一种六自由度准零刚度隔振平台的制作方法

本发明涉及隔振装置，具体是一种六自由度准零刚度隔振平台。

背景技术：

1、目前半导体行业飞速发展，半导体生产设备的精度要求越来越高，设备对微振动等环境的要求也越来越敏感，少许的微振动就会降低设备的产出良率，甚至使设备不能正常工作，因此对微振动的隔离变得越来越重要。

2、准零刚度隔振器是一种将正负刚度弹性元器件并联在静平位置获得零刚度的组合隔振器。该类隔振器具有较大的静刚度，能承受被隔离设备的重量，而设备在静平衡位置振动时刚度非常低，甚至趋于零，有利于低频隔振。大部分准零刚度隔振器只是针对单一隔振对象进行设计的，一旦隔振器制作完成，结构参数便无法进行改变。因此在隔振质量改变如过载或欠载时，隔振器便不再拥有准零刚度特性，隔振性能下降甚至效果不如线性隔振系统，这大大限制了其应用范围。少部分隔振器能够实现变载荷下仍然具备准零刚度特性，但存在隔振质量不能够连续变化，隔振器只能在几个特定质量处保持准零刚度，适用范围小，且一般无法实现大负载的隔振要求。另外，目前准零刚度隔振器多是对竖向单一自由度能够达到准零刚度，无法实现多自由准零刚度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种六自由度准零刚度隔振平台，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种六自由度准零刚度隔振平台，包括台面、隔振器和底板，所述底板顶部四角处与台面之间均安装有隔振器，所述隔振器包括顶板、底座、竖板和空气弹簧，所述竖板垂直安装在底座顶部四周，所述顶板底部中间安装空气弹簧，所述顶板底部、空气弹簧四周呈矩形布置安装有四根支撑杆，所述空气弹簧底部安装有支撑板，所述支撑板底部安装有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上套装有滚珠螺母盘，所述滚珠螺母盘顶部与支撑杆连接，所述滚珠螺母盘四周中间与竖板之间分别安装有负刚度装置，所述滚珠丝杠底部垂直连接有转盘，所述转盘底部与底座之间通过球铰a连接，所述转盘四周中间与竖板之间分别安装有金属弹簧a，所述支撑板与支撑杆之间连接有碟簧，所述竖板与左侧和后侧的支撑杆之间安装有金属弹簧b，所述竖板与右侧和前侧的支撑杆之间安装有横向音圈电机，所述竖板顶部中间与顶板之间安装有竖向音圈电机，所述负刚度装置包括菱形连杆，所述菱形连杆上下连接处分别垂直安装有竖杆，其中上方的竖杆底部安装有永磁体，下方的竖杆顶部安装有电磁铁，所述负刚度装置与滚珠螺母盘之间通过球铰b连接，所述负刚度装置与竖板之间通过球铰c连接，所述金属弹簧a与转盘之间通过球铰d连接，所述金属弹簧a与竖板之间通过球铰e连接，所述金属弹簧b与支撑杆之间通过球铰f连接，所述顶板底部还安装有加速度传感器和位置传感器，所述底座顶部还安装有控制器，所述空气弹簧底部一侧安装有进气管，所述进气管上安装有伺服阀，所述滚珠丝杠与支撑板之间还安装有直线轴承。

3、进一步地，所述电磁铁与永磁体之间磁力表现为引力作用。

4、进一步地，所述台面、底板、顶板、底座均由不锈钢板制成矩形结构。

5、进一步地，所述球铰a、球铰b、球铰c、球铰d、球铰e、球铰f均为柔性球铰。

6、进一步地，所述金属弹簧b与竖板之间还安装有支撑块a。

7、进一步地，所述横向音圈电机与竖板之间还安装有支撑块b。

8、进一步地，所述控制器通过电缆与电磁铁、竖向音圈电机、横向音圈电机、加速度传感器和位置传感器连接。

9、本发明的有益效果为：

10、本发明通过菱形杆结合磁力结构实现对系统竖向及水平向负刚度的调整，空气弹簧提供竖向正刚度，金属弹簧a提供水平向正刚度，并可通过控制气缸气压的大小实现对系统竖向正刚度的调整，通过对电磁铁电流大小的调整实现对系统负刚度的调整，从而对系统竖向正负刚度进行调整，使得系统在最初平衡位置时达到静态准零刚度，可以满足不同型号的精密仪器。

11、本发明当发生竖向振动时，负刚度装置的菱形连杆被拉伸，永磁体与电磁铁之间的距离变小，二者之间的引力变大，加剧了系统竖向运动的趋势，此时为系统提供竖向负刚度，而空气弹簧此时提供竖向正刚度，负刚度装置与空气弹簧组成竖向的正负刚度系统，实现竖向的准零刚度。

