CN111222262B - 基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明RR公开一种基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法，该方法包括：1)获取相关信息数据，以确定振动设计需求；2)根据工程设计经验以及上述设计需求，确定初步设计方案；3)基于初步设计方案，计算目标设备加速度A，并判断目标设备加速度A是否超过容许加速度[A]；当A＞[A]时，返回步骤2)修改初步设计方案；当A≤[A]时，进行步骤4)；4)计算运动部件质心高度h1以及目标设备质心高度h2，当h1/h2＞1/3时，返回步骤2)修改初步设计方案；当h1/h2≤1/3时，进行步骤5)；5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模；6)进行时域分析和频域分析，最终确定优化设计方案。

Description

基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法

技术领域

本发明涉及气浮隔振技术领域，特别是涉及一种基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法。

背景技术

目前，传统技术方法在针对精密设备的微振动控制时，通常采用经验设计法和数值分析法，可能导致对于不同类工况设计有偏差，或者会使工程设计计算量大，成本高。总结之，传统方法具有以下缺点：

经验设计法。传统技术方法在针对精密设备微振动控制时，通常采用经验分析法，但是实际工程中工况复杂，经验分析法有很大的局限性，并不能完全适用，可能造成很大的偏差。

数值分析法。有限元分析方法使用大量的数值进行分析，设计不同的方案进行优化比较，精细度较高，但是设计工期长，耗费大，使成本偏高，不符合现在发展需求。

因此需要新的技术和方法，以解决现有技术中存在不足。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法。该技术基于以往工程的设计经验，通过运动质量比的控制和质心高度值的评判，构建精细化模型，达到质量刚度重合的设计目标，可以快速建立基于运动质量比的气浮隔振平台性能优化设计方案，表现出方案设计比选速度快，性价比高的优越性。

根据本发明的一方面，提供一种基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法，包括：

1)获取相关信息数据，以确定振动设计需求，所述信息数据包括目标设备中的运动部件质量和尺寸大小、目标设备质量和尺寸大小、运动部件最大加速度、容许加速度[A]；

2)根据工程设计经验以及上述设计需求，确定初步设计方案；

3)基于初步设计方案，计算目标设备加速度A，并判断目标设备加速度A是否超过容许加速度[A]；当A＞[A]时，返回步骤2)修改初步设计方案；当A≤[A]时，进行步骤4)；

4)计算运动部件质心高度h1以及目标设备质心高度h2，并判断h1/h2是否大于1/3；当h1/h2＞1/3时，返回步骤2)修改初步设计方案；当h1/h2≤1/3时，进行步骤5)；

5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模；

6)进行时域分析和频域分析，最终确定优化设计方案。

优选地，所述基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法在步骤5)和6)之间还包括模态计算分析和模态判断，当目标设备基本频率f1小于基本频率容许值[f]时，进行时步骤6)，否则返回步骤5)修订参数化精细建模。

优选地，所述目标设备为精密仪器设备。

有益效果：本发明方法针对振动环境引起气浮平台隔振性能发生的改变，可适用于具有运动的精密加工类上部构件，其运行过程中需要气浮平台进行减隔振处理；基于运动质量比和质心高度改变气浮隔振系统性能的设计方法，具有平衡外部振动、构件运动并使构件整体受力均匀保持稳定的效果，对于具有运动性质的气浮平台构件设计方法是一种高效快速的方案优选流程。

该方法具有如下特征：

(1)以质刚重合为设计目标的精密设备微振动控制。具有质刚重合特征的结构，其稳定性好，受力均匀。该设计方法应用在带有运动工艺的精密加工类设备上，可以有效减少环境振动对设备运行产生的不利影响。

(2)考虑运动质量比。运动构件与设备总质量的比过大，会使整体加速度增大，会使振动对设备运行影响更大。

(3)考虑上部设备质心高度值。维持结构整体稳定性，达到受力均匀。

(4)基于质刚中心重合的设计考虑。此类构件受力均匀，稳定性好，形成一种高效快速的设计思维，适用于不同类型设备的设计路径。

附图说明

图1为根据本发明的实施方案的基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应该理解的是，精细建模、有限元、模数、时频域分析等技术手段本身为本领域中所熟知，因此，本发明重点说明基于高宽比因素的设计方法。

