[發(fā)明專利]一種超低頻隔振器及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910571945.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110259862B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周振華;黃浩;劉志強(qiáng);易正旸;傅逸軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F6/00
• 分類號(hào): F16F6/00;F16F7/104;F16F7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林瑞云

本發(fā)明公開(kāi)了一種超低頻隔振器及設(shè)計(jì)方法，包括隔振承載臺(tái)板、上部殼體、下部殼體、承載桿以及正剛度彈簧、負(fù)剛度磁彈簧，承載桿和上部殼體、下部殼體同軸，隔振承載臺(tái)板設(shè)在承載桿頂端上。該超低頻隔振器及設(shè)計(jì)方法既可以滿足隔振器對(duì)承載力和超低固有頻率的要求，同時(shí)能夠使得隔振器在工作點(diǎn)附近保持線性剛度特性，從而能消除對(duì)振幅對(duì)隔振器性能的制約，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的低頻隔振性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到超低頻減振隔振領(lǐng)域，特別涉及一種超低頻隔振器及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著超精密磨削、半導(dǎo)體加工、微納制造以及表面形貌測(cè)量等為代表的一系列超精密加工和測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展，其加工與測(cè)量精度也越來(lái)越接近物理極限，因此微小的環(huán)境振動(dòng)都有可能導(dǎo)致其加工或檢測(cè)失效。為了保證加工、測(cè)量精度，該類加工測(cè)量裝備對(duì)環(huán)境振動(dòng)提出了極高的要求。通常來(lái)說(shuō)，環(huán)境振動(dòng)一般分布在低頻超低頻范圍，并且分布在一定的頻帶區(qū)間。因此，低頻超低頻振動(dòng)已經(jīng)成為了制約加工、測(cè)量精度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的隔振器一般采用剛彈簧或橡膠彈性結(jié)構(gòu)，但其固有頻率很難低于4Hz，因而無(wú)法有效隔離超低頻振動(dòng)。雖然，采用空氣彈簧可以實(shí)現(xiàn)較大的承載力和對(duì)較低頻振動(dòng)的抑制，但是要實(shí)現(xiàn)超低頻的振動(dòng)抑制，必將導(dǎo)致空氣彈簧體積極其龐大，制造和使用均存在困難。降低固有頻率可以通過(guò)降低系統(tǒng)的剛度和增加負(fù)載的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，但會(huì)導(dǎo)致隔振器的靜態(tài)變形位移顯著增加，甚至超過(guò)其有效的工作行程，從而使得隔振器無(wú)法正常工作。

為了進(jìn)一步降低隔振器的固有頻率并保證其承載能力，負(fù)剛度特性被引入到隔振器的設(shè)計(jì)中。通過(guò)將負(fù)剛度機(jī)構(gòu)引入隔振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在不改變其靜態(tài)承載力的情況下，顯著地降低隔振器的固有頻率，并顯著提升其低頻隔振性能。

一種名稱為″正負(fù)剛度彈性元件并聯(lián)的減振裝置″(申請(qǐng)?zhí)枺篊N85109107)的發(fā)明專利提出了基于歐拉壓桿的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，以降低減振系統(tǒng)的固有頻率。一種名稱為″一種負(fù)剛度磁彈簧″(CN201210284870.7)的發(fā)明專利提出了一種排斥型負(fù)剛度磁彈簧，如將其應(yīng)用到隔振器將能有效地降低系統(tǒng)的固有頻率。一種專利名稱為″一種三自由度超低頻減振器″(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310187711.X)的發(fā)明專利提出了垂向基于磁正剛度和磁負(fù)剛度并聯(lián)，水平向基于正剛度片簧和磁負(fù)剛度并聯(lián)的三自由度低頻減振器。一種名稱為″一種正負(fù)剛度并聯(lián)減振器″(申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310142491.9)的發(fā)明專利提出了一種基于正剛度空氣彈簧和負(fù)剛度磁彈簧并聯(lián)的減振器，正剛度空氣彈簧和負(fù)剛度磁彈簧并聯(lián)布置，負(fù)剛度磁彈簧安裝在空氣彈簧腔室內(nèi)，其存在的問(wèn)題是其負(fù)剛度機(jī)構(gòu)由多塊徑向磁化瓦狀永磁體構(gòu)成，徑向磁化永磁體工藝成本高、難度大，同時(shí)負(fù)剛度磁彈簧采用數(shù)量眾多的永磁體構(gòu)成，因此加工復(fù)雜、裝配成本極高。

雖然上述發(fā)明專利以及現(xiàn)階段提出的負(fù)剛度機(jī)構(gòu)都能夠在一定程度降低隔振器的固有頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振動(dòng)的隔離和抑制。然而不可忽略的是其構(gòu)成的低頻隔振器，在工作點(diǎn)附近都表現(xiàn)出了顯著的強(qiáng)非線性剛度特性。從而使得隔振器的性能顯著依賴于振源振幅：在弱激勵(lì)(振幅較小)的情況下，隔振器近似線性系統(tǒng)，可以獲得優(yōu)異的隔振性能。然而當(dāng)激勵(lì)幅值(振幅較大)變大時(shí)，隔振器剛度特性將表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特性使得隔振器出現(xiàn)如超諧共振、亞諧共振、類周期共振等非線性共振，從而導(dǎo)致隔振器性能迅速惡化，顯然其應(yīng)用場(chǎng)合受到了極大的制約。因此，如何實(shí)現(xiàn)隔振器的超低固有頻率，并確保隔振器在工作點(diǎn)附近具有線性低剛度特性，消除隔振器性能對(duì)振幅的依賴性，同時(shí)要考慮便于加工和制造，這在隔振器的設(shè)計(jì)中顯得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述缺陷，提供一種超低頻隔振器。該隔振器結(jié)構(gòu)緊湊、制造簡(jiǎn)單、成本低，采用正負(fù)剛度并聯(lián)的原理，具有極低的固有頻率，能顯著擴(kuò)展減振帶寬，提升隔振性能，尤其是在對(duì)低頻和超低頻振動(dòng)也有良好的抑制效果，同時(shí)可以保證在不同振源振幅情況下的隔振性能的穩(wěn)定性。同時(shí)，本發(fā)明提供的隔振器能夠根據(jù)隔振負(fù)載進(jìn)行工作點(diǎn)調(diào)整，防止負(fù)載變化帶來(lái)的隔振器性能的退化。

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：