كيف " عزل " اهتزاز المعدات الدقيقة ؟ -- تحليل عميق السلبي العزلة الاهتزاز المبادئ والمعايير الرئيسية

في مرحلة مبكرة من المحتوى ، ونحن قد أدركت أن الاهتزاز على المعدات الدقيقة " الشبح " الضرر " ، و من خلال منحنى فهم الرأسمالي " الفحص البيئي " الأسلوب . عندما ظهرت مشكلة الاهتزاز ، الاهتزاز السلبي العزلة ، مثل تطبيق واسع زوي الحل ، مع عدم وجود الطاقة الخارجية ، منخفضة التكلفة ، وموثوقية عالية من المزايا ، أصبحت معظم المعدات الدقيقة شو الاختيار . في هذه الورقة ، فإننا سوف تركز على عزل الاهتزاز السلبي ، ونظام تفكيك الجوهر المادي ، المبدأ الأساسي ، منطق التصميم ومعايير تقييم الأداء ، وتوفير الدعم النظري لاختيار وتصميم نظام عزل الاهتزاز السلبي . . . . . . .

واحد جوهر العزلة الاهتزاز : خلق هادئة " المكروية "

الهدف الأساسي من العزلة الاهتزاز ليس القضاء على جميع الاهتزازات التي لا يمكن تحقيقها في الواقع ، ولكن بناء " فلتر الاهتزاز " بين مصدر الاهتزاز ( مثل الأرض ، محيط المعدات ) و حماية المعدات الدقيقة . من خلال تغيير مسار وكفاءة نقل الطاقة الاهتزاز ، الاهتزاز الطاقة المنقولة إلى الجهاز هو تقلص إلى حد كبير ، وتأثير الاهتزاز هو التحكم في الدقة المسموح بها مجموعة من المعدات ، وبالتالي ضمان دقة التشغيل ، وموثوقية البيانات ، وخدمة الحياة من المعدات ، وخلق بيئة هادئة نسبيا من المعدات .

مع 7 نانومتر رقاقة الطباعة الحجرية في صناعة أشباه الموصلات ، على سبيل المثال ، طاولة العمل من آلة الطباعة الحجرية يجب نقلها في نانومتر الدقة . إذا كانت الأرض ينقل 0.01 ملليمتر ( حوالي 1 / 5 من قطر الشعر ) من الاهتزاز ، وسوف يؤدي مباشرة إلى نمط الطباعة الحجرية الإزاحة ، مما أدى إلى رقاقة الخردة . عند هذه النقطة ، السلبي العزلة الاهتزاز التكنولوجيا تحتاج إلى السيطرة على تأثير الاهتزاز الخارجي على المنضدة في " subnanometer " ، من خلال مرونة التخميد عنصر العمل التعاوني ، عملية الطباعة الحجرية لبناء " الاهتزاز لا يمكن تجاهلها " بيئة مستقرة ، وهذا هو انعكاس نموذجي من العزلة الاهتزاز السلبي الجوهر .

المفاهيم الأساسية و معايير الأداء الرئيسية السلبي العزلة الاهتزاز

فهم أساس العزلة الاهتزاز السلبي هو فهم المفاهيم الأساسية ومؤشرات الأداء ، الذي هو شرط مسبق لمتابعة تحليل وتصميم المبادئ .

1 - تعريف المفاهيم الأساسية ودورها

2. تحليل الأداء الرئيسية

ل عزل الاهتزاز الكفاءة ( η ) : يكمل نقل الاهتزاز ، الصيغة الحسابية η = ( 1-t ) × 100 ٪ . على سبيل المثال ، عندما ر = 0.2 ، η=80%， هذا يدل على أن 80 ٪ من الطاقة الاهتزاز معزولة ، فقط 20 ٪ يتم نقلها إلى المعدات ، والتي يمكن أن تعكس بشكل حدسي تخفيف الطاقة قدرة سلبية العزلة الاهتزاز النظام .

