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1、10申请公布号CN102330767A43申请公布日20120125CN102330767ACN102330767A21申请号201010564358922申请日20101130F16F9/04200601F16F9/3220060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人谭久彬夏超王雷闻荣伟杨文国54发明名称基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器57摘要基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器属于超精密测量及加工领域。所述隔振器的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，斜面传动。
2、的节流孔面积调节装置配装在外筒内壁上的节流孔下方。利用空气节流阻尼和节流孔面积调节装置，合理调节节流孔总面积的大小，在垂直方向存在强振和冲击载荷时能提供最佳大小的阻尼；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、微振和冲击载荷时能提供最佳大小的阻尼。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页CN102330779A1/1页21一种基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，在外筒7内部配装内筒6，空气弹簧气囊5套装在内筒6上端外部，外筒7通过其上端。
3、凸台与空气弹簧气囊5下端密封联接，内筒6通过其上端固接的环形盖板2与空气弹簧气囊5上端密封联接，进气孔13设置在外筒7外壁上，呈圆周排列的一组节流孔10设置在外筒7内壁上，在外筒7下端密封配装圆形底板14，支撑杆3穿过环形盖板2配装在内筒6腔内，斜拉钢丝绳4的上端与环形盖板2固接，斜拉钢丝绳4的下端与支撑杆3下端固接，斜拉钢丝绳4构成单摆机构，承重盘1固装在支撑杆3上端，钢弹簧12安装在内筒6底部，活塞9与钢弹簧12接触配合，柔性铰链8的下端配装在活塞9上端面上，柔性铰链8的上端配装在支撑杆3下端，柔性铰链8、活塞9和钢弹簧12构成倒摆机构，所述空气弹簧隔振器的特征在于径向均布的气缸组16配装。
4、在内筒6底部，曲面型阻尼片17固装在气缸组16外侧部，曲面型阻尼片17与外筒内壁接触配合，气缸进气口15设置在外筒7外壁上，且与进气孔13位于同侧，气缸进气口15A设置在外筒内侧底部中心处，气缸进气口15B设置在气缸组16下端中心处，供气软管依次将气缸进气口15、气缸进气口15A和气缸进气口15B连通；斜面传动的节流孔面积调节装置11配装在外筒7内壁上的节流孔10下方，且与进气孔13位于同侧，斜面传动的节流孔面积调节装置11由挡圈11A、法兰11B、凸台轴座11C、凸台轴11D组成，挡圈11A可升降地套装在外筒7内壁上，法兰11B固装在外筒7内壁上，凸台轴座11C安装在法兰11B上，凸台轴11。
5、D通过螺纹配合配装在凸台轴座11C上，凸台轴11D的凸台部位与挡圈11A的斜面部位接触配合。2根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的径向均布的气缸组16的气缸个数是2个至50个。3根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的斜拉钢丝绳4的根数是3根至50根，且均布。4根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的斜拉钢丝绳4与铅垂线夹角的范围为0至30。5根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的斜拉钢丝绳4是圆股、异型股或多股不。
6、扭转的有机芯钢丝绳、纤维芯钢丝绳、石棉芯钢丝绳、钢丝芯钢丝绳。6根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的节流孔10的孔数是2个至100个，且呈圆周均布。7根据权利要求1所述的基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器，其特征在于所述的钢弹簧12可以是螺旋弹簧、圆锥弹簧、蝶形弹簧或橡胶弹簧。权利要求书CN102330767ACN102330779A1/4页3基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器技术领域0001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0002性能优异的隔振装置是超精。
7、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。0003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。0004专利US20030006540A。
8、1“SELFALIGNINGMECHANISMFORPNEUMATICVIBRATIONISOLATORS”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。0005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。0006无论是采用孔径大小固定的阻尼。
9、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。0007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0008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。
10、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。0009本发明的目的是这样实现的说明书CN102330767ACN102330779A2/4页40010一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。
11、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。
