專利名稱：多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械式隔振系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，振動控制問題日益顯得重要，為了減少振動在工程中的危害性，人們研究了各種減振方法，研制了各種振動控制裝置及減振材料。在超精密加工、微細加工、精密光學測量、慣導測試及生物醫(yī)學試驗等各種精密工程領(lǐng)域?qū)ν饨绛h(huán)境振動的要求越來越嚴格。目前，在這些精密工程領(lǐng)域常用的隔振系統(tǒng)是自60年代發(fā)展起來的空氣彈簧隔振技術(shù)，這是因為空氣彈簧具有較高承載能力的同時具有較低的剛度的優(yōu)點，其固有頻率一般為2～3Hz。但另一方面空氣彈簧制造成本高并且在運行時還需輔助氣源，使其機動性能降低；對高溫環(huán)境的適應(yīng)能力較差，應(yīng)用于潔凈室中會造成空氣污染。由于這些不足，使空氣彈簧的應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有隔振系統(tǒng)存在的固有頻率較高、機動性能低、適應(yīng)能力差的問題，本發(fā)明提供一種多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)。本發(fā)明由水平隔振裝置A、垂直隔振裝置B、水平設(shè)置的隔板C、位于隔板C上方水平設(shè)置的臺面板D組成，至少三個垂直隔振裝置B支撐在隔板C的下面，在隔板C的上面設(shè)有至少三個水平隔振裝置A，水平隔振裝置A支撐在臺面板D的下面。在使用時可根據(jù)需要將水平隔振裝置A和垂直隔振裝置B的位置互換。本發(fā)明隔振系統(tǒng)由兩級組成，如圖1所示，垂直隔振系統(tǒng)主要將振動的垂直分量和繞兩個水平軸線的角振動分量隔離，水平隔振系統(tǒng)主要將繞垂直軸線的角振動和沿兩個水平方向的線振動分量隔離掉。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)其垂直方向和水平方向的固有頻率皆＜0.5Hz，阻尼比＞0.1，可實現(xiàn)六自由度隔振；(2)固有頻率可根據(jù)需要方便地進行調(diào)節(jié)；(3)安裝方便，機動性能好，穩(wěn)定可靠，價格低廉；(4)不需要氣源，可應(yīng)用于潔凈室，不會污染環(huán)境；(5)不需要電能，可適用于野外作業(yè)；(6)可應(yīng)用于超精密加工、精密測量，生物技術(shù)、電生理及掃描隧道顯微鏡等各種需要精密隔振的領(lǐng)域；(7)可形成系列化產(chǎn)品。本發(fā)明為精密工程領(lǐng)域設(shè)計研制一套廉價、可靠、機動性能好、適應(yīng)能力強、隔振能力優(yōu)于空氣彈簧的超低頻多自由度隔振系統(tǒng)。其垂直方向和水平方向的固有頻率皆＜0.5Hz，阻尼比＞0.1。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖，圖2是垂直隔振裝置B的工作原理圖，圖3是垂直隔振裝置B的載荷曲線圖，圖4是垂直隔振裝置B的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是水平隔振裝置A的工作原理圖，圖6是圖5的俯視圖，圖7是水平隔振裝置A的主視圖，圖8是圖7的俯視圖。
具體實施例方式本實施方式由水平隔振裝置A、垂直隔振裝置B、水平設(shè)置的隔板C、位于隔板C上方水平設(shè)置的臺面板D組成，四個垂直隔振裝置B支撐在隔板C的下面，在隔板C的上面設(shè)有四個水平隔振裝置A，水平隔振裝置A支撐在臺面板D的下面。
參閱圖4，垂直隔振裝置B包含基板13、設(shè)置在基板13上方的彈簧6、設(shè)置在彈簧6上方與彈簧6彈力方向相垂直的彈簧片15、支承體16、垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)8、平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)4，支承體16設(shè)置在彈簧6的上端，彈簧6的下方設(shè)有平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)4，彈簧片15的中部固定在支承體16上，彈簧片15的左端固定在基板13上的立梁14上，彈簧片15的右端連有垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)8。