ل صدى الذروةماكسأقصى معدل نقل السلبي في نظام العزلة الاهتزاز صدى نقطة ( ص = 1 ، أي الإثارة التردد = التردد الطبيعي ) . تجاهل التخميد ، Tماكستقترب من اللانهاية . في الممارسة العملية ، من خلال تصميم معقول التخميدماكسالتحكم في نطاق الأمان أقل من 5 ، وتجنب الأضرار الهيكلية أو فشل المعدات الدقة بسبب الرنين .

ل مدى استجابة التردد : مدى التردد الذي يعمل نظام عزل الاهتزاز السلبي بفعالية ،(و)ص(و)0الفرقة . على سبيل المثال ، إذا كان النظام

و ₀ = 2 هرتز ، مجموعة فعالة من العزلة الاهتزاز و > 2.828hz ، لا يمكن أن تلعب دورا في عزل الاهتزاز منخفضة التردد أقل من 2.828hz ، الذي هو سمة طبيعية من العزلة الاهتزاز السلبي .

العزلة الاهتزاز السلبي(عزل الاهتزاز السلبي)المبدأ الأساسي : درجة حرية واحدة كتلة الربيع نظام التخميد

العزلة الاهتزاز السلبي هو نوع من العزلة الاهتزاز المستخدمة عادة من قبل زوي ، والتي لا تحتاج إلى مدخلات الطاقة الخارجية ، ولكن فقط من خلال نظام مكون من عناصر مرنة ( مثل الربيع ، والمطاط ، التخميد العناصر ( مثل مخمدات ) .منتدى

أبسط وأهم نموذج نظريدرجة حرية واحدة كتلة الربيع نظام التخميد（الشكل 1ووهو يصف بشكل تجريديبشكل سلبيالخصائص الفيزيائية الأساسية من نظام العزلة الاهتزاز هو الأساس النظري لتصميم جميع معقدة الاهتزاز المعزل .

تكوين نموذج النظام

هذا النظام هو النموذج الأساسي لفهم العزلة الاهتزاز السلبيس

الشكل 1

ل معزولةجودةكتلة مسكتلة معزولة الاهتزاز تحميلوستحتاج إلى أن تكون ممثلةعزلكتلة واحدة مع عدم وجود صدى داخليكتلة ( الوحدة : كجم )منتدى

ل زنبرك( أ )ك: صلابة الربيعوس مرونة عنصر الدعم ( على سبيل المثال ، ربيع الهواء في مركز متابعة التجارة هوائي الاهتزاز المعزل ) يمثل الاهتزاز المعزل .دعم الحمل ، وتطبيق قوة على الحمل ، والتي يتم الحصول عليها من الصيغة التالية :

بينووعلى التوالي تمثل الأرض（مصدر الاهتزازوتحميل موقع ديناميكيأصغر الربيع صلابة ك ، وانخفاض التردد الطبيعي و ₀ النظام ، من السهل الوصول إلى فعالية العزلة الاهتزاز في المنطقة .

ل المثبط ( ب )معامل التخميدقالتخميد الثقوب في العناصر التي تمثل استهلاك الطاقة الذبذبات مثل مركز متابعة التجارة gimbal بيستون、 التخميد النفط في maxdampوتبديد الطاقة يتحقق عن طريق تحويل الطاقة الحركية من كتلة إلى حرارة ( مثل حرارة الاحتكاك من السوائل في التخميد حفرة ) ، وأخيرا استعادة النظام إلى الراحة .منتدىويتحقق ذلك عن طريق توليد قوة تتناسب طرديا مع سرعة التحميل بالنسبة إلى الأرض وفي الاتجاه المعاكس :

من المعادلة الميكانيكية ، يمكننا أن نرى أن هناك اثنين من المعادلات，الاهتزازات الأرضية تنتقل إلى كتلة معزولة في شكل قوة من خلال الينابيع ومخمدات . جوهر العزلة الاهتزاز السلبي هو تغيير كفاءة نقل الاهتزاز من خلال ضبط المعلمات ك ، ب ، م ، وتحقيق الهدف من " تصفية " الاهتزاز .

