專利名稱：基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超精密測量及加工領(lǐng)域，特別涉及一種基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦 合作用的空氣彈簧隔振器。
背景技術(shù)：
性能優(yōu)異的隔振裝置是超精密測量及加工的關(guān)鍵技術(shù)之一?？諝鈴椈筛粽衿骶哂?良好的超低頻隔振性能、承載能力高、等效剛度較低、固有頻率對載荷變化不敏感、系統(tǒng)容 易實現(xiàn)、耗能低等優(yōu)點，隨著超精密測量及加工技術(shù)、納米技術(shù)和超大規(guī)模集成電路制造技 術(shù)的發(fā)展，空氣彈簧隔振器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如光刻機承載所有曝光元件的測量 框架的振動隔離。影響隔振性能的主要指標是隔振裝置的固有頻率和阻尼比，在阻尼的作用下，隔 振系統(tǒng)典型的振動傳遞率如圖1所示。由圖1可見，在諧振區(qū)阻尼對振動有十分顯著的抑 制作用，在諧振區(qū)以外情況正好相反。因此，為了保證他隔振系統(tǒng)的隔振性能，必須根據(jù)實 際情況合理設(shè)置系統(tǒng)阻尼。專利 US20030006540A1 "Self-aligning mechanism for pneumatic vibration isolators”采用單一阻尼孔的阻尼器，為隔振器提供空氣節(jié)流阻尼，目前典型的空氣彈簧 隔振器均采用孔徑大小固定的節(jié)流孔，利用空氣節(jié)流阻尼為隔振器提供阻尼，如美國TMC、 Newport和日本明立精機的空氣彈簧隔振器產(chǎn)品。專利CN1670399 “可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的空氣彈簧隔振器”提出利用多個阻尼調(diào)節(jié) 桿分別調(diào)節(jié)多個狹縫形軸向通孔的尺寸，以實現(xiàn)空氣節(jié)流阻尼的調(diào)節(jié)。該發(fā)明的阻尼調(diào)節(jié) 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度不易保證，另外多個阻尼調(diào)節(jié)桿分別工作，造成各組軸向通孔的尺寸不 能保證一致。無論是采用孔徑大小固定的阻尼孔還是尺寸可調(diào)的阻尼孔為空氣彈簧隔振器提 供阻尼，都存在一個明顯的原理上的缺陷，既針對超低頻、低速度、微位移的微小振動時阻 尼孔基本不起作用，因為隔振器存在低速度和微位移的超低頻振動時，節(jié)流孔兩側(cè)的壓力 差幾乎為零，只有極小量的空氣流過節(jié)流孔，產(chǎn)生的阻尼力幾乎為零。綜合考慮隔振器在垂直方向存在強振、微振和沖擊載荷等情況，上述發(fā)明所描述 的空氣彈簧隔振器的阻尼環(huán)節(jié)存在明顯缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有空氣彈簧隔振器的不足，本發(fā)明提出一種基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻 尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，以滿足超精密測量加工及裝配調(diào)試領(lǐng)域中超低頻隔振的需 要。針對正倒擺串聯(lián)機構(gòu)和現(xiàn)有空氣彈簧隔振器的結(jié)構(gòu)特點，本發(fā)明提出在外筒內(nèi)部的節(jié) 流孔下方安裝凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置，在內(nèi)筒底部安裝呈圓周排列的條形阻尼片，在外筒底部安裝徑向均布的滑塊，在外筒底部另一面安裝渦輪蝸桿裝置，形成基于滑塊 調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其力學模型如圖1 所示。