共有兩個彈簧片15，并相互上下設(shè)置，垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)8由垂直固定在基板13上面的彈簧板17、設(shè)置在兩個彈簧片15之間并與立梁14螺紋連接的螺桿12、連接在彈簧板17上端的固定體18、彈性體11組成，固定體18和彈性體11自左向右依次套裝于螺桿12的右端，在彈性體11的右側(cè)還設(shè)有螺母12-1，彈簧片15的右端與固定體18相連接。通過螺母12和彈性體11可方便的調(diào)節(jié)垂直方向的剛度。在支承體16的上方固定有防滑隔聲阻尼橡膠10，防滑隔聲阻尼橡膠10支撐在隔板C的下方。在彈簧6的外面還套裝有阻尼裝置7。平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)4由設(shè)置在彈簧6下方的轉(zhuǎn)盤6-1、與轉(zhuǎn)盤6-1螺紋配合的螺桿6-2、垂直固定在基板13上面的導向桿5組成，轉(zhuǎn)盤6-1套裝于導向桿5上，螺桿6-2的下端設(shè)置在基板13上的通孔13-1內(nèi)。在基板13的下方還設(shè)有充細沙的支腿2和連接在支腿2下端的支座1，在支腿2與基板13之間設(shè)有阻尼墊層3，上述結(jié)構(gòu)可將來自地基的高頻振動隔離掉。垂直隔振系統(tǒng)原理如圖2所示，AC為一彈性壓桿，兩端通過一彈性元件施加軸向力P，在壓桿中點B處與一剛度為Ks的金屬彈簧并聯(lián)，M為承載質(zhì)量。處于平衡位置時，ABC處于水平位置。圖3中點劃線為金屬彈簧的載荷變形關(guān)系，當力P＞Plj(Plj為壓桿的臨界失穩(wěn)壓力)時，壓桿在平衡點處的載荷變形關(guān)系如cefd虛線所示，由于壓桿與彈簧在B點并聯(lián)，則總變形曲線如圖中實線OAB所示。使隔振系統(tǒng)在平衡點附近的載荷變形關(guān)系具有立方剛度漸硬特性(OAB)。使其在平衡點時的剛度趨向于0且大于0，從而使隔振系統(tǒng)具有很低的固有頻率，實現(xiàn)低頻隔振，同時具有較高的承載能力。
參閱圖7、圖8，水平隔振裝置A由中間體A9、x向隔振機構(gòu)A8和y向隔振機構(gòu)A7組成，x和y向隔振機構(gòu)分別由支承塊A1、相互平行設(shè)置的至少一對小彈簧片A2、外支承塊A4、螺桿A3、彈性塊A5、螺母A6組成，小彈簧片A2的兩端分別與支承塊A1和外支承塊A4相連接，螺桿A3的一端與支承塊A1相連接，螺桿A3的另一端穿過外支承塊A4，彈性塊A5位于外支承塊A4的外側(cè)，彈性塊A5及其壓板A5-1套裝于螺桿A3上，在螺桿A3的外端連有螺母A6；x向隔振機構(gòu)A8和y向隔振機構(gòu)A7的小彈簧片A2相互垂直設(shè)置，小彈簧片A2的中部固定在中間體A9上，在中間體A9上面設(shè)有與臺面板D相接觸的上防滑阻尼隔聲墊A14，在支承塊A1和外支承塊A4的下面設(shè)有與隔板C相接觸的下防滑阻尼隔聲墊A13。水平隔振系統(tǒng)利用壓桿在受到亞臨界軸向力時橫向剛度趨于0的原理來降低系統(tǒng)的固有頻率，從而達到低頻隔振的目的。圖4、圖5所示的復式片彈簧機構(gòu)，在力4P及8F作用下，則水平位移f為f=FL312ELy--(1)]]>則y向剛度為ky=12EIy(1-α)L3--(2)]]>式中EIy--單根片彈簧在y向的抗彎剛度；α＝P/Plj；Plj-一端固定一端可移動但不能轉(zhuǎn)動時壓桿的臨界力，Plj＝π2EI/l2。
當軸向力P趨向于Plj時，ky趨向于0，從而實現(xiàn)水平y(tǒng)方向超低頻隔振的目的。同理，在與此機構(gòu)垂直方向再嵌一套相同機構(gòu)即可實現(xiàn)x方向的超低頻隔振。與此同時，壓桿在z向的抗彎剛度EIz＞EIy＝EIx，在z向支撐重物。
權(quán)利要求
1.多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于它由水平隔振裝置(A)、垂直隔振裝置(B)、水平設(shè)置的隔板(C)、位于隔板(C)上方水平設(shè)置的臺面板(D)組成，至少三個垂直隔振裝置(B)支撐在隔板(C)的下面，在隔板(C)的上面設(shè)有至少三個水平隔振裝置(A)，水平隔振裝置(A)支撐在臺面板(D)的下面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于垂直隔振裝置(B)包含基板(13)、設(shè)置在基板(13)上方的彈簧(6)、設(shè)置在彈簧(6)上方與彈簧(6)彈力方向相垂直的彈簧片(15)、支承體(16)、垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(8)、平