و صيغة منحنى خصائص الاهتزاز نقل قيم

عادة ، ونحن لا تستخدم المعلماتم، ك، ببدلا من ذلك ، مجموعة جديدة من المعايير المحددة التي يمكن أن تكون أكثر صلة مباشرة الملاحظة خصائص كتلة الربيع النظام .

الأول هو التردد الطبيعي :

وهو يصف تردد التذبذب الحر دون أي التخميد ( ب = 0 ) . عادة ، واحدة من اثنين من المعلمات المشتركة المستخدمة لوصف التخميد في النظام : عامل الجودة س و نسبة التضاؤلζ

معدل انتقال هذا النظام المثالي هو :

（1）

الرسم البيانيعدة عوامل الجودة المختلفةسمنحنى معدل انتقال النظام مع نسبة التردد . رسمسالقيم تتراوح من 0.5 إلى 100 .Q = 0.5الحالة هي حالة خاصة تسمى التخميد الحرجة ،عندما يكون النظامحدثعندما يتم تحريرها بعد التشرد ، التخميد مستوى التوازن الكلمات لا يمكن تجاوزها . نسبة التضاؤل هو نسبة نظام التخميد التخميد الحرجة .نحن نستخدم س بدلا منζ، لأنه في حالة س أكبر من حوالي 2 ، في أوميغا = أوميغا 0الالوقت T≈Q。（بينأوغوأو0و = 2. لا

الشكل 2

تختلف قيمة س ( مستوى التضاؤل ) من نظام إلى آخر ، فإن معدل التحويل يختلف مع نسبة التردد R )و(و)تردد الإثارة ، f0التردد الطبيعيالتغييرات تظهر قواعد واضحة ويمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل

ل متزامن الاهتزاز الجزء ( ص < 1 ، و < و ₀ ) : ر ₀ 1 ، كتلة معزولة تتحرك بشكل متزامن مع الأرض ، ربيع المثبط لا يمكن أن تلعب دور العزلة الاهتزاز . على سبيل المثال ، عندما تردد الاهتزاز من الأرض هو 1 هرتز ، و ₀ = 2 هرتز ، الجهاز سوف يهتز بشكل متزامن مع اهتزاز الأرض 1 هرتز دون عزل الاهتزاز .

ل صدى خطر الجزء ( ص ∶ 1 ، و ∶ و ₀ ) : ر > 1 ، الاهتزاز هو تضخيم ، تضخيم عامل يساوي تقريبا س ( ف أكبر ، أعلى صدى الذروة ) . رماكسأكثر من 5 ، مما قد يؤدي إلى تشوه هيكل أو دقة فشل المعدات ، وزيادة التخميد ( انخفاض ف ) للحد من صدى الذروة .

ل فعالية العزلة الاهتزاز الجزءوf₀）：هذا هو المجال الذي يعمل المعزل .ر يتناقص مع زيادة صتأثير العزلة الاهتزاز هو تعزيز تدريجيا . عند هذه النقطة ، أصغر التخميد ( ف أكبر ) ، أصغر تي قيمة أفضل عزل الاهتزاز تأثير . ومن الواضح أن انخفاض التخميد هو أكثر فائدة في فعالية العزلة الاهتزاز .

هذا المنحنى يكشف بوضوح التناقض الأساسي السلبي العزلة الاهتزاز : زيادة التخميد يمكن كبح جماح صدى ، ولكن يمكن أن تضعف فعالية العزلة الاهتزاز . الحد من التخميد يمكن أن تزيد من فعالية العزلة الاهتزاز ، ولكن سوف تزيد من خطر الرنين .منتدى

حجم الحركة من القوة التي تمارس مباشرة على الحمل تنتقل إلى الحمل .صيغة1معبرمختلفة قليلا . هذه وظيفة نقل أبعاد التشرد الناجم عن وحدة القوة ( على سبيل المثال ، م / ن ) ، وبالتالي لا ينبغي الخلط مع ( أبعاد ) نقل قيم :

الرسم البيانيرسم منحنى الدالة مع تغيير التردد ، والحد من قيمة س سوف يقلل من استجابة التحميل على جميع الترددات .

