[發明專利]一種超低頻隔振器及其設計方法

有效

• 申請號: 201910571945.1
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110259862B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 周振華;黃浩;劉志強;易正旸;傅逸軒
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00;F16F7/104;F16F7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林瑞云

本發明公開了一種超低頻隔振器及設計方法，包括隔振承載臺板、上部殼體、下部殼體、承載桿以及正剛度彈簧、負剛度磁彈簧，承載桿和上部殼體、下部殼體同軸，隔振承載臺板設在承載桿頂端上。該超低頻隔振器及設計方法既可以滿足隔振器對承載力和超低固有頻率的要求，同時能夠使得隔振器在工作點附近保持線性剛度特性，從而能消除對振幅對隔振器性能的制約，從而實現優異的低頻隔振性能。

技術領域

本發明涉及到超低頻減振隔振領域，特別涉及一種超低頻隔振器及其設計方法。

背景技術

隨著超精密磨削、半導體加工、微納制造以及表面形貌測量等為代表的一系列超精密加工和測量技術不斷發展，其加工與測量精度也越來越接近物理極限，因此微小的環境振動都有可能導致其加工或檢測失效。為了保證加工、測量精度，該類加工測量裝備對環境振動提出了極高的要求。通常來說，環境振動一般分布在低頻超低頻范圍，并且分布在一定的頻帶區間。因此，低頻超低頻振動已經成為了制約加工、測量精度實現的關鍵因素。傳統的隔振器一般采用剛彈簧或橡膠彈性結構，但其固有頻率很難低于4Hz，因而無法有效隔離超低頻振動。雖然，采用空氣彈簧可以實現較大的承載力和對較低頻振動的抑制，但是要實現超低頻的振動抑制，必將導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降低系統的剛度和增加負載的質量來實現，但會導致隔振器的靜態變形位移顯著增加，甚至超過其有效的工作行程，從而使得隔振器無法正常工作。

為了進一步降低隔振器的固有頻率并保證其承載能力，負剛度特性被引入到隔振器的設計中。通過將負剛度機構引入隔振器的結構設計能夠在不改變其靜態承載力的情況下，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″正負剛度彈性元件并聯的減振裝置″(申請號：CN85109107)的發明專利提出了基于歐拉壓桿的負剛度機構，以降低減振系統的固有頻率。一種名稱為″一種負剛度磁彈簧″(CN201210284870.7)的發明專利提出了一種排斥型負剛度磁彈簧，如將其應用到隔振器將能有效地降低系統的固有頻率。一種專利名稱為″一種三自由度超低頻減振器″(申請號：CN201310187711.X)的發明專利提出了垂向基于磁正剛度和磁負剛度并聯，水平向基于正剛度片簧和磁負剛度并聯的三自由度低頻減振器。一種名稱為″一種正負剛度并聯減振器″(申請號為CN201310142491.9)的發明專利提出了一種基于正剛度空氣彈簧和負剛度磁彈簧并聯的減振器，正剛度空氣彈簧和負剛度磁彈簧并聯布置，負剛度磁彈簧安裝在空氣彈簧腔室內，其存在的問題是其負剛度機構由多塊徑向磁化瓦狀永磁體構成，徑向磁化永磁體工藝成本高、難度大，同時負剛度磁彈簧采用數量眾多的永磁體構成，因此加工復雜、裝配成本極高。

雖然上述發明專利以及現階段提出的負剛度機構都能夠在一定程度降低隔振器的固有頻率，實現對低頻振動的隔離和抑制。然而不可忽略的是其構成的低頻隔振器，在工作點附近都表現出了顯著的強非線性剛度特性。從而使得隔振器的性能顯著依賴于振源振幅：在弱激勵(振幅較小)的情況下，隔振器近似線性系統，可以獲得優異的隔振性能。然而當激勵幅值(振幅較大)變大時，隔振器剛度特性將表現出強烈的非線性特性使得隔振器出現如超諧共振、亞諧共振、類周期共振等非線性共振，從而導致隔振器性能迅速惡化，顯然其應用場合受到了極大的制約。因此，如何實現隔振器的超低固有頻率，并確保隔振器在工作點附近具有線性低剛度特性，消除隔振器性能對振幅的依賴性，同時要考慮便于加工和制造，這在隔振器的設計中顯得至關重要。

發明內容

本發明為解決上述缺陷，提供一種超低頻隔振器。該隔振器結構緊湊、制造簡單、成本低，采用正負剛度并聯的原理，具有極低的固有頻率，能顯著擴展減振帶寬，提升隔振性能，尤其是在對低頻和超低頻振動也有良好的抑制效果，同時可以保證在不同振源振幅情況下的隔振性能的穩定性。同時，本發明提供的隔振器能夠根據隔振負載進行工作點調整，防止負載變化帶來的隔振器性能的退化。

本發明所要解決的問題通過以下技術方案來實現：