12、本发明当发生水平向振动时，在运动方向上一侧的负刚度装置的菱形连杆被压缩，永磁体与电磁铁之间的距离变大，二者之间的引力变小，其余三个方向上的负刚度装置的菱形连杆被拉伸，永磁体与电磁铁的距离变小，二者之间的引力变大，加剧了系统水平运动的趋势，此时为系统提供水平向负刚度，而金属弹簧a此时提供水平向正刚度，负刚度装置与金属弹簧a组成水平向的正负刚度系统，实现水平向的准零刚度。

13、本发明对竖向高频振源，通过碟簧和金属弹簧a实现二次减振，对水平向高频振源时，通过金属弹簧b时间减振，从而使得系统可以对较高的振频实现减振；对竖向低频和水平向低频振源，通过音圈电机实现减振，使得系统可以对较低的振频实现减振，系统隔振带较宽，可以实现0.1hz~250 hz的振动控制。

14、本发明在竖向和水平向上均能够实现准零刚度，且系统静刚度大，承载力大，可满足5000kg精密仪器的承重要求，且定位精度高，具备承载力和刚度的调整能力，可以适应于不同型号的精密仪器，适用范围广，通用性强。

技术特征：

1.一种六自由度准零刚度隔振平台，包括台面、隔振器和底板，其特征在于，所述底板顶部四角处与台面之间均安装有隔振器，所述隔振器包括顶板、底座、竖板和空气弹簧，所述竖板垂直安装在底座顶部四周，所述顶板底部中间安装空气弹簧，所述顶板底部、空气弹簧四周呈矩形布置安装有四根支撑杆，所述空气弹簧底部安装有支撑板，所述支撑板底部安装有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上套装有滚珠螺母盘，所述滚珠螺母盘顶部与支撑杆连接，所述滚珠螺母盘四周中间与竖板之间分别安装有负刚度装置，所述滚珠丝杠底部垂直连接有转盘，所述转盘底部与底座之间通过球铰a连接，所述转盘四周中间与竖板之间分别安装有金属弹簧a，所述支撑板与支撑杆之间连接有碟簧，所述竖板与左侧和后侧的支撑杆之间安装有金属弹簧b，所述竖板与右侧和前侧的支撑杆之间安装有横向音圈电机，所述竖板顶部中间与顶板之间安装有竖向音圈电机，所述负刚度装置包括菱形连杆，所述菱形连杆上下连接处分别垂直安装有竖杆，其中上方的竖杆底部安装有永磁体，下方的竖杆顶部安装有电磁铁，所述负刚度装置与滚珠螺母盘之间通过球铰b连接，所述负刚度装置与竖板之间通过球铰c连接，所述金属弹簧a与转盘之间通过球铰d连接，所述金属弹簧a与竖板之间通过球铰e连接，所述金属弹簧b与支撑杆之间通过球铰f连接，所述顶板底部还安装有加速度传感器和位置传感器，所述底座顶部还安装有控制器，所述空气弹簧底部一侧安装有进气管，所述进气管上安装有伺服阀，所述滚珠丝杠与支撑板之间还安装有直线轴承。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述电磁铁与永磁体之间磁力表现为引力作用。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述台面、底板、顶板、底座均由不锈钢板制成矩形结构。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述球铰a、球铰b、球铰c、球铰d、球铰e、球铰f均为柔性球铰。

5.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述金属弹簧b与竖板之间还安装有支撑块a。

6.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述横向音圈电机与竖板之间还安装有支撑块b。

7.根据权利要求1所述的一种六自由度准零刚度隔振平台，其特征在于，所述控制器通过电缆与电磁铁、竖向音圈电机、横向音圈电机、加速度传感器和位置传感器连接。

技术总结本发明提供一种六自由度准零刚度隔振平台，包括台面、隔振器和底板，所述隔振器包括顶板、底座、竖板和空气弹簧，所述竖板垂直安装在底座顶部四周，所述顶板底部中间安装空气弹簧，所述顶板底部、空气弹簧四周呈矩形布置安装有四根支撑杆，所述空气弹簧底部安装有支撑板，所述支撑板底部安装有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上套装有滚珠螺母盘，所述滚珠螺母盘顶部与支撑杆连接，所述滚珠螺母盘四周中间与竖板之间分别安装有负刚度装置，所述滚珠丝杠底部垂直连接有转盘，所述转盘四周中间与竖板之间分别安装有金属弹簧A，所述支撑板与支撑杆之间连接有碟簧。本发明在竖向和水平向上均能够实现准零刚度，具备承载力和刚度的调整能力。技术研发人员：马跃,李剑钊,李伟,贾国辉,王晨受保护的技术使用者：大连地拓精密科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4