所述的空氣彈簧隔振器在外筒內(nèi)部配裝內(nèi)筒，空氣彈簧氣囊套裝在內(nèi)筒上端外部，外 筒通過其上端凸臺與空氣彈簧氣囊下端密封聯(lián)接，內(nèi)筒通過其上端固接的環(huán)形蓋板與空氣 彈簧氣囊上端密封聯(lián)接，進氣孔設(shè)置在外筒外壁上，呈圓周排列的一組節(jié)流孔設(shè)置在外筒 內(nèi)壁上，在外筒下端密封配裝圓形底板，支撐桿穿過環(huán)形蓋板配裝在內(nèi)筒腔內(nèi)，斜拉鋼絲繩 的上端與環(huán)形蓋板固接，斜拉鋼絲繩的下端與支撐桿下端固接，斜拉鋼絲繩構(gòu)成單擺機構(gòu)， 承重盤固裝在支撐桿上端，鋼彈簧安裝在內(nèi)筒底部，活塞與鋼彈簧接觸配合，柔性鉸鏈的下 端配裝在活塞上端面上，柔性鉸鏈的上端配裝在支撐桿下端，柔性鉸鏈、活塞和鋼彈簧構(gòu)成 倒擺機構(gòu)；呈圓周排列的條形阻尼片配裝在內(nèi)筒底部，呈徑向均布的滑塊組配裝在外筒內(nèi) 側(cè)底部上端面上，由蝸輪軸、蝸輪軸座、錐形凸臺蝸桿組成的蝸輪蝸桿裝置配裝在外筒內(nèi)側(cè) 底部下端面上，且與進氣孔位于同側(cè)，滑塊組外側(cè)部與條形阻尼片接觸配合，滑塊組內(nèi)側(cè)部 與錐形凸臺蝸桿接觸配合，蝸輪軸可轉(zhuǎn)動地配裝在蝸輪軸座上，錐形凸臺蝸桿可升降地配 裝在外筒內(nèi)側(cè)底部中心處，其下端與蝸輪軸接觸配合；凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置配 裝在外筒內(nèi)壁上的節(jié)流孔下方，且與進氣孔位于同側(cè)，凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置由 擋圈、法蘭、凸輪軸座、凸輪軸組成，擋圈可升降地套裝在外筒內(nèi)壁上，法蘭固裝在外筒內(nèi)壁 上，凸輪軸座安裝在法蘭上，凸輪軸可轉(zhuǎn)動地配裝在凸輪軸座上，凸輪軸的凸輪與擋圈接 觸配合。本發(fā)明具有以下特點和良好效果1.本發(fā)明提出在內(nèi)筒底部安裝呈圓周排列的條形阻尼片，在外筒底部安裝徑向均 布的滑塊，在外筒底部安裝渦輪蝸桿裝置，利用庫倫阻尼和條形阻尼片相對于外筒的往復(fù) 運動，為隔振器提供阻尼，通過渦輪蝸桿裝置驅(qū)動徑向滑塊，可以實現(xiàn)庫倫阻尼的調(diào)節(jié)，在 垂直方向存在強振、微振和沖擊載荷的情況下提供最佳大小的阻尼，克服了單個或多個阻 尼孔在低速度和微位移的超低頻振動情況下無法提供合適大小的阻尼力的缺點。條形阻尼片輸出的庫倫阻尼力fd取決于以下因素，如下式所示。fd = μ N式中μ為動態(tài)摩擦系數(shù)，與接觸面積和相對速度正相關(guān)；N為法向壓力。當來自環(huán)境的垂直振動傳遞到內(nèi)筒，引起條形阻尼片垂直振動，條形阻尼片與滑 塊發(fā)生摩擦，為空氣彈簧隔振器提供庫倫阻尼，采用多個條形阻尼片有利于在有限空間內(nèi) 增大條形阻尼片與滑塊的接觸面積，從而保證在低速度和微位移的情況下輸出足夠大的阻 尼力。2.利用空氣節(jié)流阻尼和節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置，合理調(diào)節(jié)節(jié)流孔總面積的大小，在 垂直方向存在強振和沖擊載荷的情況下提供最佳大小的阻尼，節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置可以大 小一致地同時調(diào)節(jié)所有節(jié)流孔的尺寸，克服了現(xiàn)有專利阻尼調(diào)節(jié)裝置分別調(diào)節(jié)，以至于調(diào) 節(jié)不一致的缺點。3.由于條形阻尼片在水平方向的剛度與空氣彈簧的水平剛度并聯(lián)而與正倒擺串 聯(lián)機構(gòu)的水平剛度串聯(lián)，致使條形阻尼片和空氣彈簧的水平總剛度遠遠大于正倒擺串聯(lián)機構(gòu)的水平剛度，因此，空氣彈簧隔振器等效水平剛度進一步接近正倒擺串聯(lián)機構(gòu)的水平剛 度，在一定程度上小幅提升了隔振器水平方向的隔振性能，另外條形阻尼片在垂直方向上 對空氣彈簧隔振器的內(nèi)筒起到了導向作用。