
スラスト軸受けを備え、ナットあるいはモータ側に取り
付けられたテーブル上に振動を絶縁しようとする物体が
乗せられる(物体を直接ナットに取り付けても良い)。
A vibration isolator of the present invention comprises a motor, a threaded shaft coupled to the motor shaft, a nut mounted on the screw of the shaft, and a sensor for detecting displacement of the nut. A sensor that detects the displacement of the vibration source,
An object to be isolated from vibration is placed on a table equipped with a thrust bearing and attached to a nut or a motor side (the object may be directly attached to the nut).

【0006】図1はこの発明の振動絶縁装置の一断面を
側面から見た状態を示している。この図において、振動
源に置かれたベース10から外乱振動が作用したとき、
その振動を加速度ピックアップ9により検知し、その信
号とネジの回転量を表すポテンショメータ6の信号を用
いて、テーブル1を動かさないようにベース10の変位
分だけモータ8によりネジ4を回転させる。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of one side of the vibration isolator of the present invention. In this figure, when disturbance vibration acts from the base 10 placed on the vibration source,
The vibration is detected by the acceleration pickup 9, and the signal and the signal of the potentiometer 6 representing the rotation amount of the screw are used to rotate the screw 4 by the displacement of the base 10 so as not to move the table 1.

【0007】この装置で用いる制御はテーブルの絶対変
位を零とすることである。この方法として、以下に述べ
る二つの制御法のどちらかを対象振動数に応じて選択す
る。その第一の制御法はテーブルの変位と床の変位を足
し合わせた量のフィードバックを行うことであり、低い
振動数域で使用できる。すなわちこの装置で床の変位を
u,テーブル変位をw(=θl/2π)としたとき,
テーブルの絶対変位はW=u+wとなるので,テーブル
を静止させるためには,W=0,すなわちu=−θ
/(2π)とすれば良い.ここにθはボールねじの回
転角,lはねじのリードである.したがってWを制御偏
差とし,これをフィードバックすることにより,原理的
にはこの制御が可能である.すなわち本発明の装置を用
いると,通常の制御法でも振動絶縁効果が得られる.本
制御のブロック線図を描くと,図3でf=f=0と
したものとなる.
The control used in this device is to make the absolute displacement of the table zero. As this method, one of the following two control methods is selected according to the target frequency. The first control method is to feed back the amount of the displacement of the table and the displacement of the floor, which can be used in a low frequency range. That is, when the displacement of the floor u, the table displacement was w (= θ m l / 2π ) In this device,
Since the absolute displacement of the table is W = u + w, in order to make the table stand still, W = 0, that is, u = −θ m l
It should be / (2π). Where θ m is the rotation angle of the ball screw and l is the lead of the screw. Therefore, this control is possible in principle by setting W as the control deviation and feeding this back. That is, when the device of the present invention is used, the vibration isolation effect can be obtained even by the ordinary control method. A block diagram of this control is shown in Fig. 3 as f 2 = f 3 = 0.

【0008】テーブルの絶対変位を零とする第二の方法
は、比較的高い振動数域まで使用することができ、床の
速度(du/dt)と加速度(du/dtをセンシ
ングし,それらをモータにフィードバックすることであ
り、比較的高い振動数域まで使用できる。すなわちこの
系の微分方程式は で与えられる。ここにlはボールねじのリード、Jはモ
ータの慣性能率、cは摩擦を含む系の減衰係数、Km1
はモータのトルク定数、Km2は逆起電力定数、Rはモ
ータコイルの抵抗、fは床の速度のフィードバック係
数であり、fは加速度のフィードバク係数である。上
式で右辺と左辺を比較すると となり、式(2)で表されるフィードバックゲインを用
いると、外乱を完全に遮断することができる。しかし、
本装置では、ばね要素を用いていない完全剛体系のた
め、外乱相殺を用いた場合は、テーブルが一定の位置に
戻らなくなることがあり、外乱相殺だけでは振動絶縁は
できるもののテーブルの安定な位置確保が困難である。
したがって本振動絶縁法では、式(2)のフィードバッ
ク係数を用いたフィードバックに加え、テーブルの位置
確保のため、ボールネジの回転角θのフィードバック
に足し合わせる。すなわちモータへの入力は f(du/dt)+f(du/dt)−gl/(2πθ) (3) である。この制御のブロック線図を図3に示す。なお本
振動絶縁法で、減衰が不安定な系ではf=0とする。
The second method of setting the absolute displacement of the table to zero can be used up to a relatively high frequency range, and senses the velocity (du / dt) and acceleration (d 2 u / dt 2 ) of the floor. , By feeding them back to the motor, it can be used up to a relatively high frequency range. Given by Where l is the lead of the ball screw, J is the inertia ratio of the motor, c is the damping coefficient of the system including friction, K m1
Is the torque constant of the motor, K m2 is the back electromotive force constant, R is the resistance of the motor coil, f 2 is the feedback coefficient of the velocity of the floor, and f 3 is the feedback coefficient of acceleration. When comparing the right side and the left side in the above formula Therefore, by using the feedback gain represented by the equation (2), the disturbance can be completely cut off. But,
Since this device has a completely rigid system that does not use spring elements, the table may not return to a fixed position when disturbance cancellation is used.Vibration isolation can be achieved by disturbance cancellation alone, but the stable position of the table It is difficult to secure.
Therefore, in the present vibration insulation method, in addition to the feedback using the feedback coefficient of the equation (2), in order to secure the position of the table, the feedback of the rotation angle θ m of the ball screw is added. That is, the input to the motor is f 2 (du / dt) + f 3 (d 2 u / dt 2 ) −g 2 l / (2πθ m ) (3). A block diagram of this control is shown in FIG. In this vibration isolation method, f 2 = 0 is set in a system in which damping is unstable.

