[发明专利]一种基于负刚度原理的永磁低频单自由度隔振机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种低频隔振机构，特别涉及一种基于负刚度原理的环形永磁体低频隔振机构，主要用于光学、声学、半导体制造，精密测量和超精密领域中小型仪器设备的超低频隔振。

背景技术

在超精密领域，精密和超精密加工对环境的要求越来越严格，由于机械设备内部和外部的振动干扰是降低加工精度和表面质量的重要因素之一。超精密加工的质量不仅与振动干扰的振幅有关，而且与振动干扰的频率有关，对超精密加工产生不良影响的振动频率是在0.5-70Hz范围内的微幅振动，对振动的控制方法常用消振、隔振和吸振，在超精密领域中应用最广泛的当属隔振。目前，隔振机构主要有以下几种形式：橡胶、三线摆、倒摆、X摆和摇摆球等。其中橡胶结构简单，不易达到较低的固有频率。倒摆和X摆只能在水平一个方向隔振。在垂直方向，目前隔振效果最好的是空气弹簧，需要外界气源，不能在真空中使用。由减振理论可知，传统被动隔振系统对外界干扰频率大于隔振系统固有频率的倍，起减振作用，可较好地隔离中、高频振动，但隔离低频振动尤其是超低频振动的能力较差。为了提高系统隔离低频振动的能力，通常有两种方法：一是减小隔振系统的刚度；二是增加承载质量。对于线性隔振器在相同负载下变形较大及降低隔振系统的稳定性，但承载能力也受到限制。因此，传统被动隔振系统已无法满足超精密加工及测量等领域对隔离超低频宽频带振动的需要，需要开展新型非线性隔振器的研究。若采用主动控制，可降低固有频率，提高隔振性能，但成本太高。自Platus提出了负刚度原理后，近年来，国内外应用了负刚度原理研究出各种隔振器，虽然隔振性能有所提高，但其承载能力较小，使用时还需要根据负载进行刚度调谐。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于负刚度原理的低频隔振机构，既有较高的承载能力，又有较低的固有频率，既可实现在垂直方向的单自由度的超低频隔振，也可实现也可组合使用实现三自由度的低频隔振，隔振性能良好。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于负刚度原理的环形永磁低频单自由度隔振机构，其特征在于：所述的超低频隔振机构包括内环形永磁体、外环形永磁体、上橡胶片、下橡胶片、上橡胶片内压环、上橡胶片外压环、下橡胶片内压片、下橡胶片外压环、内环形永磁体固定心轴和外环形永磁体固定套；内环形永磁体轴向磁化，外环形永磁体径向磁化，内环和外环形永磁体同心布置；所述的内环形永磁体套固在其心轴上；所述的外环形永磁体粘接在其固定套上；所述的上橡胶片的外缘通过上橡胶片外压环与外环形永磁体的顶面固定，上橡胶片的中间部分通过上橡胶片上压环与内环形永磁体的顶面固定；所述的下橡胶片的外缘通过下橡胶片外压环与外环形永磁体的底面固定，下橡胶片的中间部分通过下橡胶片内压片与内环形永磁体固定心轴的底面固定。

所述的内环形永磁体固定心轴设有上轴肩和下轴肩，上轴肩与内环形永磁体的顶面齐平，下轴肩与内环形永磁体的底面齐平。

所述的上橡胶片和下橡胶片均可采用工业橡胶或天然橡胶。

本发明提供的一种基于负刚度原理的环形永磁低频三自由度隔振机构，其特征在于：该机构是由三个或四个所述的低频单自由度隔振机构组成，所述的三个低频单自由度隔振机构均匀分布在同一圆周上；所述的四个低频单自由度隔振机构组成方形结构；所述的三自由度是绕x轴方向和绕y轴方向转动以及沿z方向移动的三自由度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性的效果：①本发明提出的低频隔振机构，不需要外界能量输入，因此在真空中具有较好的使用前景。②在永磁体之间的磁场力最大时，其刚度接近于零，故可实现低频隔振，与现有的负刚度系统的隔振器相比，既有较高的承载能力，又有较低的固有频率，且具有良好的隔振性能。③本发明的低频隔振机构由内外环形永磁体、橡胶及其附件构成，其结构简单，成本相当低廉，且易于加工制造。

附图说明

图1为本发明提供的基于负刚度原理的环形永磁体低频单自由度隔振机构的主剖面图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明提供基于负刚度原理的环形永磁低频单自由度隔振机构的原理图。

图4为本发明提供的基于负刚度原理的环形永磁低频三自由度隔振机构的外观图(由四个低频单自由度隔振机构成方形分布)。

图5为本发明提供的基于负刚度原理的环形永磁低频三自由度隔振机构的外观图(由三个低频单自由度隔振机构成圆形均匀分布)。