一種可應(yīng)用于超高真空系統(tǒng)的局部承載式主動(dòng)隔振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隔振裝置，尤其是涉及一種主動(dòng)隔振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]意大利ALTA公司擁有一套采用了主動(dòng)隔振系統(tǒng)的超高真空設(shè)備，用于測量電推力器產(chǎn)生的微小推力。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)采用市場上成熟的主動(dòng)隔振支架直接支撐起整個(gè)真空腔體，真空腔體與主動(dòng)隔振支架間以及真空腔體內(nèi)部的設(shè)備安裝平臺(tái)與真空腔體之間均采用剛性連接。
[0003]該系統(tǒng)由于采用了主動(dòng)隔振支架，因此能夠有效地隔離來自地面的外界振動(dòng)，如設(shè)備周圍人員走動(dòng)、附近街道車輛甚至地下軌道交通所產(chǎn)生的振動(dòng)，隔振效率超過90%。
[0004]但是該系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):
[0005](1)隔振效果有限。雖然該系統(tǒng)能夠有效隔離來自地面的外界振動(dòng)，但是無法隔離真空腔體上真空栗所產(chǎn)生的振動(dòng)。由于超高真空系統(tǒng)最常用的渦輪分子栗和低溫栗在正常工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生較明顯的振動(dòng)，上述兩種真空栗又是直接剛性連接到真空腔體上，這就導(dǎo)致真空栗體產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)沿著真空腔體壁暢通無阻地傳遞到腔體內(nèi)放置精密設(shè)備的平臺(tái)上，導(dǎo)致精密設(shè)備無法正常工作。
[0006](2)應(yīng)用范圍窄。超高真空系統(tǒng)所使用的真空栗都必須直接剛性連接到真空腔體上，常用的種類包括渦輪分子栗、低溫栗、濺射離子栗和鈦升華栗。前兩種真空栗都存在活動(dòng)部件，在正常工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生明顯振動(dòng)，但是可承受較大的氣體負(fù)載；后兩種栗不存在活動(dòng)部件，工作時(shí)完全不產(chǎn)生振動(dòng)，但是所能處理的氣體負(fù)載量小。由于無法隔離真空栗的振動(dòng)對系統(tǒng)的影響，意大利ALTA公司無法采用前兩種氣體負(fù)載能力強(qiáng)的超高真空栗，而只能使用后兩種氣體負(fù)載能力較弱的超高真空栗，導(dǎo)致該系統(tǒng)只能應(yīng)用于供氣量極小甚至完全不需供氣的電推力器，推力范圍僅能覆蓋μ Ν量級(jí)，不能應(yīng)用于主流的霍爾推力器、離子推力器等供氣量大的mN量級(jí)電推力器。
[0007](3)真空腔體重量及外形尺寸受限。由于意大利ALTA公司的主動(dòng)隔振方法是將整個(gè)真空腔體放置在四個(gè)主動(dòng)隔振支架上，因此真空腔體的總重量就受到主動(dòng)隔振支架承載能力的限制，導(dǎo)致真空腔體外形尺寸受限。目前市場上應(yīng)用于精密測量領(lǐng)域的主動(dòng)隔振支架承重能力一般是2t左右，四個(gè)主動(dòng)隔振支架的最大額定承重是4t，以保證在四個(gè)主動(dòng)隔振支架承載不均時(shí)，主動(dòng)隔振支架可以承受。而目前主流的電推力器一般都需要在直徑2m-6m、長度5m_10m的大型真空腔體內(nèi)才能正常工作，這種規(guī)模的真空腔體重量大于6t，是主動(dòng)隔振支架完全無法承載的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種承載能力強(qiáng)，能夠同時(shí)隔離來自于地面和真空栗振動(dòng)的主動(dòng)隔振裝置。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于超高真空系統(tǒng)的局部承載式主動(dòng)隔振裝置，其特征在于:包括真空腔體、剛性基準(zhǔn)平臺(tái)、支撐柱、柔性連接段、主動(dòng)隔振支架；真空腔體放置于地面上，真空腔體上設(shè)有豎直朝下的腔體法蘭接口，主動(dòng)隔振支架放置于地面上，剛性基準(zhǔn)平臺(tái)位于真空腔體內(nèi)部；柔性連接段包括波紋管及其兩端的第一法蘭和第二法蘭，主動(dòng)隔振支架頂部設(shè)有第三法蘭，波紋管的兩端分別通過第一法蘭和第二法蘭與法蘭接口和第三法蘭固定密封連接；支撐柱穿過波紋管，一端支撐在剛性基準(zhǔn)平臺(tái)底部，另一端限位在第三法蘭上，支撐柱的數(shù)量與法蘭接口的數(shù)量一致；所述的波紋管在第三法蘭的自重或者與第三法蘭固定連接的配重的作用下，處于拉伸狀態(tài)。