4.本發(fā)明提出呈圓周排列的一組節(jié)流孔設(shè)置在外筒內(nèi)壁上，在外筒內(nèi)部的節(jié)流孔 下方安裝凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置，這種阻尼孔設(shè)置方式充分考慮了基于正倒擺串 聯(lián)機構(gòu)的空氣彈簧隔振器的結(jié)構(gòu)特點，使得整個隔振器結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。


圖1為隔振系統(tǒng)典型的振動傳遞率曲線圖；圖2為基于滑塊調(diào)節(jié)的氣_固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器的力學模型示意 圖；圖3為基于滑塊調(diào)節(jié)的氣_固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器的剖面示意圖；圖4為基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器的3D剖面示意圖；圖5為凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置的3D剖面示意圖；圖6為條形阻尼片的3D剖面示意圖7為渦輪蝸桿裝置驅(qū)動徑向滑塊的3D剖面示意圖。圖中1.承重盤；2.環(huán)形蓋板；3.支撐桿；4.斜拉鋼絲繩；5.空氣彈簧氣囊；6.內(nèi) 筒；7.外筒；8.柔性鉸鏈；9.活塞；10.節(jié)流孔；11.凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置；Ila. 擋圈；lib.法蘭；11c.凸輪軸座；lid.凸輪軸；12.鋼彈簧；13.進氣口 ；14.圓形底板； 15.蝸輪蝸桿裝置；15a.蝸輪軸；15b.蝸輪軸座；15c.錐形凸臺蝸桿；16.滑塊組；17.條形 阻尼片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明，如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7 所示，顯示了本發(fā)明所述的空氣彈簧隔振器的一個實施例。所述空氣彈簧隔振器在外筒7內(nèi)部配裝內(nèi)筒6，空氣彈簧氣囊5套裝在內(nèi)筒6上端 外部，外筒7通過其上端凸臺與空氣彈簧氣囊5下端密封聯(lián)接，內(nèi)筒6通過其上端固接的環(huán) 形蓋板2與空氣彈簧氣囊5上端密封聯(lián)接，進氣孔13設(shè)置在外筒7外壁上，呈圓周排列的 一組節(jié)流孔10設(shè)置在外筒7內(nèi)壁上，在外筒7下端密封配裝圓形底板14，支撐桿3穿過環(huán) 形蓋板2配裝在內(nèi)筒6腔內(nèi)，斜拉鋼絲繩4的上端與環(huán)形蓋板2固接，斜拉鋼絲繩4的下端 與支撐桿3下端固接，斜拉鋼絲繩4構(gòu)成單擺機構(gòu)，承重盤1固裝在支撐桿3上端，鋼彈簧 12安裝在內(nèi)筒6底部，活塞9與鋼彈簧12接觸配合，柔性鉸鏈8的下端配裝在活塞9上端 面上，柔性鉸鏈8的上端配裝在支撐桿3下端，柔性鉸鏈8、活塞9和鋼彈簧12構(gòu)成倒擺機 構(gòu)；呈圓周排列的條形阻尼片17配裝在內(nèi)筒6底部，呈徑向均布的滑塊組16配裝在外筒7 內(nèi)側(cè)底部上端面上，由蝸輪軸15a、蝸輪軸座15b、錐形凸臺蝸桿15c組成的蝸輪蝸桿裝置15 配裝在外筒7內(nèi)側(cè)底部下端面上，且與進氣孔13位于同側(cè)，滑塊組16外側(cè)部與條形阻尼片 17接觸配合，滑塊組16內(nèi)側(cè)部與錐形凸臺蝸桿15c接觸配合，蝸輪軸15a可轉(zhuǎn)動地配裝在 蝸輪軸座15b上，錐形凸臺蝸桿15c可升降地配裝在外筒7內(nèi)側(cè)底部中心處，其下端與蝸輪 