【0009】[0009]

【作用】本装置では、ばね要素を用いない完全剛体系と
なっているので、ナットに結合されたテーブル上の物体
(あるいはナットに直接結合された物体)に直接力が作
用してもそれによる変位は無く、かつ共振が無い。また
ねじのピッチの選択により数mm程度の大きな振動絶縁
ができる。
This device has a completely rigid system that does not use a spring element, so even if a force acts directly on an object on the table connected to the nut (or an object directly connected to the nut) There is no displacement and no resonance. Also, large vibration isolation of several mm can be achieved by selecting the pitch of the screws.

【0010】この装置を用いると、低振動数域からモー
タが追随できる比較的高い振動数域まで振動伝達率を低
減できる。
Using this device, the vibration transmissibility can be reduced from a low frequency range to a relatively high frequency range which the motor can follow.

【0011】[0011]

【実施例】まずこの振動絶縁装置の有用性を確かめるた
め、テーブル変位と床の変位の足し合わせのフィードバ
ックを用いた振動絶縁制御の効果を確かめた。この場合
は、図3のブロック線図でg=1、f=f=0と
する。この場合の振動検出センサーとしては、床の振動
加速度を加速度センサーにより検出し、それを時間に関
して2回積分して変位を得、またテーブルの変位は回転
式ポテンショメータをねじに取り付け、ねじの回転角を
検出し、それよりテーブル変位を得た。この制御による
実験結果を図4〜図5に示す。これらの図で図(A)は
無制御すなわち床の加振変位を表し、図(B)がこの装
置を用い、この制御を施した結果である。本例のような
制御を用いた場合は、フィードバックゲインにより制御
時のテーブル変位が大きく異なり、ゲインが大きいほど
振動絶縁効果も大きいが、大きくしすぎると発散する。
図4(B)〜図5(B)はいずれもゲインを調整し、最
適と思われるフィードバックゲインを用いている。図で
床の周波数が3.6Hzまでは本制御で良い振動絶縁効
果が得られている。しかしそれより振動数が高くなると
振動絶縁効果が薄れている。
EXAMPLE First, in order to confirm the usefulness of this vibration isolator, the effect of vibration isolation control using feedback of addition of table displacement and floor displacement was confirmed. In this case, g 3 = 1 and f 2 = f 3 = 0 in the block diagram of FIG. As the vibration detection sensor in this case, the vibration acceleration of the floor is detected by the acceleration sensor, and it is integrated twice with respect to time to obtain the displacement, and the displacement of the table is obtained by attaching a rotary potentiometer to the screw, Was detected, and the table displacement was obtained from it. Experimental results obtained by this control are shown in FIGS. In these figures, FIG. (A) shows uncontrolled, that is, the vibration displacement of the floor, and FIG. (B) shows the result of performing this control using this device. When the control as in this example is used, the table displacement during control greatly differs depending on the feedback gain. The larger the gain, the greater the vibration isolation effect, but if it is too large, it diverges.
In each of FIGS. 4B to 5B, the gain is adjusted and the feedback gain that is considered to be optimal is used. In the figure, a good vibration isolation effect is obtained with this control up to a floor frequency of 3.6 Hz. However, when the frequency is higher than that, the vibration isolation effect is weakened.