[0010]所述配重包括配重懸架和配重件，配重懸架包括:連接梁、負(fù)重梁和懸架；連接梁固定連接到第三法蘭上，負(fù)重梁兩端分別固定連接到連接梁上，與連接梁水平方向上垂直，懸架的豎直桿上端與負(fù)重梁固定連接，懸架下部有承載所述配重件的承載平臺(tái)。
[0011]所述第三法蘭、剛性基準(zhǔn)平臺(tái)與支撐柱的總重量，或所述第三法蘭、配重、剛性基準(zhǔn)平臺(tái)與支撐柱的總重量不小于W，ff = nil APd2/4g，其中，d為真空腔體法蘭接口的公稱通徑，ΔΡ為真空腔體內(nèi)外氣壓差，g為重力加速度，η為法蘭接口的數(shù)量。
[0012]所述波紋管為焊接式波紋管或液壓式波紋管。
[0013]所述第一法蘭或者第二法蘭為活套法蘭。
[0014]所述剛性基準(zhǔn)平臺(tái)為光學(xué)平臺(tái)。
[0015]所述懸架的豎直桿上端和負(fù)重梁通過銷固定連接，銷的兩端通過限位裝置限位。
[0016]所述波紋管、剛性基準(zhǔn)平臺(tái)、支撐柱、法蘭接口、第一法蘭、第二法蘭或第三法蘭的材料為不銹鋼或者無氧銅材料。
[0017]所述的法蘭接口與第一法蘭，第二法蘭與第三法蘭的連接處分別有第一密封件和第二密封件；所述的法蘭接口、第一法蘭、第二法蘭和第三法蘭為刀口型法蘭或非刀口法蘭型法蘭，所述第一密封件和第二密封件為無氧銅圈或0型圈。
[0018]所述第三法蘭處于同一水平面內(nèi)。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020](1)對真空腔體的外形尺寸和重量沒有限制。由于本發(fā)明中的真空腔體直接放置在地面上，主動(dòng)隔振支架不需要承載整套真空系統(tǒng)的重量，只用于承載主動(dòng)隔振裝置的重量，屬于局部承載式。這種局部承載式主動(dòng)隔振裝置對于真空腔體的外形尺寸和重量沒有限制。
[0021](2)能夠有效隔離來自于真空腔體上真空栗的振動(dòng)。本發(fā)明充分利用了波紋管管壁薄、彈性好、伸縮量大等特點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)真空密封，又將主動(dòng)隔振支架產(chǎn)生的位置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償作用有效傳遞給真空腔體內(nèi)的精密設(shè)備。而且柔軟的波紋管能夠利用自身的彈性形變，將真空栗產(chǎn)生的振動(dòng)位移平均分散到每一節(jié)波紋上，從而大幅削弱傳遞到另一端的振幅，因此來自于真空栗的振動(dòng)的傳輸路徑受阻，從而實(shí)現(xiàn)了剛性基準(zhǔn)平臺(tái)之上的精密測量設(shè)備與真空腔體的隔離。
[0022](3)對真空栗的選型沒有限制。由于本發(fā)明能夠有效阻斷真空栗產(chǎn)生的振動(dòng)向剛性基準(zhǔn)平臺(tái)傳播的路徑，因此在設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)時(shí)可以不必考慮真空栗對剛性基準(zhǔn)平臺(tái)之上的精密測量設(shè)備的振動(dòng)干擾。渦輪分子栗、低溫栗這些會(huì)產(chǎn)生明顯振動(dòng)的超高真空栗都可以正常使用。相比于無振動(dòng)的濺射離子栗和鈦升華栗，渦輪分子栗和低溫栗能夠承受更大的氣體負(fù)載，因此本發(fā)明的應(yīng)用范圍更為廣闊，可以覆蓋推力從μΝ量級(jí)到mN量級(jí)的所有種類電推力器。
[0023](4)可應(yīng)用于超高真空腔體。本發(fā)明所使用的全部零、部件中，只有剛性基準(zhǔn)平臺(tái)、支撐柱、法蘭接口、密封件、第一法蘭、波紋管、第二法蘭和第三法蘭會(huì)局部或整體處于真空環(huán)境之中。上述這些零、部件均可以選用真空兼容性極佳的不銹鋼或者無氧銅材料制造，因此本發(fā)明完全適用于本底氣壓低于1X10 5Pa的超高真空腔體。
【附圖說明】
[0024]圖1為意大利ALTA公司主動(dòng)隔振系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖2為主動(dòng)隔振裝置三維視圖；
[0026]圖3為主動(dòng)隔振裝置簡化了真空腔體后的三維視圖；
[0027]圖4為主動(dòng)隔振裝置爆炸視圖；
[0028]圖5為柔性連接段結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為主動(dòng)隔振支架頂部的法蘭結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為剖視圖；
[0030]圖7為配重懸架和配重件整體結(jié)構(gòu)三維示意圖；
