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关于振动

发表时间:2022-03-29 14:04


关于振动

   随着科技的发展,工业、科研制造研究领域的精度越来越高,原来被大家忽略不计的振动,也越来越受到大家的关注。振动会对人们的日常工作带来什么影响呢?振动会影响仪器设备功能,降低机械设备的工作精度,加剧构件磨损,甚至引起结构疲劳破坏……

   说到「振动」一词大家可能会想到地震时或者坐车时候的那种「摇晃」的感觉。实际上我们的日常生活中也有好多我们感觉不到或者用肉眼看不到的微小的振动。这些微小振动可能会对我们的日常生活没什么影响,但在一些高端的技术领域,有个一微米(μm)的微小振动也可能会造成很严重的后果。

●什么是隔振

   振动系统包括三部分:振动源,振动传播路径及振动接收结构。

   Vibration isolatio 又称振动隔离,简称“隔振”。在振动源和待隔振系统之间的振动传输通道上加装弹性元件,用以减少振动从振动源传输到待隔振系统的能量。振动隔离通常采用隔振器(具有力劲和阻尼的弹性元件),它可以在宽的频率范围内控制振动,适用于简谐的、周期的、宽带的随机振动等情况。隔振在土木、航空航天、精密制造与加工等领域广泛地使用隔振技术。

   隔振大致分为被动隔振、主动隔振和主/ 被动混合隔振三类。

   被动隔振是在振动传播途径中加入被动元件,如弹簧,橡胶,空气弹簧等,以减小传递到接收结构的振动强度。结构简单、易于实现、工作可靠、不额外消耗外界能源是被动隔振的突出优点。鉴于此,被动隔振在工程中得到了广泛的应用。

   主动隔振[1] 是在被动隔振的基础上,并联能产生满足一定要求的作动器,或者用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件,通过适当控制作动器的运动,达到减振的目的。它特别适用于超低频隔振和高精度隔振。主动隔振按形式可分为完全主动隔振和主动/ 被动混合隔振。由于完全的主动隔振结构较复杂、需消耗大量的能源,因而限制了它的应用,混合隔振综合了主被动隔振的优点。

●为什么要隔振2018-2-光学平台-4.jpg


   比较理想的状态是将精密仪器设备远离各种振源,避免受到振动的影响。现在随着经济的发展,交通等方面的快速发展,容易遇到地铁、车辆、加工机等各种振源对测试仪器造成振动影响,因此我们必须采取措施,将这些振动的影响更大幅度的消除,保障科研生产顺利进行。

●隔振的基本原理

   就是在振源和设备或其他物体之间用弹性或阻尼装置连接,使振源产生的大部分能量由隔振装置吸收,以减小振源对设备的干扰。

   分类:主动隔振(积极隔振)与 被动隔振(消极隔振),如下图所示:2018-2-光学平台-5.jpg

其中: m —机器的质量k—弹性装置的刚度c(或h/ω)—弹性装置的阻尼

当机器的振幅为0 X 时,它传递到底座上的力有两部分:一部分通过弹簧传递到基础上,即弹簧力 0 ; kX另一部分是由阻尼器传到地基上的力,即阻尼力0 cωX (或 0 hX )。机器的受力分析和力矢量的关系T F 是上述两力的矢量和。2018-2-光学平台-5.jpg


将上式画成力传递曲线,如下图所示,从图中可以看出:

如图所示,传递到地基上的力幅

(1)当ω << 1时,S ≈ 1,当系统的固有频率远大于激励频率时,隔振效果几乎没有;

(2)当ω < 2时,S > 1,不但没有什么隔振效果,反而会将原来的振动放大;

(3)当ω = 1时,系统还要产生较大的共振振幅;

(4)当ω > 2时,S < 1,振动隔离才有可能。

振动量的单位:

   位移、速度、加速度

振动量

计量单位

辅助计量单位

正弦振动的场合

瞬时振幅值

max振幅值

位移 (displacement)

m

cm mm μm

x(t)=Dsin(ωt + φ0)