الشكل 3

مركز متابعة التجارة maxdamp ® الاهتزاز المعزل يستخدم هذه الخاصية ، التي هي مناسبة للتطبيقات حيث الاضطرابات الرئيسية التي تنشأ من عزل الاهتزاز تحميل نفسها . الشكل 43المجال الزمني استجابة تحميل المقابلة منحنى . هذا الرسم البياني يوضح أيضا التوهين من اضطراب النظام . تخفيف المغلفمنتدى

الشكل 4

النظام الفعلي و الرسم البياني1هناك بعض الاختلافات الهامة في نموذج بسيط ، وأهم شيء هو أن النظام الفعلي لديه ست درجات من حرية الحركة ( DOF ) . هذه درجات الحرية ليست مستقلة ، وهناك اقتران قوي في معظم النظم . على سبيل المثال“أفقي نقل وظيفة" وعادة ما تظهر اثنين من القمم الرنانة ، لأن الحركة الأفقية من الحمل يسبب حركة مائلة ، والعكس بالعكس .

رابعا تصميم الهدف من الاهتزاز المعزل、الأفكار والمفاوضات الرئيسية

（واحدوتصميم الهدف الأساسي

جوهر تصميم المعزل السلبي هو " مطابقة التردد الطبيعي و نسبة التضاؤل ₀ζ " لتحقيق هدفين رئيسيين :

(1) التأكد من أن النظام يمكن أن تدخل منطقة عزل الاهتزاز الفعال) ، وهذا هو ، مما يجعل المعدات التي تواجه في الواقع تردد الاهتزاز الرئيسي و > >(و)0

(2) صدى قيمة الذروة التي تسيطر عليها في نطاق السلامة لتجنب الأضرار الناجمة عن صدى على المعدات .

ولذلك ، فإن الهدف الأساسي من الاهتزاز المعزل هو واضح جدا .منتدىعلى أساس صيغة التردد الطبيعي，انخفاض و هو توسيعمفتاح فعالية عزل الاهتزاز في المنطقة - انخفاض و ، بداية تردد فعال عزل الاهتزاز في المنطقة )(و)0أقل ، يمكن أن تغطي المزيد من التردد المنخفض الاهتزاز المشهد ( على سبيل المثال ، 2-10hz الاهتزازات الأرضية المشتركة ) .ك هو صلابة من الاهتزاز المعزل ( ليونة أفضل ) م هو كتلة من الاهتزاز المعزل ( أثقل أفضل )منتدى

` 2 ` أفكار تصميم محددة

تصميم أفكار واضحةهناك طريقتان للحد من f ₀ :

1. الحد من عنصر مرونة صلابة ك اختيار " أكثر ليونة " عنصر مرونة ، والحد من التشرد وحدة القوة المطلوبة ، وبالتالي الحد من صلابة النظام . على سبيل المثال :

مركز متابعة التجارة تعويم الهواء المعزل يستخدم صلابة منخفضة من الهواء المضغوط ، ويمكن أن تقلل من صلابة العمودي أقل من 10 ن / م ، مما يجعل النظام و 1.5-2.0hz ;

المطاط المعزل الاهتزاز يمكن أن تقلل من صلابة من خلال اختيار المواد المطاطية صلابة منخفضة ( على سبيل المثال ، شور صلابة 30-50 درجة ) .

2. زيادة كتلة معزولة م，عندما صلابة من عنصر مرونة ثابتة ، وزيادة كتلة معزولة يمكن أن تقلل من f ₀ مباشرة .

على سبيل المثال :

الجرانيت منصة 500-1000kg تستخدم عادة في دقة المعدات البصرية ، والتي يمكن أن تقلل من f ₀ النظام إلى أقل من 2 هرتز من خلال زيادة م وانخفاض ك قيمة الهواء الربيع .

أشباه الموصلات معدات الاختبار يمكن أن تزيد من استقرار النظام والحد من f ₀ بإضافة الحديد الزهر الوزن ( كتلة تصل إلى أكثر من 200 كجم ) . المفاضلة الرئيسية : " عزل الاهتزاز الأداء " مقابل " استقرار النظام "

ثالثا مفتاح تصميم المقايضة

هناك اثنين من المفاضلات الأساسية في تصميم العزلة الاهتزاز السلبي ، والتي تحتاج إلى تعديل بمرونة وفقا للمعدات المشهد .