軸15a接觸配合；凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置11配裝在外筒7內(nèi)壁上的節(jié)流孔10下方，且與進氣孔13位于同側(cè)，凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置11由擋圈11a、法蘭lib、凸 輪軸座11c、凸輪軸Ild組成，擋圈Ila可升降地套裝在外筒7內(nèi)壁上，法蘭lib固裝在外筒 7內(nèi)壁上，凸輪軸座Ilc安裝在法蘭lib上，凸輪軸Ild可轉(zhuǎn)動地配裝在凸輪軸座Ilc上， 凸輪軸Ild的凸輪與擋圈Ila接觸配合。所述的條形阻尼片17的片數(shù)是2個至100個，且呈圓周均布。所述的徑向均布的滑塊組16由2個至100個滑塊組成，且呈圓周均布。所述的斜拉鋼絲繩4的根數(shù)是3根至50根，且均布。所述的斜拉鋼絲繩4與鉛垂線夾角的范圍為0°至30°。所述的斜拉鋼絲繩4是圓股、異型股或多股不扭轉(zhuǎn)的有機芯鋼絲繩、纖維芯鋼絲 繩、石棉芯鋼絲繩、鋼絲芯鋼絲繩。所述的節(jié)流孔10的孔數(shù)是2個至100個，且呈圓周均布。所述的鋼彈簧12可以是螺旋彈簧、圓錐彈簧、蝶形彈簧或橡膠彈簧。分析來自環(huán)境的振動，按照振動方向可以分為垂直振動和水平振動。水平振動先 后通過外筒7、空氣彈簧氣囊5、滑塊組16、條形阻尼片17、內(nèi)筒6、正倒擺串聯(lián)機構(gòu)(斜拉鋼 絲繩4、柔性鉸鏈8、活塞9和鋼彈簧12)和支撐桿3，作用于承重盤1上，除了正倒擺串聯(lián)機 構(gòu)，其他環(huán)節(jié)近似為剛性體，因此水平振動不能引起內(nèi)筒6相對于外筒7的運動，節(jié)流孔10 和條形阻尼片17對水平振動無阻尼作用；垂直振動先后通過外筒7、空氣彈簧氣囊5、內(nèi)筒 6、斜拉鋼絲繩4和支撐桿3，作用于承重盤1上，除了空氣彈簧氣囊5，其他環(huán)節(jié)近似為剛性 體，柔性鉸鏈8、活塞9和鋼彈簧12組成的倒擺在垂直方向上只起到輔助支撐作用，因此垂 直振動能夠引起內(nèi)筒6相對于外筒7的往復(fù)運動，內(nèi)外腔室的空氣通過節(jié)流孔10進出，為垂直振動提供空氣節(jié)流阻尼，條形阻尼片17隨著內(nèi)筒6相對于滑塊組16發(fā)生往復(fù)運動，與 滑塊組16的表面發(fā)生摩擦，為垂直振動提供庫倫阻尼。
權(quán)利要求
1.一種基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，在外筒(7)內(nèi)部配裝 內(nèi)筒(6)，空氣彈簧氣囊( 套裝在內(nèi)筒(6)上端外部，外筒(7)通過其上端凸臺與空氣彈 簧氣囊( 下端密封聯(lián)接，內(nèi)筒(6)通過其上端固接的環(huán)形蓋板( 與空氣彈簧氣囊(5) 上端密封聯(lián)接，進氣孔(13)設(shè)置在外筒(7)外壁上，呈圓周排列的一組節(jié)流孔(10)設(shè)置在 外筒(7)內(nèi)壁上，在外筒(7)下端密封配裝圓形底板(14)，支撐桿C3)穿過環(huán)形蓋板(2)配 裝在內(nèi)筒(6)腔內(nèi)，斜拉鋼絲繩(4)的上端與環(huán)形蓋板O)固接，斜拉鋼絲繩(4)的下端與 支撐桿(3)下端固接，斜拉鋼絲繩(4)構(gòu)成單擺機構(gòu)，承重盤(1)固裝在支撐桿(3)上端， 鋼彈簧(12)安裝在內(nèi)筒(6)底部，活塞(9)與鋼彈簧(12)接觸配合，柔性鉸鏈⑶的下端 配裝在活塞(9)上端面上，柔性鉸鏈(8)的上端配裝在支撐桿C3)下端，柔性鉸鏈(8)、活塞 (9)和鋼彈簧(12)構(gòu)成倒擺機構(gòu)，所述空氣彈簧隔振器的特征在于呈圓周排列的條形阻 尼片(17)配裝在內(nèi)筒(6)底部，呈徑向均布的滑塊組(16)配裝在外筒(7)內(nèi)側(cè)底部上端 面上，由蝸輪軸(1 )、蝸輪軸座(15b)、錐形凸臺蝸桿(15c)組成的蝸輪蝸桿裝置(15)配 裝在外筒(7)內(nèi)側(cè)底部下端面上，且與進氣孔(1 位于同側(cè)，滑塊組(16)外側(cè)部與條形阻 