大型光学测试设备用空气弹簧支承的减振性能分析

作者:陶成玉 刊名:光学机械 上传者:池海锋

【摘要】 我所正在研制的近距离光学传递函数测量装置,其大型光学测试台长9.4米,最宽处为3.6米。一些高精度光学测试仪器在这个光学台上工作,因此,对支承的减振性能有较高的要求。我们将大型光学测试台安装在一个具有较高刚度,钢筋混凝土结构的“T”形梁上,再用14个空气弹簧,将两者作为一个整体支承起来,负荷总重量约36吨。

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我所正在研制的近距离光学传递函数测量装置,其大型光学测试台长9.4米,弓最宽处为3.6米。一些高精度光学测试仪器在这个光学台上工作,因此,对支承的减振性撤有‘较高的要求。我们将大型光学测试台安装在一个具有较高刚度,钢筋混凝土结构的“T”形梁上,再用14个空气弹簧,将两者作为一个整体支承起来,负荷总重量约36吨。翼鹰犷丰l长婚6!图1空气弹簧支承分布位置图2空气弹簧支承结构14个空气弹簧的分布位置如图1所示。它与整体重心位置相匹配,使每个空气弹簧承受的载荷尽可能的一致。对光学测试设备使用空气弹簧支承来讲,此要求是很重要的。当每个空气弹簧承受的载荷有变化时,为了保证整个装置的工作高度保持一定,每个空气弹簧都带有一个高度控制阀。实践证明,这样的设计能够保持整个光学测试装置的工作稳定性。_我们采用的空气弹簧支承结构如图2所示。1是胶囊气室、2是上活塞(其内容积可称作附加气室)、3是载荷、4是底座和地基、5是高度控制阀和管路系统。一、对减振性能的要求从防振观点来看,大型光学测试设备的工作环境还是比较好的。例如:与安放近距离光学传递函数测量装置相类似的房间,其地表振动频率通常为5赫,振幅为0.4微米,当受到通风设备、空压机等振源影响时,地表振动频率仍为5赫,而振幅接近1微米,并叠加有频率为20赫,振幅较小的振动。因此,我们对采用的空气弹簧支承系统的减振艇能提出如下要求:1.自振频率应低于2赫,2.对高于5赫的强迫振动,振幅传递率应不大于1710,从而使地基传递来的、高于5赫的振动基本被完全隔离滤掉,对高于2赫、低于5赫的强迫振动,支承系统也要起到减振作用,即振幅传递率应小于1;在共振状态下,光学测试设备应停止工作。当然,对大型光学设备来讲,共振状态通常是不会出现的。即使出现,也是短暂瞬间共振。而且,由于阻尼一19一的存在,共振状态的振幅幅值会被限制在允许的范围之内。二、空气弹簧支承的力学模型空气弹簧是在一个密闭的胶囊容器中充入较高压力的空气,利用空气的可压缩性来实现弹簧的作用。通常在胶囊气室和附气室之间设有一个节流孔。当空气流过节流孔时,由于阻力的存在而吸收一部分振动能量,从而起到减振阻尼的作用。在这种情况下,空气弹簧支承可用图3所示的力学模型川来表示。以此作为我们对空气弹簧支承的减振性能进行分析计算的基础和依据。_图3表明:空气弹簧支承相。当于一个弹性支承的减振器系‘统;即刚度为KC,的弹簧和阻尼系数为d:的阻尼器并联,两者又与刚度为C:的弹簧串联,然后再将它们和刚度为CZ的弹簧并图3联。在图3中,所示各元素的数学表达式’”为:C,二切(P+Po)F“/U,CZ=P(dF/d戈)}空气弹簧支承力学模塑d,=R下F么,下=1.2(P+P。/100“K二F,/犷2尸=PF在公式组(1)中:P空气弹簧的内压力扒大气压力F空气弹簧的有效面积dF/d二空气弹簧的有效面积变化率R流量阻尼系数?空气比重蚕:F,胶囊气室容积犷:附加气室的容积K容积比m多变指数。在等温过程。=1,在绝热过程m=1.4,在一般动态过程1我所正在研制的近距离光学传递函数测量装置,其大型光学测试台长9.4米,最宽处为3.6米。一些高精度光学测试仪器在这个光学台上工作,因此,对支承的减振性能有较高的要求。我们将大型光学测试台安装在一个具有较高刚度,钢筋混凝土结构的“T”形梁上,再用14个空气弹簧,将两者作为一个整体支承起来,负荷总重量约36吨。[1]郭荣生;空气弹簧悬挂的设计与计算,四方机车车辆研究所,1973。 [2]机械工程设计手册,第30篇,机械工业出版社,1980。 [3]长春汽车研究所悬

参考文献

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