CN112392892B - 一种减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减振装置，包括：四通管；四个波纹管，其分别连接至四通管的四端，不相对的第一波纹管和第二波纹管远离四通管的端部均为开口端，第三波纹管和第四波纹管远离四通管的端部均为封闭端；第一减振支架一端转动连接至第一波纹管的开口端且另一端可相对于第三波纹管摆动地连接至第三波纹管的封闭端，第二减振支架一端连接至第二波纹管的开口端且另一端可相对于第四波纹管摆动地连接至第四波纹管的封闭端；第一波纹管和第二波纹管的开口端分别连接第一装置和第二装置，以首先经由第一波纹管、第一减振支架和第三波纹管减轻从第一装置传递至四通管的振动，再经由第四波纹管、第二振动支架和第二波纹管减轻从四通管传递至第二装置的振动。

Description

一种减振装置

技术领域

本发明涉及超精测量技术领域，尤其涉及一种减振装置。

背景技术

随着科学技术的发展，越来越多的科学实验如超精测量需要在真空环境下进行以保证精度，其通常利用处于真空环境下的测量装置如扫描隧道显微镜或电子显微镜等对工件进行测量和分析。为了提供真空环境，一般将测量装置放置在腔体中，并通过与该腔体密封连通的抽气装置如抽气泵抽出该腔体内的气体以使该腔体内形成真空。然而，抽气泵在运行过程中难以避免地会产生振动，该振动会因抽气泵与显微镜之间的连接而被传递至测量装置，从而对测量装置的正常工作造成影响，降低其观测精度甚至会使测量装置无法工作。现有技术中通常在抽气装置和测量装置之间仅简单安装波纹管来缓冲由抽气装置传递至测量装置的振动，这通常会存在减振效果不佳的问题。

因此，本领域对一种减振效果较好的减振装置存在需求。

发明内容

本发明旨在提供至少能解决上述部分技术问题的减振装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种减振装置，其连接在第一装置和第二装置之间以减轻从所述第一装置传递至所述第二装置的振动，所述减振装置包括：四通管，其四端两两相对；四个波纹管，其分别连接至所述四通管的四端且均与所述四通管连通，所述四个波纹管两两相对，且所述四个波纹管中不相对的第一波纹管和第二波纹管远离所述四通管的端部均设计为开口端，所述四个波纹管中与所述第一波纹管相对的第三波纹管和与所述第二波纹管相对的第四波纹管远离所述四通管的端部均设计为封闭端；两个减振支架，所述两个减振支架中的第一减振支架被构造成一端转动连接至所述第一波纹管的开口端且另一端无接触地延伸经过所述第一波纹管、所述四通管和所述第三波纹管而可相对于所述第三波纹管摆动地连接至所述第三波纹管的封闭端，所述两个减振支架中的第二减振支架被构造成一端连接至所述第二波纹管的开口端且另一端无接触地延伸经过所述第二波纹管、所述四通管和所述第四波纹管而可相对于所述第四波纹管摆动地连接至所述第四波纹管的封闭端，且所述第一减振支架与所述第二减振支架之间无接触；其中，所述第一波纹管的开口端和所述第二波纹管的开口端分别被构造成用于连接所述第一装置和所述第二装置，以首先经由所述第一波纹管、所述第一减振支架和所述第三波纹管减轻从所述第一装置传递至所述四通管的振动，再经由所述第四波纹管、所述第二振动支架和所述第二波纹管减轻从所述四通管传递至所述第二装置的振动。

与现有技术相比，本实施例中的减振装置可将来自第一装置的振动首先经由第一波纹管、第一减振支架和第三波纹管进行一次衰减而传递至四通管，再经由第二波纹管、第二减振支架和第四波纹管将来自四通管的振动进行二次衰减，以极大地提高其减振效果。此外，第一减振支架相对于第一波纹管转动且相对于第三波纹管摆动、以及第二减振支架相对于第二波纹管转动且相对于第四波纹管摆动的布置可进一步改进减振效果。

优选地，所述第一波纹管(121)的开口端连接有第一开口法兰(141)而保持为开口且所述第三波纹管(123)的封闭端连接有第一封板(143)而被封闭，所述第二波纹管(122)的开口端连接有第二开口法兰(142)而保持为开口且所述第四波纹管(124)的封闭端连接有第二封板(144)而被封闭。

优选地，所述第一减振支架被构造成通过第一柔性连接件连接至所述第一封板，所述第二减振支架被构造成通过第二柔性连接件连接至所述第二封板，所述第一柔性连接件被构造成能够绕其从所述第一减振支架至所述第一封板的延伸方向摆动而不能沿其从所述第一减振支架至所述第一封板的延伸方向伸缩，所述第二柔性连接件被构造成能够绕其从所述第二减振支架至所述第二封板的延伸方向摆动而不能沿其从所述第二减振支架至所述第二封板的延伸方向伸缩。

