高性能主動隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析與設(shè)計研究.pdf

1、廣泛應(yīng)用于IC光刻、超精密加工與測量等領(lǐng)域的高性能隔振是保障這些高端制造裝備/儀器工作性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于不同裝備/儀器對環(huán)境振動隔離的要求有所區(qū)別，隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計必須平衡其隔振性能需求與制造經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，具體需要解決以下兩大問題：低固有頻率與高承載力矛盾的問題、低共振點(diǎn)傳遞率與寬頻域高衰減率矛盾的問題。為此，本論文針對三種典型精密設(shè)備的隔振需求，從隔振機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個方面展開深入研究，力求為高性能隔振

2、系統(tǒng)的設(shè)計制造提供理論依據(jù)。
　　針對隔振系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計這一目標(biāo)，利用獨(dú)立分量分析方法、離散傅立葉變換原理，給出了微振動在 VC振動評價標(biāo)準(zhǔn)下的快速評級方法。建立了隔振系統(tǒng)的動力學(xué)模型，提出了被動隔振結(jié)構(gòu)與天棚阻尼相結(jié)合的隔振策略，解決了低共振點(diǎn)傳遞率與寬頻域高衰減率矛盾的問題?；诃h(huán)境振動情況以及精密設(shè)備類型的不同，將隔振系統(tǒng)分為超低頻隔振（≤1Hz）、低頻隔振（≤2Hz）以及一般隔振（≤5Hz）三類，從系統(tǒng)層面為高性能隔振系統(tǒng)

3、設(shè)計提供依據(jù)。
　　在超低頻隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為解決低固有頻率與高承載力的矛盾，提出了正、負(fù)剛度機(jī)構(gòu)并聯(lián)的隔振策略。研究了負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性，其立方非線性引起的“跳躍現(xiàn)象”會使系統(tǒng)幅值陡增，為此，通過參數(shù)分析與優(yōu)化獲得了負(fù)剛度機(jī)構(gòu)最小非線性構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于永磁負(fù)剛度與倒立擺負(fù)剛度機(jī)構(gòu)的超低頻主動隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多自由度超低頻隔振。樣機(jī)隔振性能測試結(jié)果表明，其結(jié)構(gòu)固有頻率約為1Hz，傳遞率在2Hz以后低于-20

4、dB，在10Hz以后低于-40dB。
　　在低頻隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為克服線性剛度彈簧存在的剛度和靜變形權(quán)衡的問題，采用空氣彈簧和擺機(jī)構(gòu)作為低頻隔振單元，通過理論建模-仿真分析-實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，揭示了結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動力學(xué)特性的影響規(guī)律，為低頻隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。建立了系統(tǒng)動力學(xué)方程，分析了傳感器、作動器配置的合理性。樣機(jī)性能測試結(jié)果表明，其結(jié)構(gòu)固有頻率低于2Hz，固有頻率處傳遞率小于-5dB。
　　在一般隔振