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带附加气室空气弹簧的低频隔振系统研究

带附加气室空气弹簧的低频隔振系统研究

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作者：廖文激广州大学

学位级别：硕士

环境振动会影响精密仪器的功能和降低精密设备的工作精度。随着科学技术的不断发展,大型精密仪器对环境振动的要求越来越高。在提高大型精密仪器的加工与测量精度方面,隔振技术发挥着重要作用。为了达到精密设备所需的振动控制标准,可... 详细信息

环境振动会影响精密仪器的功能和降低精密设备的工作精度。随着科学技术的不断发展,大型精密仪器对环境振动的要求越来越高。在提高大型精密仪器的加工与测量精度方面,隔振技术发挥着重要作用。为了达到精密设备所需的振动控制标准,可以通过降低隔振系统刚度并附加阻尼装置来设计一种低频微振动隔振系统。带附加气室空气弹簧具有低刚度和较高的承载力等优点,可以将其作为隔振系统的核心元件。本文研究了低频微变形条件下带附加气室的空气弹簧动力学模型,以此为基础设计气浮隔振平台,通过试验验证隔振系统在隔振方面的有效性。本文主要的工作内容如下:(1)通过对国内外文献调研总结归纳低频隔振系统的原理及方法,采用科学方法对空气弹簧进行了深入分析,证实其具备优良的隔振效果。(2)假定节流装置内的气体为理想质量块,利用伯努利原理建立节流装置的动力学模型,将各部分动力学模型并联得到空气弹簧动力学系统模型。基于微小扰动线性化技术,推导出空气弹簧在其工作状态的平衡点附近的线性动力学模型。通过拉普拉斯变换方法,将该模型从时域转换到频域分析,得出空气弹簧系统的动刚度表达式,并通过试验设计验证了其的准确性。(3)基于空气弹簧的动力学模型,构建有阻尼的单自由度带附加气室空气弹簧隔振系统,提出相应的数值求解方法。构建了带附加气室空气弹簧等效力学模型,推算出隔振系统的传递函数。用能量法计算得到气浮隔振平台的质量矩阵和刚度矩阵,并推导出了其模态频率方程。以纳米科技研究中心的精密仪器隔振系统为例,采用有限元软件进行模型构建,与解析模型进行对比研究,验证解析模型的有效性。(4)通过低频隔振系统的振动试验,测试气浮隔振平台的隔振性能。以阻尼器和初始气压为变量,研究它们对气浮平台的隔振性能的影响。试验结果表明:气浮基础隔振平台的振动频率随初始气压增加而增加,实验测得低频隔振系统的最大振动频率为0.66Hz。基于空气弹簧的力学模型,应用ANSYS软件构建了隔振系统的数值模型。将激振器的振动数据作为外部激励,并将计算结果与隔振系统的试验数据进行了比较分析。有限元模型输出的加速度时程与振动测试的加速度时程基本一致。

关键词：带附加气室空气弹簧低频微振动刚度六自由度解析模型有限元模型

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