图1为根据本发明的实施方案的基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法的流程示意图。

如图所示，本发明的方法可以包括如下步骤：

确定振动设计需求：考虑隔振目标设备(例如精密设备)外观，形状，尺寸；目标设备运行中产生位移的部分(运动部件)的质量大小；目标设备质量大小；运动部件最大加速度Amax；控制允许标准；容许加速度[A]；振源信息；目标设备(系统)基本频率以及容许频率等，根据以上信息确定气浮隔振平台的设计需求。

初步设计方案：基于以往工程设计经验和设计需求，以质刚重合为设计目标，初步设计气浮隔振平台承载力，数量，T型台尺寸等参数。

容许加速度判别：在初步设计方案基础上进行参数计算，根据牛顿第二定律F＝ma计算判别系统加速度：A＝WG1·Amax/WG2≤[A]，化简为A/Amax≤[A]/Amax，其中，A为目标设备加速度，WG1为运动部件质量，Amax为运动部件最大加速度，WG2为目标设备质量，[A]为容许加速度。目标设备加速度小于容许加速的情况下进行下一步判定，若不满足则返回修改初步方案。

质心高度判别：引入质心高度判别使运动部件质心高度在容许范围内，追求质刚重合的目标，低于标准值的质心高度具有更好的稳定性。其中h1为运动部件质心高度，h2为设备质心高度。判别h1/h2≤1/3，若满足进行下一步设计，若不满足则返回修改初步方案。

建立参数化精细建模：在初步经验设计方案的通过的情况下，建立参数化模型对气浮隔振平台的性能化设计精确模型计算。

然后可以对模型进行模态计算分析：包括输入工程的实际参数进行模态计算，对整体系统的振动特性进行模拟计算，以及进行模态判别：对于模态计算结果进行必然性判断，使振动模拟结果符合标准要求，对于超标的设计方案，重新建立参数化模型，符合标准的方案进行下一步分析。例如当目标设备基本频率F1小于基本频率容许值[F]时，进行下一步骤，否则返回参数化精细建模进行修订。

最后进行时频域分析：通过对对模拟信号的时域分析与频域分析，最终确定方案的正确性。

本发明为了快速且精准研究气浮隔振性能最优化设计方案，引入了运动质量比的相关概念，即运动部分质量与设备总质量的比值，用运动部分质量比的大小作为衡量气浮隔振性能的标准，更加高效。引入质心高度判别使运动部件质心高度在容许范围内，追求质刚重合的目标，低于标准值的质心高度具有更好的稳定性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法，包括：

1)获取相关信息数据，以确定振动设计需求，所述信息数据包括目标设备质量和尺寸大小，目标设备中的运动部件质量和尺寸大小、运动部件最大加速度、容许加速度[A]；

2)根据工程设计经验以及上述设计需求，以质刚重合为设计目标，初步设计气浮隔振平台承载力、数量、T型台尺寸参数，确定初步设计方案；

3)基于初步设计方案，计算目标设备加速度A，并判断目标设备加速度A是否超过容许加速度[A]；当A＞[A]时，返回步骤2)修改初步设计方案；当A≤[A]时，进行步骤4)；其中容许加速度判别包括：在初步设计方案基础上进行参数计算，根据牛顿第二定律F＝ma计算判别目标设备加速度：A＝WG1·Amax/WG2≤[A]，化简为A/Amax≤[A]/Amax，其中，WG1为运动部件质量，Amax为运动部件最大加速度，WG2为目标设备质量；

4)计算运动部件质心高度h1以及目标设备质心高度h2，并判断h1/h2是否大于1/3；当h1/h2＞1/3时，返回步骤2)修改初步设计方案；当h1/h2≤1/3时，进行步骤5)；

5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模，包括在初步经验设计方案的通过的情况下，建立参数化模型对气浮隔振平台的性能化设计精确模型计算，然后对模型进行模态计算分析：包括输入工程的实际参数进行模态计算，对整体系统的振动特性进行模拟计算，以及进行模态判别：对于模态计算结果进行必然性判断，使振动模拟结果符合标准要求，对于超标的设计方案，重新建立参数化模型，符合标准的方案进行下一步分析；

6)进行时域分析和频域分析，最终确定优化设计方案。

2.根据权利要求1所述的基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法，当目标设备基本频率f1小于基本频率容许值[f]时，进行时步骤6)，否则返回步骤5)修订参数化精细建模。

3.根据权利要求1所述的基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法，其中所述目标设备为精密仪器设备。