一种周期腔体型低频宽带隙隔振器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于隔振器领域，更具体地，涉及一种周期腔体型低频宽带隙隔振器。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术上的缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种周期腔体型低频宽带 隙隔振器，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。
[0005] 为实现上述目的，按照本实用新型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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以 下的技术优点：
[0012] 1.本实用新型的隔振器采用周期性结构，周期单元包括构成腔体的薄板主体和环 腔散射体，周期单元之间通过连接块散射体串联而构成周期性结构，主体和散射体周期性 交替布置，能够产生低频、宽频、高衰减率的带隙;在薄板主体中，通过调节薄板主体的材料 和几何参数，即可确定带隙的频率和宽度;连接块散射体除了作为必要的连接元件，在振动 控制中还起到了集中质量振子的作用，通过改变其质量实现对带隙频率的调节，即通过改 变其材料和几何参数，可以有效地调节带隙的位置和宽度。
[0013] 2.本实用新型的隔振器主要利用周期性腔体结构产生布拉格散射带隙，不仅可以 有效降低最低频率带隙的频率，克服布拉格散射最低带隙频率相对较高，或带隙频率低但 结构尺寸大的缺点，还具有较宽的带隙，且达到了高振动衰减率的要求;同时避免了局域共 振结构承载力小、带隙带宽太窄的问题。采用腔体结构，增大了弯曲波的传播路径，降低了 带隙频率，相比于常见的长直型周期性结构，保持了较小尺寸，实现了"小尺寸控制大波长" 的目的。
[0014] 3.本实用新型的隔振器应用于超精密运动平台微振动的抑制，克服目前周期性结 构减振器尺寸较大，最低频率带隙的频率较高，带宽较窄，衰减效率低等缺点，结构简单，制 造方便，成本低廉;其周期性减振单元通过刚柔交叉布置的主体和散射体的共同作用，对振 动产生的弯曲波进行调制，达到振动的隔离和抑制，具有能在更低频率段形成带隙，并同时 拥有更宽的带隙，尺寸相对更小，衰减效率更高的优点。
[0015] 4.由于绝大多数的机械设备在使用隔振器的时候都要求隔振器有相应的承载能 力，一般承载能力强的材料因其刚度较大，难以到达低频区域。而本实用新型的隔振器在保 留相当的承载能力的同时，可以在低频区域形成大范围密集连续的带隙，并有很好的衰减 效率。从工作频率及承载能力方面来看，本实用新型的隔振器能更好地适应复杂的环境，具 有广泛的工程应用前景。
【附图说明】
[0016] 图1为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器；
[0017] 图2为周期圆台腔体型低频宽带隙隔振器；
[0018] 图3为周期曲母线腔体型低频宽带隙隔振器；
[0019] 图4为周期方腔体型低频宽带隙隔振器；
[0020] 图5为周期开放式腔体型低频宽带隙隔振器；
[0021 ]图6为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器1/4三维示意图；
[0022]图7为结构隔振系统示意图；
[0023] 图8为所述隔振器安装位置及振动传递示意图；
[0024] 图9为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器力学模型轴对称截面图；
[0025] 图10为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器力学模型单位角度示意图；
[0026] 图11(a)和(b)为所取材料与尺寸参数下的能带图一一波数和衰减常数；
[0027] 图12(a)和(b)为所取材料与尺寸参数下的衰减常数和传递曲线；
[0028]图13为铝-Al和铜-Cu的传递曲线的比较；
[0029]图14(a)和(b)为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器中的薄板主体的力学模型简 图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所 涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031] 如图7和图8所示，本实用新型的周期腔体型低频宽带隙隔振器2,应用于隔离或抑 制超精密运动平台的微扰动，在振动源3和机械设备1之间安装所述隔振器2。
[0032] 具体的，如图9和图10所示，本实用新型的周期腔体型低频宽带隙隔振器2,由两个 或两个以上周期单元结构4组成，每个周期单元4包括两个薄板主体5和一个环腔散射体6， 两个薄板主体5上下对称排布，其外缘用环腔散射体6相连以形成一个腔体;两个周期单元 之间用连接块散射体7相连。
[0033] 其中，连接块散射体7为小圆柱体，位于薄板主体5的几何中心位置;环腔散射体6 位于薄圆板结构5的外边缘;薄板主体5用薄板主体I和薄板主体II依次循环标注，在同一个 周期内，薄板主体I和薄板主体II用环腔散射体6连接;在相临的两个周期单元4之间，薄板 主体II和薄板主体I用连接块散射体7连接。连接块散射体7的半径Ro等于环腔散射体6的径 向宽度R2-R1，且连接块散射体7和环腔散射体6在z方向（即与减振单元垂直的方向）的高度 都为H，H的取值除了考虑连接单元作为集中质量振子外，还应考虑薄板主体I和薄板主体II 在运动过程中的位移，避免发生接触；隔振器的两端的中心各有一个连接块散射体7伸出， 分别连接振动源和机器设备。
[0034] 进一步的，薄板主体5，环腔散射体6和连接块散射体7的材料参数和几何参数可以 按各自不同的变化规律进行类周期性变化，例如结构的薄板主体5的半径按照从一端开始 向另一端递增或递减等方式排列、从中间开始同时向两边递增或递减等方式排列，形成类 周期性结构。
[0035] 本实用新型中腔体的腔型具体为圆柱、圆台、曲母线或方体。
[0036] 如图1和图6所示为周期圆柱腔体型低频宽带隙隔振器，其中薄板主体I和薄板主 体II为直径相同的圆形薄板，环腔散射体6为空心圆柱体，两个圆形薄板与空心圆柱体形成 圆柱形的封闭腔体。
[0037] 如图2所示为周期圆台腔体型低频宽带隙隔振器，其中薄板主体I和薄板主体II为 直径不同的圆形薄板，环腔散射体6为空心圆台，两个圆形薄板与空心圆台形成圆台形的封 闭腔体。
[0038] 如图3所示为周期曲母线腔体型低频宽带隙隔振器，其中薄板主体I和薄板主体II 为直径相同的圆形薄板，环腔散射体6的母线为曲线，两个圆形薄板与环腔散射体形成曲母 线形的封闭腔体。
[0039] 如图4所示为周期方腔体型低频宽带隙隔振器，其中薄板主体I和薄板主体II为方 形薄板，环腔散射体6为空心方柱，两个方形薄板与空心方柱形成方形的封闭腔体。
[0040] 如图5所示为周期开放式腔体型低频宽带隙隔振器，其中两个薄板主体I和薄板主 体II为长条形薄板，环腔散射体6分为两块，两个长条形薄板与两块环腔散射体形成开放式 的腔体;其中，环腔散射体6的数量不局限于两块，也可以为多块。
[0041] 下面将具体说明制备本实用新型的周期腔体型低频宽带隙隔振器的方法，其具体 包括如下步骤：
[0042] (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5、环腔散射体6和连 接块散射体7的材料;根据选取的材料制备薄板主体5、环