[发明专利]一种周期腔体型低频宽带隙隔振器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于隔振器领域，更具体地，涉及一种周期腔体型低频宽带隙隔振器及制备方法。

背景技术

超精密运动平台是大规模集成电路制造、精微加工、精密测量等纳米制造装备的核心部件，其微振动具有振幅小(几纳米到几十纳米)、频带宽(数赫兹至数万赫兹)、频率低等特点，这类微振动的抑制是当前国际振动研究前沿的热点难点问题。为了抑制此类微振动，用于振动传递抑制的减振结构，其工作频带需要有低频和宽频的特性。

周期性结构对某些频率波段的振动和波的传播具有屏蔽或抑制作用，这些频率波段称为禁带或带隙，因此周期性结构可以用于对带隙频率范围内的振动进行隔离或者衰减。周期性结构因为具有低频和高频带隙，有望成为超精密运动平台的减振结构。然而，相对超精密运动平台微振动频率，目前周期性结构尺寸较大，最低频率带隙的频率较高，带宽较窄，衰减效率低，承载力不足，无法满足实际需求。因此如何获得拥有低频率、宽带隙、可调节、高振动衰减率等特征的频率带隙，并具有足够承载能力的小型化周期性结构，具有重要的理论和实际工程意义。

发明内容

针对现有技术上的缺陷或改进需求，本发明提供了一种周期腔体型低频宽带隙隔振器及制备方法，隔振器由多个周期腔体型单元组成周期性结构，腔体中弯曲刚体小的薄板作为主体，弯曲刚体大的环腔散射体及连接块散射体作为散射体，采用腔体结构增大了弯曲波传播路径，降低了带隙频率，同时又能使结构保持较小尺寸。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面提出了一种周期腔体型低频宽带隙隔振器，其特征在于，该隔振器包括两个或两个以上周期单元，每个周期单元包括两个薄板主体和一个环腔散射体，其中所述两个薄板主体的外缘用所述环腔散射体相连以形成一腔体；两个所述周期单元之间用连接块散射体相连。

作为进一步优选的，所述两个薄板主体为直径相同的圆形薄板，所述环腔散射体为空心圆柱体，以此形成圆柱形腔体。

作为进一步优选的，所述两个薄板主体为直径不同的圆形薄板，所述环腔散射体为空心圆台，以此形成圆台形腔体。

作为进一步优选的，所述两个薄板主体为直径相同的圆形薄板，所述环腔散射体的母线为曲线，以此形成曲母线形腔体。

作为进一步优选的，所述两个薄板主体为方形薄板，所述环腔散射体为空心方柱，以此形成方形腔体。

作为进一步优选的，所述腔体为开放式，所述环腔散射体分成两块或多块。

按照本发明的另一方面，提供了一种制备所述隔振器的方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据隔振器需达到的最低频率带隙的频率选取薄板主体、环腔散射体和连接块散射体的材料；根据选取的材料制备薄板主体、环腔散射体和连接块散射体，并确定它们的几何参数，然后组装获得隔振器；

(2)比较隔振器的最低有效带隙所在的频率与振动源频率，调整薄板主体、环腔散射体和连接块散射体的材料和几何参数，使得隔振器的最低有效带隙频率低于振动源频率；

(3)校核隔振器是否符合安全条件：如果符合，则制备完成；如果不符合，则增大薄板主体的厚度，减小环腔散射体的内半径，并转入步骤(4)；

(4)重复步骤(2)～(3)，直至步骤(2)和(3)的要求都满足，制备获得周期腔体型低频宽带隙隔振器。

作为进一步优选的，步骤(2)中所述薄板主体、环腔散射体和连接块散射体的材料和几何参数采用如下方式进行调整：若隔振器的最低有效带隙所在的频率与振动源频率相差较大，则调节薄板主体的材料和几何参数，直至使最低有效带隙频率低于振动源频率；若隔振器的最低有效带隙所在的频率与振动源频率略有区别，则微调环腔散射体和连接块散射体的质量，直至使最低有效带隙频率低于振动源频率。

作为进一步优选的，所述安全条件具体为：

σ_max＜[σ],y_max＜[y]；

其中，σ_max为最大应力，[σ]为许用应力，y_max为最大挠度，[y]为许用挠度。

作为进一步优选的，所述最大应力σ_max采用如下公式计算获得：