[0031]圖8為主動(dòng)隔振支架穩(wěn)定區(qū)及準(zhǔn)穩(wěn)定區(qū)概念示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的用于真空系統(tǒng)的主動(dòng)隔振裝置包括真空腔體103、剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101、支撐柱102、柔性連接段201、主動(dòng)隔振支架119和配重。本實(shí)施例中，剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101優(yōu)選為光學(xué)平臺(tái)，也可以是其他剛性大，變形小的平臺(tái)，如厚不銹鋼板。光學(xué)平臺(tái)具有剛度大、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，一般的光學(xué)平臺(tái)在生產(chǎn)過程中使用了大量真空兼容性較差的材料，比如環(huán)氧樹脂、防銹油脂等。而超高真空系統(tǒng)中必須嚴(yán)格禁止出現(xiàn)真空兼容性差的材料，因此需要特殊定制光學(xué)平臺(tái)，并對其中使用的粘接材料的耐溫性能以及揮發(fā)性物質(zhì)成分提出較為嚴(yán)格的要求。真空腔體103放置于地面上，真空腔體103上設(shè)有四個(gè)豎直朝下的腔體法蘭接口 105，法蘭接口 105呈矩形分布，可以是刀口法蘭型，也可以是非刀口法蘭型。主動(dòng)隔振支架119放置于地面上，剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101在真空腔體103內(nèi)。當(dāng)需要承載的剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101面積或重量更大時(shí)，法蘭接口 105可以大于4個(gè)。
[0033]如圖5，柔性連接段201由兩端的第一法蘭107、第二法蘭109和波紋管108焊接而成，主動(dòng)隔振支架119頂部與第三法蘭115固定連接。波紋管108的一端通過第一法蘭107與法蘭接口 105固定連接，波紋管108的另一端通過第二法蘭109和第三法蘭115固定連接；第一法蘭107或者第二法蘭109為活套法蘭。
[0034]本實(shí)施例中，波紋管108優(yōu)選為焊接式波紋管，也可以為液壓式波紋管。第一法蘭107為固定法蘭，第二法蘭109為活套法蘭。活套法蘭用于修正各法蘭螺栓孔周向位置不一致造成的偏差。在安裝螺栓螺母118前，通過調(diào)節(jié)活套法蘭109的角度，使得四個(gè)第三法蘭115的螺栓孔與活套法蘭109的螺栓孔相互對正，且密封法蘭115的短棱邊與真空腔體103的軸線平行。然后安裝并擰緊螺栓螺母118，使得第二法蘭109與第三法蘭115之間的密封件110被壓緊，從而實(shí)現(xiàn)真空密封。安裝過程中及安裝后，應(yīng)注意保護(hù)波紋管108，避免其因過度拉伸而損壞。
[0035]四根支撐柱102分別伸入波紋管108放置于四個(gè)第三法蘭115的中心位置，第三法蘭115中心位置有與支撐柱102外徑相匹配的下凹臺(tái)階面，用來對支撐柱102進(jìn)行限位，防止其與法蘭接口 105的管道側(cè)壁接觸，支撐柱102的數(shù)量與法蘭接口 105數(shù)量一致。剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101放置于四根支撐柱102頂部。波紋管108在第三法蘭115的自重或者與第三法蘭115固定連接的配重的作用下，處于拉伸狀態(tài)。
[0036]柔性連接段的作用有以下三個(gè)方面:
[0037](1)實(shí)現(xiàn)真空密封，將主動(dòng)隔振支架119隔離在真空環(huán)境之外；
[0038](2)隔離來自真空栗的低頻振動(dòng)。柔性連接段中的波紋管108的良好彈性能夠阻止真空栗產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞給剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101 ;波紋管108管壁薄、彈性好、伸縮量大，能夠利用自身的彈性形變，將真空栗產(chǎn)生的振動(dòng)位移平均分散到每一節(jié)波紋上，從而大幅削弱傳遞到另一端的振幅，因此來自于真空栗的振動(dòng)的傳輸路徑受阻，從而實(shí)現(xiàn)了剛性基準(zhǔn)平臺(tái)101之上的精密測量設(shè)備與真空腔體103的隔離。
[0039](3)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)隔振支架119與真空腔體103的柔性連接。柔性連接能夠確保主動(dòng)隔振支架119產(chǎn)