[發明專利]一種采用正負剛度并聯的主被動復合隔振器

有效

• 申請號: 201610914512.8
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106321719B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 陳學東;王敏;李小清;李明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F13/00
• 分類號: F16F13/00;F16F6/00;F16F9/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李歡

技術領域

本發明屬于超精密減振領域，具體涉及一種采用正負剛度并聯的兩自由度主被動復合隔振器。

背景技術

隨著作為IC制造產業發展標志的特征線寬不斷向更新的工藝節點推進，超精密電子制造和測量裝備的精度也越來越接近極限，對關鍵運動機構的結構和其穩定性的要求越來越高，對環境的平穩性要求也越來越嚴格，在傳統的制造領域不需要關注的微弱擾動和測量的非線性誤差以及動態特性對整個系統精度的影響日益凸顯，因此對振動隔離與抑制技術提出了更迫切的需求。

從結構上來說，氣浮軸承減振，磁浮減振，負剛度技術等一些手段可以提高這類精密減振的超低頻減振能力。為了擁有超低頻的減振能力，我們通常從兩個方面來解決這種問題：1.降低結構本身的動態剛度，使其本身的固有頻率就很低，同時保證結構本身的靜態剛度，以保證其負載支撐能力，實現中高頻的高衰減特性；2.采用主動控制策略，將由于被動結構特性無法衰減的頻段，輔以主動控制方法，進一步降低系統的頻率和共振峰幅值，實現超精密的低頻隔振。

氣浮軸承減振技術使得減振器具有極低的固有頻率，但是這方面對氣浮元件的加工精度和設備的安裝精度要求十分嚴格，使得成本大大提升，其制約了氣浮軸承在超精密減振中的廣泛應用；磁浮減振是一種還處于研究階段的技術，由于磁浮控制技術難，承載力小，適用范圍有限，故未能大規模應用；負剛度技術可以實現與正剛度相反的作用效果，但是由于穩定性方面考慮，其不能單獨使用，需要與正剛度機構復合使用，既能使整個結構的固有頻率降低，又可以保證穩定性的要求。

專利文獻CN102619916A公開了一種基于正負剛度彈簧并聯的超低頻隔振器，可以根據被隔振質量調整隔振器的剛度，采用滾珠減小摩擦，還可作為配件使用適用于承受振動激勵的環境，尤其是低頻振動激勵的環境。但其無法實現大負載的靜態承載能力，同時其設計為單自由度方向，對于承載力需求較大、自由度要求較多的場合仍存在一定的不足。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種采用正負剛度并聯的兩自由度主被動復合隔振器，該復合隔振器由具有正剛度的空氣彈簧、片彈簧和具有負剛度的倒立擺結構、磁負剛度機構組成，正剛度和負剛度機構由并聯方式連接組成的超精密隔振機構可以獲得高靜態剛度-低動態剛度的特性，使系統固有頻率降低同時不改變系統的大承載能力，再配合主動執行器以主動控制，可以實現超低頻的主動隔振和高頻的高衰減率，既可以保證擁有較大的承載力，同時對超低頻振動進行了有效的隔離。

為實現上述目的，本發明提供了一種采用正負剛度并聯的主被動復合隔振器，該隔振器包括基礎平臺和負載平臺，其中，所述基礎平臺下端與外部平臺連接，所述負載平臺上端與需要隔振的設備連接，所述負載平臺通過支撐桿與所述基礎平臺連接，其特征在于：

該隔振器還包括被動隔振單元，其上端與所述負載平臺連接，下端與所述基礎平臺連接，該被動隔振單元沿第一方向設有正剛度的空氣彈簧和負剛度可調的磁負剛度機構，其形成第一方向的正負剛度并聯機構，從而降低所述第一方向的固有頻率，所述動隔振單元在第二方向設有剛度可調的正剛度片彈簧和負剛度的倒立擺，形成第二方向的正負剛度并聯機構，從而降低所述第二方向的固有頻率；以及

主動隔振單元，其布置在所述被動隔振單元的外側，上端與所述負載平臺鏈接，下端與所述基礎平臺鏈接，該主動隔振單元包括位移傳感器、速度傳感器、比例壓力閥和音圈電機，其中，所述移傳感器、速度傳感器用于監測所述負載平臺的位移和速度，所述比例壓力閥用于根據所述位移和速度控制所述空氣彈簧的剛度，所述音圈電機用于根據所述位移和速度對負載平臺進行微調，實現振動的進一步隔離。

進一步地，所述第一方向為所述基礎平臺和負載平臺的中心軸線方向，所述第二方向為與所述中心軸線垂直的方向。

進一步地，所述被動隔振機構還包括第一片彈簧和第二片彈簧，所述第一片彈簧和第二片彈簧分別通過第一柔性鉸鏈和第二柔性鉸鏈與所述空氣彈簧連接，所述第一片彈簧和第二片彈簧在第二方向成90°組成并聯機構，從而降低所述第二方向的固有頻率。

進一步地，所述第一片彈簧和第二片彈簧還包括第一金屬彈片、第二金屬彈片、剛度調節機構及彈片固定裝置，其中，所述第一金屬彈片與第二金屬彈片安裝在彈片固定裝置上，剛度調節機構用于通過上下滑動來改變所述第一金屬彈片和第二金屬彈片的有效工作彎曲長度，從而改變第一金屬彈片、第二金屬彈片的有效工作剛度，進而改變第一片彈簧和第二片彈簧的剛度。