优选地，所述第一柔性连接件和所述第二连接件被设计成柔性绳。

优选地，所述第一减振支架和所述第二减振支架被构造成通过万向节或平衡环而分别连接至所述第一开口法兰和所述第二开口法兰。

优选地，所述第二减振支架上设有用于所述第一减振支架无接触地穿过的通孔。

优选地，所述第一减振支架被构造成包括：相对于所述第一波纹管的轴线对称的两个第一轴向支撑杆，其一端经过杆端关节轴承连接至所述第一开口法兰且另一端无接触地延伸经过所述第一波纹管、所述四通管和所述第三波纹管而与所述第一封板间隔对置；第一径向支撑杆，其两端分别转动连接至两个所述第一轴向支撑杆的另一端。

优选地，所述第二减振支架被构造成包括：相对于所述第二波纹管的轴线对称的两个第二轴向支撑杆，其一端通过杆端关节轴承连接至所述第二开口法兰且另一端无接触地延伸经过所述第二波纹管、所述四通管和所述第四波纹管而与所述第二封板间隔对置，其中两个所述第二轴向支撑杆上均设有连接环以分别由两个所述第一轴向支撑杆无接触地穿过；第二径向支撑杆，其两端分别转动连接至两个所述第二轴向支撑杆的另一端。

优选地，所述四个波纹管均被构造成金属波纹管。

优选地，各所述波纹管与所述四通管之间的连接方式被设计成焊接。

本发明的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的实施例的减振装置的立体图；

图2是根据本发明的实施例的减振装置的正视图；

图3是根据本发明的实施例的减振装置的侧视图；

图4是根据本发明的实施例的减振装置的仰视图。

附图标记：

1-减振装置；11-四通管；121-第一波纹管；122-第二波纹管；123-第三波纹管；124-第四波纹管；131-第一减振支架；1311-第一轴向支撑杆；1312-第一径向支撑杆；132-第二减振支架；1321-第二轴向支撑杆；1322-第二径向支撑杆；1323-连接环；141-第一开口法兰；142-第二开口法兰；143-第一封板；144-第二封板；151-第一柔性连接件；152-第二柔性连接件。

具体实施方式

现参考附图，详细说明本发明所公开的减振装置的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。其中，在本实施例中将靠近样品的一端称为前端，而将远离样品的一端称为后端。

本发明所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本发明中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

参照图1至图4，示出了根据本发明的实施例的减振装置1，其连接在第一装置如抽气泵和第二装置如电子显微镜之间以减轻从抽气泵传递至电子显微镜的振动，减振效果较好以及使电子显微镜可正常运行且避免对其精度造成影响。如图1所示，减振装置1包括四通管11、四个波纹管和两个减振支架。其中为了清楚解释各个部件之间的连接关系，四个波纹管具体以第一波纹管121、第二波纹管122、第三波纹管123和第四波纹管124进行说明，两个减振支架具体以第一减振支架131和第二减振支架132进行说明。

具体说，四通管11的四端两两相对，相对端口的轴线共轴，则两对相对端口的轴线成一角度，优选如图2所示呈90度。第一波纹管121、第二波纹管122、第三波纹管123和第四波纹管124以图2所示的逆时针方向从四通管11的底端依次流体连通地连接至四通管11的四端。其中，第一波纹管121与第二波纹管122不相对，第一波纹管121与第三波纹管123相对以及第二波纹管122与第四波纹管124相对。第一波纹管121和第二波纹管122远离四通管11的端部均被设计为开口端以分别流体连通地连接至抽气泵和电子显微镜或分别流体连通地连接至电子显微镜和抽气泵，第三波纹管123和第四波纹管124远离四通管11的端部均设计为封闭端，以使抽气泵可经由本实施例中的减振装置1而对电子显微镜抽取真空。对于本实施例中的减振装置1而言，第一波纹管121和第二波纹管122的开口端可被分别视为出气口和入气口。可以理解地，波纹管与四通管11之间的连接方式应被设计为密封连接如焊接，以确保由抽气泵至电子显微镜的抽取效率。此外，第二波纹管122与电子显微镜的连接可被理解为间接连接，如第二波纹管122可连接至容置有电子显微镜的腔体，以由真空装置抽取该腔体的内部气体，而使得电子显微镜所处的周围环境形成真空。在实际应用过程中，四个波纹管的尺寸和/或材料可完全相同或部分相同，四个波纹管优选采用尺寸相同的金属波纹管，或者，至少相对的波纹管的管径需设置相同，以避免二者在抽真空时以伸缩情况不同。