D

速度 (velocity)

m/s

cm/s mm/s

v(t)=dx/dt
   =D
ωcos(ωt+ φ0)

V=Dω

加速度 (acceleration)

m/s2

m/s2 Gal(=1cm/s2) G(=9.80665m/s2)

α(t)=d2x/dt2
=-Dω2sin(ωt+ φ )
0

A=Dω2

正弦振动的位移振幅:x;max位移振幅:D;初期位相:φ0;频率:f;角频率:ω(=2πf )

速度振幅:υ;加速度振幅:α;max速度振幅:V;max加速度振幅:A

振幅比与振动dB 值的关系

隔振系统的构成

通常隔振系统有以下组成部分(如图①)

1. 放置应用装置的平台

2、 三个以上的弹簧、阻尼器、制动器、传感器等

3、 基础框架(通常有水平调节器和轮脚等,在图①中没有显示),它支撑着“应用装置”并且使“应用装置”上的振动处于地面振动频段中较低频段而高于某一特定频率数值。

振幅比 V/V0

100

31.6

10

3.16

1

0.316

0.1

0.0316

0.01

0.00316

0.001

dB 值 L(dB)

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

2018-2-光学平台-6.jpg

环境振动标准 ISO,IEST(VC-A ~ G)

标准曲线

规定max振幅值 (1)

对象尺寸 (2)

适用范围

μm/s

μinch/s

dB

μm

工厂 (ISO)

800

32,000

90

N/A

适用于工厂及对振动不敏感的区域 ( 明显感觉得到的振动 )

办公室 (ISO)

400

16,000

84

N/A

适用于办公室及对振动不敏感的区域 ( 感觉得到的振动 )

住宅 (ISO)

200

8,000

78

75

适用于睡眠区域 ( 几乎感觉不到的振动 ) 计算机机器、探针测试仪器
低放大率 (20 倍以下 ) 显微镜

手术室 (ISO)

100

4,000

72

25

适用于睡眠区域 ( 人体感觉不到的振动 ) 放大率 100 倍以内的显微镜 其他灵敏度低的仪器

ISET VC-A

50

2,000

66

8

400 倍以下的光学显微镜 微量枰、光学枰
近接 / 投影光刻机

ISET VC-B

25

1,000

60

3

1000 倍以下的光学显微镜
线宽 3μm 的集成电路检测及曝光机 ( 包含 步进机 )

ISET VC-C

12.5

500

54

1~3

线宽 1μm 的集成电路检测及曝光机

ISET VC-D

6.25

250

48

0.1 ~ 0.3

电子显微镜 (TEM,SEM) 内涵电子线系统的装置

ISET VC-E

3.12

125

42

<0.1

光路长、target 小的雷射系统   奈米级的电子线曝光机 特别需要高稳定性的系统

ISET VC-F(3)

1.56

62.5

36

N/A (30nm)

为了超级安静的研究空间的规格 只适用于评价用标准

ISET VC-G(3)

0.78

31.3

30

N/A (10nm)

为了超级安静的研究空间的规格 只适用于评价用标准



注释

(1) 以1/3 倍频谱来规定的振动值。

   VC-A.B 是带宽 8 ~ 80Hz、

    VC-C ~ G 是带宽 1 ~ 80Hz

   dB 值的标准速度为 1μinch/sec 。

   规定速度是平均速度的有效值(rms) 。

(2) 对象尺寸意味着精密电子制造业之线宽、医学和药学研究之粒子( 或细胞) 等的尺寸。

(3) 于2005 年的改订,加VC-F、VC-G。

[ 注意]

本规格只是参考建议指南,

必须按照每个仪器的特性或使用目的来个别考虑!!

选择合适您的防震平台应2018-2-光学平台-9_02.jpg2018-2-光学平台-9_03.jpg

2018-2-光学平台-9_04.jpg2018-2-光学平台-9_05.jpg



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