12、；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。0011本发明具有以下特点和良好效果00121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。
13、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。0013曲面形阻尼片输出的库伦阻尼力FD取决于以下因素，如下式所示。0014FDN0015式中为动态摩擦系数，与接触面积和相对速度正相关；N为法向压力。0016当来自环境的垂直振动传递到内筒，引起气缸组上的曲面形阻尼片垂直振动，曲面形阻尼片与外筒内壁发生摩擦，为空气弹簧隔振器提供库伦阻尼，采用多个气缸的气缸组结构有利于在有限空间内增大曲面形阻尼片与外筒内壁的接触面积，从而保证在低速度和微位移的情况下仍然能够输出足够大的阻尼力。00172利用空气节流阻尼和节流孔面积调节装置，合理调节节流孔总面积的大小，在垂直方向存在强。
14、振和冲击载荷的情况下提供最佳大小的阻尼，节流孔面积调节装置可以大小一致地同时调节所有节流孔的尺寸，克服了现有专利阻尼调节装置分别调节，以至于调节不一致的缺点。00183由于气缸组在水平方向的刚度与空气弹簧的水平刚度并联而与正倒摆串联机构的水平刚度串联，致使气缸组和空气弹簧的水平总刚度远远大于正倒摆串联机构的水平刚度，因此，空气弹簧隔振器等效水平刚度进一步接近正倒摆串联机构的水平刚度，在一定程度上小幅提升了隔振器水平方向的隔振性能，另外气缸组在垂直方向上对空气弹簧隔振器的内筒起到了导向作用。00194本发明提出呈圆周排列的一组节流孔设置在外筒内壁上，在外筒内部的节流孔说明书CN102330767。
15、ACN102330779A3/4页5下方安装斜面传动的节流孔面积调节装置，这种阻尼孔设置方式充分考虑了基于正倒摆串联机构的空气弹簧隔振器的结构特点，使得整个隔振器结构更加紧凑合理。附图说明0020图1为隔振系统典型的振动传递率曲线图；0021图2为基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器的力学模型示意图；0022图3为基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器的剖面示意图；0023图4为基于气缸调节的气固阻尼耦合作用的空气弹簧隔振器的3D剖面示意图；0024图5为斜面传动的节流孔面积调节装置的3D剖面示意图；0025图6为气缸组的3D剖面示意图。0026图中1承重盘；2环形盖板；3支。
16、撑杆；4斜拉钢丝绳；5空气弹簧气囊；6内筒；7外筒；8柔性铰链；9活塞；10节流孔；11斜面传动的节流孔面积调节装置；11A挡圈；11B法兰；11C凸台轴座；11D凸台轴；12钢弹簧；13进气口；14圆形底板；15气缸进气口I；15A气缸进气口II；15B气缸进气口III；16气缸组；17曲面形阻尼片。具体实施方式0027下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，如图3、图4、图5和图6所示，显示了本发明所述的空气弹簧隔振器的一个实施例。0028所述的空气弹簧隔振器在外筒7内部配装内筒6，空气弹簧气囊5套装在内筒6上端外部，外筒7通过其上端凸台与空气弹簧气囊5下端密封联接，内筒6通过其上端。
17、固接的环形盖板2与空气弹簧气囊5上端密封联接，进气孔13设置在外筒7外壁上，呈圆周排列的一组节流孔10设置在外筒7内壁上，在外筒7下端密封配装圆形底板14，支撑杆3穿过环形盖板2配装在内筒6腔内，斜拉钢丝绳4的上端与环形盖板2固接，斜拉钢丝绳4的下端与支撑杆3下端固接，斜拉钢丝绳4构成单摆机构，承重盘1固装在支撑杆3上端，钢弹簧12安装在内筒6底部，活塞9与钢弹簧12接触配合，柔性铰链8的下端配装在活塞9上端面上，柔性铰链8的上端配装在支撑杆3下端，柔性铰链8、活塞9和钢弹簧12构成倒摆机构；径向均布的气缸组16配装在内筒6底部，曲面型阻尼片17固装在气缸组16外侧部，曲面型阻尼片17与外筒内。
18、壁接触配合，气缸进气口I15设置在外筒7外壁上，且与进气孔13位于同侧，气缸进气口II15A设置在外筒内侧底部中心处，气缸进气口III15B设置在气缸组16下端中心处，供气软管依次将气缸进气口I15、气缸进气口II15A和气缸进气口III15B连通；斜面传动的节流孔面积调节装置11配装在外筒7内壁上的节流孔10下方，且与进气孔13位于同侧，斜面传动的节流孔面积调节装置11由挡圈11A、法兰11B、凸台轴座11C、凸台轴11D组成，挡圈11A可升降地套装在外筒7内壁上，法兰11B固装在外筒7内壁上，凸台轴座11C安装在法兰11B上，凸台轴11D通过螺纹配合配装在凸台轴座11C上，凸台轴11D的凸。
19、台部位与挡圈11A的斜面部位接触配合。0029所述的径向均布的气缸组16的气缸个数是2个至50个。0030所述的斜拉钢丝绳4的根数是3根至50根，且均布。说明书CN102330767ACN102330779A4/4页60031所述的斜拉钢丝绳4与铅垂线夹角的范围为0至30。0032所述的斜拉钢丝绳4是圆股、异型股或多股不扭转的有机芯钢丝绳、纤维芯钢丝绳、石棉芯钢丝绳、钢丝芯钢丝绳。0033所述的节流孔10的孔数是2个至100个，且呈圆周均布。0034所述的钢弹簧12可以是螺旋弹簧、圆锥弹簧、蝶形弹簧或橡胶弹簧。0035分析来自环境的振动，按照振动方向可以分为垂直振动和水平振动。水平振动先后通过。
20、外筒7、空气弹簧气囊5、气缸组16、内筒6、正倒摆串联机构斜拉钢丝绳4、柔性铰链8、活塞9和钢弹簧12组成和支撑杆3，作用于承重盘1上，除了正倒摆串联机构，其他环节近似为刚性体，因此水平振动不能引起内筒6相对于外筒7的运动，节流孔10和曲面形阻尼片17对水平振动不起阻尼作用；垂直振动先后通过外筒7、空气弹簧气囊5、内筒6、斜拉钢丝绳4和支撑杆3，作用于承重盘1上，除了空气弹簧气囊5，其他环节近似为刚性体，柔性铰链8、活塞9和钢弹簧12组成的倒摆在垂直方向上只起到辅助支撑的作用，因此垂直振动能够引起内筒6相对于外筒7的往复运动，内外腔室的空气通过节流孔10进出，为垂直振动提供空气节流阻尼，曲面形阻尼片17随着内筒6相对于外筒7发生往复运动，与外筒7的内壁发生摩擦，为垂直振动提供库伦阻尼。说明书CN102330767ACN102330779A1/4页7图1图2说明书附图CN102330767ACN102330779A2/4页8图3说明书附图CN102330767ACN102330779A3/4页9图4说明书附图CN102330767ACN102330779A4/4页10图5图6说明书附图CN102330767A。