【0012】さらに高い振動数まで本装置を用いるに
は、床の加速度とテーブルの変位をフィードバックする
と良い。この場合のフィードバック係数は図3のブロッ
ク線図で、g=0であり、fおよびfは式(2)
で与えられる。その結果を図4(C)〜図5(C)に示
す。これらの図から、この制御を用いても高い振動数域
では振動絶縁効果は薄れるが、テーブルの振幅は9.3
3Hzでも外乱変位の約半分になっており、また低い振
動数(4Hz以下)では、約1/5以下にテーブル振幅
が抑えられることがわかる。また図4(B)〜図5
(B)と比較したとき、いずれの場合もこの制御による
結果の方が良好な振動絶縁効果を示している.
In order to use the apparatus up to a higher frequency, it is preferable to feed back the acceleration of the floor and the displacement of the table. The feedback coefficient in this case is g 3 = 0 in the block diagram of FIG. 3, and f 2 and f 3 are expressed by the equation (2).
Given by The results are shown in FIGS. 4 (C) to 5 (C). From these figures, even if this control is used, the vibration isolation effect diminishes in the high frequency range, but the table amplitude is 9.3.
It can be seen that even at 3 Hz, it is about half of the disturbance displacement, and at low frequencies (4 Hz or less), the table amplitude is suppressed to about 1/5 or less. 4 (B) to 5
When compared with (B), the results of this control show better vibration isolation effect in any case.

【0013】[0013]

【発明の効果】この発明の装置では、ばね要素を用いな
い完全な剛体系となっているため、共振が存在せず、テ
ーブルに直接外乱が作用してもそれによる変位は発生し
ない。また低周波数域の大きな振幅の振動を絶縁でき
る。さらに装置の機構が簡単でかつ制御回路もアナログ
回路で構成できる利点がある。
Since the apparatus of the present invention has a completely rigid system without using a spring element, there is no resonance and no displacement occurs due to direct disturbance acting on the table. In addition, it is possible to insulate vibration of large amplitude in the low frequency range. Further, there is an advantage that the mechanism of the device is simple and the control circuit can be constituted by an analog circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の装置の一例を示す側面の断面図であ
る。
FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an apparatus of the present invention.

【図2】図1の平面図である。FIG. 2 is a plan view of FIG.

【図3】この発明を実施するための制御回路の一例であ
る。
FIG. 3 is an example of a control circuit for carrying out the present invention.

【図4】この発明の装置による低い振動数域(3.67
Hz)の振動絶縁効果を示した図である。
FIG. 4 shows a low frequency range (3.67) according to the device of the present invention.
It is the figure which showed the vibration isolation effect of (Hz).

【図5】この発明の装置による高い振動数域(9.33
Hz)の振動絶縁効果を示した図である。
FIG. 5 shows a high frequency range (9.33 by the device of the present invention).
It is the figure which showed the vibration isolation effect of (Hz).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 テーブル 2 スライダー 3 ナット 4 ボールネジ 5 プーリー 6 回転式ポテンショメータ 7 スラスト軸受け 8 モータ 9 加速度ピックアップ 10 ベース 11 ベルト 1 Table 2 Slider 3 Nut 4 Ball Screw 5 Pulley 6 Rotation Potentiometer 7 Thrust Bearing 8 Motor 9 Accelerometer 10 Base 11 Belt

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータと、モータ軸に結合されるねじを
切った軸と、軸のねじに取り付けられるナットと、ナッ
トの変位を検出するセンサーと、振動源の変位を検出す
るセンサーとスラスト軸受けを備え、ねじの回転をナッ
トにより並進運動に変換し、その一端(ベース)を振動
源に取り付け、振動源の変位分だけベースがスライドす
るようにねじを回転させ、ナットあるいはモータ側に取
り付けられた物体の絶対変位を零になる方向にモータ軸
を回転させることを特徴とする振動絶縁装置。
1. A motor, a threaded shaft coupled to a motor shaft, a nut attached to the screw of the shaft, a sensor for detecting displacement of the nut, a sensor for detecting displacement of a vibration source, and a thrust bearing. The rotation of the screw is converted into a translational motion by the nut, one end (base) is attached to the vibration source, the screw is rotated so that the base slides by the displacement of the vibration source, and it is attached to the nut or motor side. A vibration isolator characterized by rotating a motor shaft in a direction in which the absolute displacement of an object becomes zero.
JP20019295A 1995-07-03 1995-07-03 Device and method for insulating vibration Pending JPH0914338A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108931219A (en) * 2018-09-08 2018-12-04 无锡双益精密机械有限公司 Ball screw automatic detection device

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