尼片(17)接觸配合，滑塊組(16)內(nèi)側(cè)部與錐形凸臺蝸桿(15c)接觸配合，蝸輪軸(15a)可 轉(zhuǎn)動地配裝在蝸輪軸座(15b)上，錐形凸臺蝸桿(15c)可升降地配裝在外筒(7)內(nèi)側(cè)底部 中心處，其下端與蝸輪軸(15a)接觸配合；凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置(11)配裝在外 筒(7)內(nèi)壁上的節(jié)流孔(10)下方，且與進氣孔(1 位于同側(cè)，凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié) 裝置(11)由擋圈(11a)、法蘭(lib)、凸輪軸座(lie)、凸輪軸(Ild)組成，擋圈(Ila)可升 降地套裝在外筒(7)內(nèi)壁上，法蘭(lib)固裝在外筒(7)內(nèi)壁上，凸輪軸座(Ilc)安裝在法 蘭(lib)上，凸輪軸(Ild)可轉(zhuǎn)動地配裝在凸輪軸座(Ilc)上，凸輪軸(Ild)的凸輪與擋圈 (Ila)接觸配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其 特征在于所述的條形阻尼片(17)的片數(shù)是2個至100個，且呈圓周均布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其 特征在于所述的徑向均布的滑塊組(16)由2個至100個滑塊組成，且呈圓周均布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其 特征在于所述的斜拉鋼絲繩(4)的根數(shù)是3根至50根，且均布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其 特征在于所述的斜拉鋼絲繩(4)與鉛垂線夾角的范圍為0°至30°
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其 特征在于所述的斜拉鋼絲繩(4)是圓股、異型股或多股不扭轉(zhuǎn)的有機芯鋼絲繩、纖維芯鋼 絲繩、石棉芯鋼絲繩、鋼絲芯鋼絲繩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣彈簧隔振器，其特征在于所述的節(jié)流孔(10)的孔數(shù)是 2個至100個，且呈圓周均布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣彈簧隔振器，其特征在于所述的鋼彈簧(12)可以是螺 旋彈簧、圓錐彈簧、蝶形彈簧或橡膠彈簧。
全文摘要
基于滑塊調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器屬于超精密測量及加工領(lǐng)域。所述隔振器的呈圓周排列的條形阻尼片配裝在內(nèi)筒底部，呈徑向均布的滑塊組配裝在外筒內(nèi)側(cè)底部上端面上，蝸輪蝸桿裝置配裝在外筒內(nèi)側(cè)底部下端面上，凸輪傳動的節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置配裝在外筒內(nèi)壁上的節(jié)流孔下方。利用空氣節(jié)流阻尼和節(jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置，合理調(diào)節(jié)節(jié)流孔總面積的大小，在垂直方向存在強振和沖擊載荷時提供最佳大小的阻尼；利用庫倫阻尼和條形阻尼片相對于外筒的往復(fù)運動，為隔振器提供阻尼，通過調(diào)節(jié)徑向滑塊的位置來改變庫倫阻尼的大小，在垂直方向存在強振、微振和沖擊載荷時提供最佳大小的阻尼。
文檔編號F16F9/50GK102146976SQ20101056430
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者夏超, 楊文國, 王雷, 譚久彬, 聞榮偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學