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)，支承體(16)設(shè)置在彈簧(6)的上端，彈簧(6)的下方設(shè)有平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)，彈簧片(15)的中部固定在支承體(16)上，彈簧片(15)的左端固定在基板(13)上的立梁(14)上，彈簧片(15)的右端連有垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于共有兩個彈簧片(15)，并相互上下設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于垂直剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(8)由垂直固定在基板(13)上面的彈簧板(17)、設(shè)置在兩個彈簧片(15)之間并與立梁(14)螺紋連接的螺桿(12)、連接在彈簧板(17)上端的固定體(18)、彈性體(11)組成，固定體(18)和彈性體(11)自左向右依次套裝于螺桿(12)的右端，在彈性體(11)的右側(cè)還設(shè)有螺母(12-1)，彈簧片(15)的右端與固定體(18)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于在支承體(16)的上方固定有防滑隔聲阻尼橡膠(10)，防滑隔聲阻尼橡膠(10)支撐在隔板(C)的下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于在彈簧(6)的外面還套裝有阻尼裝置(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于平衡點調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)由設(shè)置在彈簧(6)下方的轉(zhuǎn)盤(6-1)、與轉(zhuǎn)盤(6-1)螺紋配合的螺桿(6-2)、垂直固定在基板(13)上面的導向桿(5)組成，轉(zhuǎn)盤(6-1)套裝于導向桿(5)上，螺桿(6-2)的下端設(shè)置在基板(13)上的通孔(13-1)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于水平隔振裝置(A)由中間體(A9)、x向隔振機構(gòu)(A8)和y向隔振機構(gòu)(A7)組成，x和y向隔振機構(gòu)分別由支承塊(A1)、相互平行設(shè)置的至少一對小彈簧片(A2)、外支承塊(A4)、螺桿(A3)、彈性塊(A5)、螺母(6)組成，小彈簧片(A2)的兩端分別與支承塊(A1)和外支承塊(A4)相連接，螺桿(A3)的一端與支承塊(A1)相連接，螺桿(A3)的另一端穿過外支承塊(A4)，彈性塊(A5)位于外支承塊(A4)的外側(cè)，彈性塊(A5)及其壓板(A5-1)套裝于螺桿(A3)上，在螺桿(A3)的外端連有螺母(A6)；x向隔振機構(gòu)(A8)和y向隔振機構(gòu)(A7)的小彈簧片(A2)相互垂直設(shè)置，小彈簧片(A2)的中部固定在中間體(A9)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，其特征在于在中間體(A9)上面設(shè)有與臺面板(D)相接觸的上防滑阻尼隔聲墊(A14)，在支承塊(A1)和外支承塊(A4)的下面設(shè)有與隔板(C)相接觸的下防滑阻尼隔聲墊(A13)。
全文摘要
多自由度超低頻精密隔振系統(tǒng)，它涉及一種機械式隔振系統(tǒng)。它由水平隔振裝置(A)、垂直隔振裝置(B)、水平設(shè)置的隔板(C)、位于隔板(C)上方水平設(shè)置的臺面板(D)組成，至少三個垂直隔振裝置(B)支撐在隔板(C)的下面，在隔板(C)的上面設(shè)有至少三個水平隔振裝置(A)，水平隔振裝置(A)支撐在臺面板(D)的下面。它解決了現(xiàn)有隔振系統(tǒng)存在的固有頻率較高、機動性能低、適應(yīng)能力差的問題。本發(fā)明為精密工程領(lǐng)域設(shè)計研制一套廉價、可靠、機動性能好、適應(yīng)能力強、隔振能力優(yōu)于空氣彈簧的超低頻多自由度隔振系統(tǒng)。其垂直方向和水平方向的固有頻率皆＜0.5Hz，阻尼比＞0.1。
文檔編號F16F7/00GK1477319SQ0311160
公開日2004年2月25日 申請日期2003年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月1日
發(fā)明者董申, 李旦, 陳明君, 張建卓, 董 申 申請人:哈爾濱工業(yè)大學, 董申, 李旦, 陳明君, 張建卓