专利名称：一种基于负刚度原理的永磁低频单自由度隔振机构的制作方法
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勻分布在同一圆周上；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。
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勻分布)。
图中1-上橡胶片；2-内环形永磁体固定心轴；3-上橡胶片上压环；4-上橡胶片外压环；5-外环形永磁体；6-下橡胶片；7-下橡胶片内压片；8-下橡胶片外压环；9-外环形永磁体固定套；10-内环形永磁体；图中11-下支撑板；12-上支撑板；13-负载；14-低频单自由度隔振机构。
具体实施方式
图1、如2为本发明提供的基于负刚度原理的环形永磁低频单自由度隔振机构的结构示意图，该环形永磁体低频单自由度隔振机构包括内环形永磁体10、外环形永磁体5、 上橡胶片1、下橡胶片6、内环形永磁体固定心轴2、上橡胶片上压环3、上橡胶片外压环4、下橡胶片内压片7、下橡胶片外压环8以及外环形永磁体固定套9 ；内环形永磁10轴向磁化， 外环形永磁体5径向磁化，内环形永磁和外环形永磁体同心布置；所述的内环形永磁体套固在内环形永磁体固定心轴2上；所述的外环形永磁体5粘接在外环形永磁体固定套9上； 上橡胶片1的外缘通过上橡胶片外压环4与外环形永磁体5的顶面固定，上橡胶片1的中间部分通过上橡胶片上压环3与内环永磁体的顶面固定；所述的下橡胶片6的外缘通过下橡胶片压环8与外环形永磁体的底面固定，下橡胶片6的中间部分通过下橡胶内压片7与内环形永磁体固定心轴2的底面固定。所述的上橡胶片和下橡胶片采用工业橡胶或天然橡
权利要求
1.一种基于负刚度原理的环形永磁低频单自由度隔振机构，其特征在于该隔振机构包括上橡胶片(1)、内环形永磁体固定心轴O)、上橡胶片上压环(3)、上橡胶片外压环0)、 外环形永磁体(5)、下橡胶片(6)、下橡胶片内压片(7)、下橡胶片外压环(8)、外环形永磁体固定套(9)和内环形永磁体(10)；所述的内环形永磁体(10)轴向磁化，外环形永磁体(5) 径向磁化，内环形永磁体和外环形永磁体同心布置；所述的内环形永磁体套固在内环形永磁体固定心轴( 上；所述的外环形永磁体( 粘接在外环形永磁体固定套(9)上；所述的上橡胶片(1)的外缘通过上橡胶片外压环(4)与外环形永磁体(5)的顶面固定，上橡胶片 (1)的中间部分通过上橡胶片上压环C3)与内环形永磁体(10)的顶面固定；所述的下橡胶片(6)的外缘通过下橡胶片外压环(8)与外环形永磁体(5)的底面固定，下橡胶片(6)的中间部分通过下橡胶片内压片(7)与内环形永磁体固定心轴O)的底面固定。
2.按照权利要求1所述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。
3.按照权利要求1所述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，其特征在于所述的上橡胶片和下橡胶片采用工业橡胶或天然橡胶。
4.一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如权利要求1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勻分布在同一圆周上，或将所述的四个低频单自由度隔振机构组成方形结构；所述的三自由度是指绕χ轴方向和绕1轴方向转动以及沿ζ轴方向移动的三自由度。
全文摘要
一种基于负刚度原理的环形永磁低频隔振机构，包括上橡胶片、内环形永磁体固定心轴、上橡胶片上压环、上橡胶片外压环、外环形永磁体、下橡胶片、下橡胶片内压片、下橡胶片外压环、外环形永磁体固定套和内环形永磁体。其中内环形永磁体轴向磁化，外环形永磁体径向磁化，内外环形永磁体构成一个正刚度系统，上、下橡胶片构成负刚度系统，正负刚度系统并联使用可构成低频隔振机构。三个或四个单自由度隔振机构并联使用可实现三自由度的低频隔振；该隔振机构磁场力最大时，其刚度接近于零。本发明不需要外界气源，具有在真空中使用的前景；结构简单，成本低廉，且易于加工的特点；可用于光学、声学、生物学、半导体制造和精密测量等领域。
文档编号F16F6/00GK102506110SQ20111032661
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者尹文生, 张利, 张鸣, 徐登峰, 朱煜, 李强, 李玉洁, 杨开明, 田丽, 许岩, 雷忠心 申请人:清华大学