[發明專利]基于球頭連桿的氣浮式正倒擺串聯機構的空氣彈簧隔振器

無效

• 申請號: 201010564328.8
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102072275A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 譚久彬;夏超;王雷;聞榮偉;楊文國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16F15/023
• 分類號: F16F15/023;F16F15/02;F16F9/05
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技術領域

本發明屬于超精密測量及加工領域，特別涉及一種基于球頭連桿的氣浮式正倒擺串聯機構的空氣彈簧隔振器。

背景技術

性能優異的隔振裝置是超精密測量及加工的關鍵技術之一。空氣彈簧隔振器具有良好的超低頻隔振性能、承載能力高、等效剛度較低、固有頻率對載荷變化不敏感、系統容易實現、耗能低等優點，隨著超精密測量及加工技術、納米技術和超大規模集成電路制造技術的發展，空氣彈簧隔振器得到了越來越廣泛的應用。如光刻機承載所有曝光元件的測量框架的振動隔離。

影響隔振性能的主要指標是隔振裝置的固有頻率和阻尼比，在阻尼的作用下，隔振系統典型的振動傳遞率如下圖所示。

由上圖可見，隔振系統只對頻率大于(ω₀為固有角頻率)的振動才有隔離效果，因此，若要提高隔振系統的隔振性能，就必須盡可能降低系統的固有頻率，要使隔振裝置具有很低的固有頻率，則隔振裝置必須具有盡可能低的剛度，如下式所示。

f0=12πKm]]>

對超精密加工產生不良影響的振動頻率是0.5Hz～70Hz范圍內的微小振動。許多超精密測量設備對環境振動提出了更加嚴格的要求，如分子坐標測量機、空間微重力及引力波探測器等。

由于空氣彈簧設計和制造的固有缺陷，其垂直剛度和水平剛度相互耦合，導致垂直和水平方向的隔振性能無法兼顧。由于材料和制造技術的限制，實際制造的空氣彈簧的垂直剛度和水平剛度只能降低到一定程度，這在很大程度上限制了空氣彈簧在超精密測量及加工領域中的應用。

專利US5779010“Suspen?ded?low?frequency?horizontal?pendulum?isolator?for?vibrator?isolation?systems”提出空氣彈簧和單擺機構串聯的隔振器，如美國Newport的系列產品。由于單擺機構的水平剛度遠小于空氣彈簧的水平剛度而垂直剛度遠大于空氣彈簧的垂直剛度，因此兩者串聯后，隔振器等效水平剛度近似為單擺機構的水平剛度，隔振器等效垂直剛度近似為空氣彈簧的垂直剛度。盡管該發明解決了空氣彈簧的垂直剛度和水平剛度相互耦合導致垂直和水平方向的隔振性能無法兼顧的難題，但是該發明存在著一個難以克服的根本問題。單擺機構水平方向的固有頻率完全取決于擺長L，如下式所示。

fH=12πgL]]>

為了提高隔振器的隔振效果，勢必需要降低固有頻率，通過單純增加擺長來降低固有頻率，一方面導致隔振器尺寸龐大，另一方面由于工程上的限制無限增加擺長是無法實現的。

專利CN1487216“倒擺式氣動隔振器”提出空氣彈簧和倒擺機構串聯的隔振器，如美國TMC的系列產品。該發明利用倒擺的水平擺動實現水平隔振，也解決了空氣彈簧的垂直剛度和水平剛度相互耦合導致垂直和水平方向的隔振性能無法兼顧的問題。但其仍然受到倒擺擺長的限制，另一方面由于所有載荷作用在倒擺底部的曲面上，使其承載能力受到限制。倒擺機構水平方向的固有頻率取決于以下因素，如下式所示。