專利名稱：基于氣缸調(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，特別涉及一種基于氣缸調(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?？諝鈴椈筛粽衿骶哂辛己玫某皖l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(jī)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(biāo)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(jī)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(qiáng)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(bǔ)現(xiàn)有空氣彈簧隔振器的不足，本發(fā)明提出一種基于氣缸調(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(jī)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)流孔下方安裝斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置，在內(nèi)筒底部安裝徑向均布的氣缸組，氣缸活塞桿外接曲面型阻尼片，形成基于氣缸調(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
一種基于氣缸調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其力學(xué)模型如圖2 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(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)；徑向均布的氣缸組配裝在內(nèi)筒底部，曲面型阻尼片固裝在氣缸組外側(cè)部，曲面型阻尼片與外筒內(nèi)壁接觸配合，氣缸進(jìn)氣口 I設(shè)置在外筒外壁上，且與進(jìn)氣孔位于同側(cè)， 氣缸進(jìn)氣口 II設(shè)置在外筒內(nèi)側(cè)底部中心處，氣缸進(jìn)氣口 III設(shè)置在氣缸組下端中心處，供氣軟管依次將氣缸進(jìn)氣口 I、氣缸進(jìn)氣口 II和氣缸進(jìn)氣口 III連通；斜面?zhèn)鲃拥墓?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(jìn)氣孔位于同側(cè)，斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置由擋圈、法蘭、凸臺軸座、凸臺軸組成，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，凸臺軸座安裝在法蘭上，凸臺軸通過螺紋配合配裝在凸臺軸座上，凸臺軸的凸臺部位與擋圈的斜面部位接觸配合。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)筒底部安裝徑向均布的氣缸組，氣缸活塞桿外接曲面型阻尼片，利用庫倫阻尼和曲面型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)氣缸的工作壓力可以實現(xiàn)庫倫阻尼的實時調(diào)節(jié)，在垂直方向存在強(qiáng)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。曲面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(dāng)來自環(huán)境的垂直振動傳遞到內(nèi)筒，引起氣缸組上的曲面形阻尼片垂直振動，曲面形阻尼片與外筒內(nèi)壁發(fā)生摩擦，為空氣彈簧隔振器提供庫倫阻尼，采用多個氣缸的氣缸組結(jié)構(gòu)有利于在有限空間內(nèi)增大曲面形阻尼片與外筒內(nèi)壁的接觸面積，從而保證在低速度和微位移的情況下仍然能夠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(qiáng)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.由于氣缸組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(jī)構(gòu)的水平剛度串聯(lián)，致使氣缸組和空氣彈簧的水平總剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正倒擺串聯(lián)機(jī)構(gòu)的水平剛度，因此，空氣彈簧隔振器等效水平剛度進(jìn)一步接近正倒擺串聯(lián)機(jī)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，另外氣缸組在垂直方向上對空氣彈簧隔振器的內(nèi)筒起到了導(dǎo)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)流孔下方安裝斜面?zhèn)鲃拥墓?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(jī)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為基于氣缸調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器的力學(xué)模型示意圖；圖3為基于氣缸調(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為基于氣缸調(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為斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置的3D剖面示意圖；圖6為氣缸組的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.斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置；Ila. 擋圈；lib.法蘭；11c.凸臺軸座；lid.凸臺軸；12.鋼彈簧；13.進(jìn)氣口 ；14.圓形底板； 15.氣缸進(jìn)氣口 I ；15a.氣缸進(jìn)氣口 II ； 15b.氣缸進(jìn)氣口 III ；16.氣缸組；17.曲面形阻尼片。