و المفاضلة بين انخفاض و ثابت الاستقرار

أكثر ليونة من النظام ( ك أصغر ، وانخفاض f ₀ ) ، أفضل تأثير العزلة الاهتزاز ، ولكن أطول وقت الانتعاش بعد اضطراب ( على سبيل المثال ، الناس المشي ، الحركة الداخلية من المعدات ) ، أسوأ استقرار ثابت . . . على سبيل المثال ، فإنه يأخذ 5-10 ثواني و = 1 هرتز نظام العودة إلى حالة ثابتة بعد اضطراب . و ₀ = 5 هرتز نظام استرداد الوقت فقط 0.5-1 ثانية .

الحل الأمثل : السيطرة على تسوية ثابتة ، وتحسين مكافحة الميلتغطية القدرة .

و " صدى قمع " و " فعالية عزل الاهتزاز "وازن

زيادة التخميد ( ζ ) يمكن أن تقلل من قيمة ذروة الرنين ، ولكن يمكن أن يؤدي إلى زيادة قيمة ر فعالة في عزل الاهتزاز المنطقة وانخفاض كفاءة عزل الاهتزاز . انخفاض التخميد ( ζ الحد ) يمكن أن تزيد من فعالية العزلة الاهتزاز الكفاءة ، ولكن يمكن أن تزيد من صدى الذروة .

الحل الأمثل : تعديل زيتا حسب نسبة الإثارة تردد و

إذا كان البحث > 3 ( تردد الإثارة بعيدا عن f ₀ ، وانخفاض مخاطر الرنين ) : مع التخميد الصغيرة ( ζ = 0.05-0.1 ) ، وضمان فعالية عزل الاهتزاز هو المفضل .

إذا كان البحث = 1.5-2 ( الإثارة تردد يقترب من f ₀ ، مخاطر عالية من صدى ) : مع التخميد كبيرة ( ζ = 0.2-0.3 ) ، أول قمع صدى الذروة .

خمسة .سوء الفهم و الاتجاه الأمثل السلبي العزلة الاهتزاز تصميم

في تصميم واختيار نظام العزلة الاهتزاز السلبي ، فإنه من السهل أن يؤدي إلى تأثير سيء بسبب عدم فهم عميق من حيث المبدأ .

الخطأ 1 : السعي الأعمى منخفضة التردد الطبيعي و

سؤالالإفراط في تخفيض و سوف يؤدي إلى تسوية ثابتةستزيادة كبيرة قد يؤدي إلى قلب مركز الثقل العالي المعدات ( مثل عمودي photoetching آلة ) أو تلف عنصر مرونة ( مثل الربيع ) بسبب الإفراط في الضغط . وفي الوقت نفسه ، منخفضة جدا و سوف يطيل وقت الانتعاش اضطراب النظام ، مما يؤثر على الاستقرار الديناميكي للمعدات .

الاتجاه الأمثل :مجموعة معقولة و حسب الجهاز استخدام المشهد :

التردد المنخفض الاهتزاز البيئة ( على سبيل المثال ، 2-5hz اهتزاز الأرض في المختبر ) : و التحكم في 1.5-2.5hz لضمانو ₀ < 2 هرتز ، تغطي انخفاض وتيرة الاهتزاز ؛

متوسطة وعالية التردد الاهتزاز البيئة ( على سبيل المثال ، 10-50hz الاهتزاز في ورشة عمل ) : f ₀ تسيطر على 3-5hz والتوازن والاستقرار العزلة الاهتزاز تأثير ؛ رقابة صارمة على تسوية ثابتة لتجنب التسوية .

