【摘要】：廣泛應(yīng)用于IC光刻、超精密加工與測(cè)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(duì)環(huán)境振動(dòng)隔離的要求有所區(qū)別,隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)三種典型精密設(shè)備的隔振需求,從隔振機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面展開深入研究,力求為高性能隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造提供理論依據(jù)。 針對(duì)隔振系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)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(dòng)在VC振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下的快速評(píng)級(jí)方法。建立了隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,提出了被動(dòng)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(dòng)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)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 在超低頻隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)特性,其立方非線性引起的“跳躍現(xiàn)象”會(huì)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(jì)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(dòng)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(cè)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-20dB,在10Hz以后低于-40dB。 在低頻隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)其動(dòng)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(jì)提供了理論指導(dǎo)。建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,分析了傳感器、作動(dòng)器配置的合理性。樣機(jī)性能測(cè)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。 在一般隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,考慮到制造經(jīng)濟(jì)性采用了螺旋彈簧作為隔振元件。提出了基于粒子群算法的螺旋彈簧設(shè)計(jì)方法,優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用箱式構(gòu)型設(shè)計(jì)了高剛性輕量化的工作臺(tái)結(jié)構(gòu),保障了其在隔振系統(tǒng)中的應(yīng)用。樣機(jī)傳遞率測(cè)試曲線表明,結(jié)構(gòu)固有頻率低于5Hz。 本文的研究?jī)?nèi)容、方法和結(jié)論對(duì)滿足不同精密設(shè)備在不同應(yīng)用場(chǎng)合下要求的隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB535.1

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本文編號(hào)：2532759