[发明专利]基于磁负刚度结构的超低频空气弹簧隔振器

说明书

基于磁负刚度结构的超低频空气弹簧隔振器属于精密隔振技术领域，包括双腔室空气弹簧隔振器和磁负刚度结构，磁负刚度结构同轴嵌套在双腔室空气弹簧隔振器的主气室内，主气室的底部设置环形橡胶垫，主气室与附加气室之间均匀设置2～10个节流孔；磁负刚度结构由内定磁环、上动磁环、下动磁环、外定磁环同轴嵌套构成，上动磁环与下动磁环关于内定磁环的轴向高度中心对称布置、沿径向反向磁化，内定磁环与外定磁环的轴向高度中心在同一水平线上，且沿轴向反向磁化；本发明固有频率低，阻尼系数大，集成度及稳定性高。

技术领域

本发明属于精密减振技术领域，特别是一种基于磁负刚度结构的超低频空气弹簧隔振器。

背景技术

在精密仪器设备的装调、测试和实验过程中，环境中的低频微幅振动干扰成为影响研究效果的重点问题之一，为精密仪器设备配备大承载空气弹簧隔振器逐渐成为大型超精密工程领域抑制环境微振动的主要技术手段，但对于空气弹簧隔振器的研究仍存在以下几个问题：

(1)空气弹簧隔振器的固有频率高，无法抑制环境中的低频/超低频振动干扰。现有空气弹簧隔振器可以实现大承载及中高频振动抑制效果，但是实现低频/超低频振动抑制需要增加腔室体积，不仅会增加制造成本和使用空间，而且随着腔室体积的增加，其低频振动抑制效果越不明显，因此，在实际使用中，空气弹簧隔振器一般难以隔离1Hz以下的振动。

(2)空气弹簧隔振器的系统阻尼小，导致冲击扰动下稳定调整时间长，谐振峰值高。空气弹簧隔振器是在弹性膜中充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现弹性支撑的一种非接触式弹簧，不存在机械摩擦，弹性膜的结构阻尼作为空气弹簧隔振器的主要阻尼来源，阻尼系数较小，导致冲击扰动激励下，振动能量衰减慢，系统稳定调整时间长，谐振峰值高。

(3)并联磁负刚度结构的空气弹簧隔振器集成度低、稳定性差、受正刚度支撑元件浮起高度影响。将磁负刚度结构与空气弹簧隔振器并联可在保证空气弹簧隔振器大承载的条件下降低固有频率，从而实现大承载低频/超低频隔振效果。但现有由立方永磁体负刚度结构与空气弹簧隔振器并联构成的低频隔振器体积大，系统集成度低，且负刚度结构的刚度值受空气弹簧隔振器浮起高度的影响；而对于嵌套同轴磁环负刚度结构的空气弹簧隔振器，沿轴向阵列同轴磁环负刚度结构以增大负刚度值的方式会提高隔振器的重心高度，降低隔振器的稳定性。

(4)并联磁负刚度结构的空气弹簧隔振器对冲击扰动激励无相应的保护措施。大幅值冲击扰动激励导致磁负刚度结构的动磁铁与定磁铁，动磁铁与或定磁铁固定件之间产生刚性碰撞，易造成磁铁损坏或破碎。

专利号CN201310142491.9公开了一种正负刚度并联减振器。该技术方案将磁负刚度结构同轴安装在空气弹簧隔振器腔室内构成正负刚度并联减振器，磁负刚度结构由两个沿径向反向磁化的同轴磁环构成，结构紧凑，且不需要考虑空气弹簧隔振器浮起高度对磁负刚度结构刚度值的影响。该技术方案的特征在于：1)磁负刚度结构轴向阵列以增大负刚度值的方式导致正负刚度并联减振器重心高，稳定性差；2)磁负刚度结构为非接触作用方式，并未改善空气弹簧隔振器的阻尼特性；3)冲击扰动激励下，磁负刚度结构无相应的保护措施。

专利号CN201610914596.5和CN201610914512.8公开了一种磁负刚度结构以降低空气弹簧隔振器的固有频率，磁负刚度结构由三块磁化方向相同、沿垂向等间隙阵列布置的立方永磁体构成，刚度值可通过改变永磁体间隙实现可调。该技术方案的特征在于：1)适用于浮起高度较小的空气弹簧隔振器，对于大承载空气弹簧隔振器，较大的浮起高度会增大永磁体间隙，进而导致磁负刚度结构的刚度值甚微，对降低空气弹簧隔振器固有频率的效果不明显；2)弹性膜的结构阻尼小；3)空气弹簧隔振器与磁负刚度结构分体安装布置，系统集成度低、体积大；4)冲击扰动激励下，磁负刚度结构无相应的保护措施。