[发明专利]基于气缸调节的气-固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器

说明书

技术领域

本发明属于超精密测量及加工领域，特别涉及一种基于气缸调节的气-固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器。 

背景技术

性能优异的隔振装置是超精密测量及加工的关键技术之一。空气弹簧隔振器具有良好的超低频隔振性能、承载能力高、等效刚度较低、固有频率对载荷变化不敏感、系统容易实现、耗能低等优点，随着超精密测量及加工技术、纳米技术和超大规模集成电路制造技术的发展，空气弹簧隔振器得到了越来越广泛的应用。如光刻机承载所有曝光元件的测量框架的振动隔离。 

影响隔振性能的主要指标是隔振装置的固有频率和阻尼比，在阻尼的作用下，隔振系统典型的振动传递率如图1所示。由图1可见，在谐振区阻尼对振动有十分显著的抑制作用，在谐振区以外情况正好相反。因此，为了保证他隔振系统的隔振性能，必须根据实际情况合理设置系统阻尼。 

专利US20030006540A1“Self-aligning mechanism for pneumatic vibration isolators”采用单一阻尼孔的阻尼器，为隔振器提供空气节流阻尼，目前典型的空气弹簧隔振器均采用孔径大小固定的节流孔，利用空气节流阻尼为隔振器提供阻尼，如美国TMC、Newport和日本明立精机的空气弹簧隔振器产品。 

专利CN1670399“可调节刚度和阻尼的空气弹簧隔振器”提出利用多 个阻尼调节杆分别调节多个狭缝形轴向通孔的尺寸，以实现空气节流阻尼的调节。该发明的阻尼调节结构比较复杂，精度不易保证，另外多个阻尼调节杆分别工作，造成各组轴向通孔的尺寸不能保证一致。 

无论是采用孔径大小固定的阻尼孔还是尺寸可调的阻尼孔为空气弹簧隔振器提供阻尼，都存在一个明显的原理上的缺陷，既针对超低频、低速度、微位移的微小振动时阻尼孔基本不起作用，因为隔振器存在低速度和微位移的超低频振动时，节流孔两侧的压力差几乎为零，只有极小量的空气流过节流孔，产生的阻尼力几乎为零。 

综合考虑隔振器在垂直方向存在强振、微振和冲击载荷等情况，上述发明所描述的空气弹簧隔振器的阻尼环节存在明显缺点。 

发明内容

为了弥补现有空气弹簧隔振器的不足，本发明提出一种基于气缸调节的气-固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，以满足超精密测量加工及装配调试领域中超低频隔振的需要。针对正倒摆串联机构和现有空气弹簧隔振器的结构特点，本发明提出在外筒内部的节流孔下方安装斜面传动的节流孔面积调节装置，在内筒底部安装径向均布的气缸组，气缸活塞杆外接曲面型阻尼片，形成基于气缸调节的气-固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种基于气缸调节的气-固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其力学模型如图2所示。所述的空气弹簧隔振器在外筒内部配装内筒，空气弹簧气囊套装在内筒上端外部，外筒通过其上端凸台与空气弹簧气囊下端密封联接，内筒通过其上端固接的环形盖板与空气弹簧气囊上端密封联接，进气孔设置在外筒外壁上，呈圆周排列的一组节流孔设置在外筒内壁上，在外 筒下端密封配装圆形底板，支撑杆穿过环形盖板配装在内筒腔内，斜拉钢丝绳的上端与环形盖板固接，斜拉钢丝绳的下端与支撑杆下端固接，斜拉钢丝绳构成单摆机构，承重盘固装在支撑杆上端，钢弹簧安装在内筒底部，活塞与钢弹簧接触配合，柔性铰链的下端配装在活塞上端面上，柔性铰链的上端配装在支撑杆下端，柔性铰链、活塞和钢弹簧构成倒摆机构；径向均布的气缸组配装在内筒底部，曲面型阻尼片固装在气缸组外侧部，曲面型阻尼片与外筒内壁接触配合，气缸进气口I设置在外筒外壁上，且与进气孔位于同侧，气缸进气口II设置在外筒内侧底部中心处，气缸进气口III设置在气缸组下端中心处，供气软管依次将气缸进气口I、气缸进气口II和气缸进气口III连通；斜面传动的节流孔面积调节装置配装在外筒内壁上的节流孔下方，且与进气孔位于同侧，斜面传动的节流孔面积调节装置由挡圈、法兰、凸台轴座、凸台轴组成，挡圈可升降地套装在外筒内壁上，法兰固装在外筒内壁上，凸台轴座安装在法兰上，凸台轴通过螺纹配合配装在凸台轴座上，凸台轴的凸台部位与挡圈的斜面部位接触配合。 

本发明具有以下特点和良好效果： 

1.本发明提出在内筒底部安装径向均布的气缸组，气缸活塞杆外接曲面型阻尼片，利用库伦阻尼和曲面型阻尼片相对于外筒的往复运动，为隔振器提供阻尼，通过调节气缸的工作压力可以实现库伦阻尼的实时调节，在垂直方向存在强振、微振和冲击载荷的情况下提供最佳大小的阻尼，克服了单个或多个阻尼孔在低速度和微位移的超低频振动情况下无法提供合适大小的阻尼力的缺点。