الخطأ 2 : إهمال وظيفة مزدوجة من التخميد ، والإفراط في زيادة أو نقصان التخميد

سؤالمن أجل تحقيق " جي بفعل العزلة الاهتزاز " في بعض التصاميم ، التخميد ( ζماكس> 5 ، دقة المعدات في تردد الرنين عندما تضررت بشدة . أو " تجنب صدى " زيادة التخميد ( ζ > 0.3 ) ، مما يجعل من فعالية العزلة الاهتزاز المنطقة ر > 0.3 ( عزل الاهتزاز كفاءة أقل من 70 في المائة ) ، لا يمكن تلبية متطلبات المعدات الدقيقة .

الاتجاه الأمثل :ضبط التخميد على أساس توزيع الترددات الإثارة :

أولا ، يتم الكشف عن تردد الاهتزاز البيئية من خلال منحنى الاستثمار الرأسمالي ، ونسبة البحث الرئيسية تردد الاهتزاز و النظام و ₀ مصممون .

إذا كان البحث > 3 ، ζ = 0.05-0.1 ( على سبيل المثال ، مع انخفاض التخميد المثبط الهواء العائمة المعزل ) ؛

سوء الفهم 3 : عنصر مرونة لا تتطابق مع الحمل ، وصلابة أو قدرة تحمل الخلل

المشكلة : عندما يتم اختيار عنصر مرونة ، وصلابة وقدرة تحمل لا تتطابق مع " وزن الجهاز + قاعدة الوزن " :

صلابة عالية جدا ( ك كبيرة جدا ) : مما يؤدي إلى ارتفاع وو ₀ > تردد الاهتزاز الرئيسي ، أي تأثير العزلة ؛

عدم كفاية قدرة تحمل ( تصنيف تحميل أقل من الحمولة الفعلية ) : عنصر مرونة طويلة تشوه ، وصلابة الفشل ؛

الحمولة الزائدة ( تصنيف الحمولة أكبر بكثير من الحمولة الفعلية ) : شكل متغير من عناصر مرنة صغيرة جدا ، لا يمكن أن تلعب " لينة دعم " وظيفة ، و ₀ عالية .

الاتجاه الأمثل: حساب دقيق للحمولة الإجمالية ممجموع= وزن المعدات + وزن القاعدة ، وفقا ل F ₀ القيمة المستهدفة ، من خلال صيغةحساب صلابة المطلوبة ؛ عند اختيار عنصر مرونة ، تأكد من تصنيف الحمولة ممجموع1.2-1.5 مرات لتجنب الزائد أو عدم كفاية التحميل ؛

عند عزل الاهتزاز متعددة ارتكاز ( على سبيل المثال ، أربعة المعزل دعم المعدات ) ، تحميل كل ارتكاز يجب أن تكون موحدة ، وصلابة الانحراف الناجم عن تفاوت قوة مرنة عنصر يمكن تجنبها .

ستةملخص و ممارسة مركز متابعة التجارة

العزلة الاهتزاز ليس " أكثر صرامة وأفضل " ، ولكن يجب أن يكون على أساس نتائج التقييم الرأسمالي منحنى ، جنبا إلى جنب مع متطلبات الدقة التجريبية والبيئية خصائص الاهتزاز ، واختيار الخطة . جوهر TMC العزلة الاهتزاز التكنولوجيا المستخدمة على نطاق واسع في مجال الدقة العالمية يكمن في حقيقة أن TMC العزلة الاهتزاز التكنولوجيا دائما يأخذ " النظرية كأساس ، المشهد والتوجيه " .من الكلاسيكية جيمبل بيستون ™ تعويم الهواء الاهتزاز المعزلإلىالتخميد عالية maxdamp ® سلسلة ، وتصميمها بدقة اتبع هذه المبادئ الأساسية ، في المشروع لتحقيق جي جي ، للعملاء في تطبيق مختلف السيناريوهات لتوفير حلول العزلة الاهتزاز .

في الجزء التالي ، ونحن سوف تركز على التصميم الهيكلي ، اختيار المعلمة وطريقة تطبيق نموذجي حالة مركز متابعة التجارة .مساعدة الجميع على فهم أفضل اختيار وتطبيق نظام العزلة الاهتزاز السلبي ، يرجى نتطلع إلى! يا إلهي

. . . ـ