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(jìn)行詳細(xì)說明，如圖3、圖4、圖5和圖6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(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)；徑向均布的氣缸組16配裝在內(nèi)筒6底部，曲面型阻尼片17固裝在氣缸組16外側(cè)部，曲面型阻尼片17與外筒內(nèi)壁接觸配合，氣缸進(jìn)氣口 I 15設(shè)置在外筒7外壁上，且與進(jìn)氣孔13位于同側(cè)，氣缸進(jìn)氣口 II 1 設(shè)置在外筒內(nèi)側(cè)底部中心處，氣缸進(jìn)氣口 1111 設(shè)置在氣缸組16下端中心處，供氣軟管依次將氣缸進(jìn)氣口 I 15、氣缸進(jìn)氣口 II 1 和氣缸進(jìn)氣口 1111 連通；斜面?zhèn)鲃拥墓?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(jìn)氣孔13位于同側(cè)，斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置11由擋圈11a、法蘭lib、凸臺軸座11c、凸臺軸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，凸臺軸座Ilc安裝在法蘭lib上，凸臺軸Ild通過螺紋配合配裝在凸臺軸座Ilc 上，凸臺軸Ild的凸臺部位與擋圈Ila的斜面部位接觸配合。所述的徑向均布的氣缸組16的氣缸個數(shù)是2個至50個。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(jī)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、氣缸組16、內(nèi)筒6、正倒擺串聯(lián)機(jī)構(gòu)(斜拉鋼絲繩4、柔性鉸鏈8、活塞9和鋼彈簧12組成)和支撐桿3，作用于承重盤1上，除了正倒擺串聯(lián)機(jī)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和曲面形阻尼片17對水平振動不起阻尼作用；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的作用，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(jìn)出， 為垂直振動提供空氣節(jié)流阻尼，曲面形阻尼片17隨著內(nèi)筒6相對于外筒7發(fā)生往復(fù)運動， 與外筒7的內(nèi)壁發(fā)生摩擦，為垂直振動提供庫倫阻尼。
權(quán)利要求
1.一種基于氣缸調(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(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(jìn)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( 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( 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(jī)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(jī)構(gòu)，所述空氣彈簧隔振器的特征在于徑向均布的氣缸組(16)配裝在內(nèi)筒(6)底部，曲面型阻尼片(17)固裝在氣缸組(16)外側(cè)部，曲面型阻尼片(17)與外筒內(nèi)壁接觸配合，氣缸進(jìn)氣口 I (巧)設(shè)置在外筒(7)外壁上，且與進(jìn)氣孔(1 位于同側(cè)，氣缸進(jìn)氣口 II (15a)設(shè)置在外筒內(nèi)側(cè)底部中心處，氣缸進(jìn)氣口III (15b)設(shè)置在氣缸組 (16)下端中心處，供氣軟管依次將氣缸進(jìn)氣口 I (15)、氣缸進(jìn)氣口 II (15a)和氣缸進(jìn)氣口 III (15b)連通；斜面?zhèn)鲃拥墓?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(jìn)氣孔(1 位于同側(cè)，斜面?zhèn)鲃拥墓?jié)流孔面積調(diào)節(jié)裝置(11)由擋圈(11a)、法蘭 (lib)、凸臺軸座(He)、凸臺軸(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，凸臺軸座(Ilc)安裝在法蘭(lib)上，凸臺軸(Ild)通過螺紋配合配裝在凸臺軸座(Ilc)上，凸臺軸(Ild)的凸臺部位與擋圈(Ila)的斜面部位接觸配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(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氣缸組(16)的氣缸個數(shù)是2個至50個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(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的根數(shù)是3根至50根，且均布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(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與鉛垂線夾角的范圍為0°至30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(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(jī)芯鋼絲繩、纖維芯鋼絲繩、石棉芯鋼絲繩、鋼絲芯鋼絲繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其特征在于所述的節(jié)流孔(10)的孔數(shù)是2個至100個，且呈圓周均布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣缸調(diào)節(jié)的氣-固阻尼耦合作用的空氣彈簧隔振器，其特征在于所述的鋼彈簧(1 可以是螺旋彈簧、圓錐彈簧、蝶形彈簧或橡膠彈簧。
全文摘要
基于氣缸調(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。所述隔振器的徑向均布的氣缸組配裝在內(nèi)筒底部，曲面型阻尼片固裝在氣缸組外側(cè)部，曲面型阻尼片與外筒內(nèi)壁接觸配合，斜面?zhèn)鲃拥墓?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(qiáng)振和沖擊載荷時能提供最佳大小的阻尼；利用庫倫阻尼和曲面型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)氣缸的工作壓力可以實現(xiàn)庫倫阻尼的實時調(diào)節(jié)，在垂直方向存在強(qiáng)振、微振和沖擊載荷時能提供最佳大小的阻尼。
文檔編號F16F9/32GK102330767SQ201010564358
公開日2012年1月25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(xué)