第一减振支架131的一端转动连接至第一波纹管121的开口端且另一端无接触地延伸经过第一波纹管121、四通管11和第三波纹管123而可相对于第三波纹管123摆动地连接至第三波纹管123的封闭端，从而使得第一减振支架131除了与第一波纹管121和第三波纹管123的连接处外与其它部分无接触，且第一减振支架131可以其与第一波纹管121的连接点为旋转中心相对于第一波纹管121、四通管11和第三波纹管123转动，同时伴随第一减振支架131相对于第三波纹管123的摆动。可以理解地，第二减振支架132与第二波纹管122、四通管11和第四波纹管124的连接方式与第一减振支架131与第一波纹管121、四通管11和第三波纹管123的连接方式相同，因此不再详述。其中，第一减振支架131需与第二减振支架132无接触，以避免振动的传递。

当本实施例中的减振装置1连接至抽气泵和电子显微镜时，抽气泵可作为振动源，由该振动源传递至第一波纹管121的开口端的振动可被分解为左右方向的振动、前后方向的振动和上下方向的振动。其中，左右、前后和上下方向可参照图2所在页面的水平左右方向、页面内外方向以及竖直上下方向。

减振原理

对于三个方向的振动而言，其首先被传递至第一波纹管121底部的开口端，经由第一波纹管121衰减后传递至四通管11。与此同时，在第一减振支架131可绕其与第一波纹管121的连接点立体角旋转且伴随相对于第三波纹管123的摆动的情况，左右方向的振动和前后方向的振动均可通过第一减振支架131衰减后传递至第三波纹管123，而上下方向的振动不可经由第一减振支架131衰减而直接传递至第三波纹管123，被衰减后的左右方向的振动和前后方向的振动以及未衰减的上下方向的振动通过第三波纹管123衰减后而传递至四通管11，则由抽气泵传递至四通管11的左右方向的振动、前后方向的振动以及上下方向的振动至少被由第一波纹管121、第一减振支架131和第三波纹管123所组成的一级减振组件衰减一次。类似地，由四通管11至电子显微镜的左右方向的振动、前后方向的振动以及上下方向的振动可至少被由第二波纹管122、第四波纹管124和第二减振支架132所组成的二级减振组件衰减一次。综上，由抽气泵传递至电子显微镜的各个方向的振动都至少被二次衰减，因此极大地改进了减振效果。

可选地，第一波纹管121的开口端的外周缘可密封连接如焊接有第一开口法兰141，以经由第一开口法兰141与第一减振支架131连接如螺栓连接，提高安装便利性。第三波纹管123的封闭端可密封连接如焊接有第一封板143而被密封。其中，第二波纹管122的开口端可类似地设有第二开口法兰142以及第四波纹管124的封闭端可类似地设有第二封板144。

可选地，第一减振支架131可通过第一柔性连接件151如柔性绳连接至第一封板143，第一柔性件151的长度通常可被设计成第一波纹管121和第三波纹管123处于自然状态时第一减振支架131与第三波纹管123之间的距离。第一柔性连接件151自身可被构造成可绕其从第一减振支架131至第一封板143的延伸方向即图2所示的上下方向摆动即可绕前后方向和左右方向摆动而不能沿该上下方向伸缩，从而来自第一减振支架131的左右方向的振动和前后方向的振动可再次被第一柔性件衰减，进一步改进了减振效果。此外，第一柔性连接件151的布置可进一步减小一级减振组件的共振频率。其中，第一柔性件不能设置呈沿上下方向伸缩的原因在于避免第三波纹管123在内部抽真空过程中直接被压缩而失去其减振效果，且该过程中产生的拉动第三波纹管123的作用力过大而很可能会造成第一柔性连接件151的断裂。其中，用于将第二减振支架132连接至第二封板144的第二柔性连接件152可类似于第一柔性连接件151进行布置。

替代地，第一减振支架131可通过第一半刚性连接件如金属链条连接至第一封板143，该金属链条的每一段均可转动地连接且其两端连接至第一减振支架131和第一封板143，从而可实现在第一减振支架131绕其与第一开口法兰141的连接处转动的同时可伴随相对于第一封板143的摆动。第一半刚性连接件因其与第一减振支架131和第一封板143的转动连接，因此，也可以减少来自第一减振支架131的左右方向的振动和前后方向的振动。其中，用于将第二减振支架132连接至第二封板144的第二半刚性连接件可类似于第一半刚性连接件的布置。

可选地，第一减振支架131与第一开口法兰141之间可通过万向节或平衡环来进行连接，从而可实现第一减振支架131相对于安装至第一波纹管121的开口端的第一开口法兰141绕万向节或平衡环的立体角转动。其中，第二减振支架132与第二开口法兰142的布置可类似于第一减振支架131与第二开口法兰142的布置，或二者可分别采用万向节和平衡环。

可选地，第一减振支架131与第二减振支架132的构造可相同，从而可调整二者分别与第一开口法兰141和第二开口法兰142的中心的距离，同时相应使第一径向支撑杆1312与第二径向支撑杆1312的长度不同，来保证第一减振支架131与第二减振支架132可被布置成十字形而不会相互接触。或者，第一减振支架131与第二减振支架132的构造可不同，从而在四通管11的各端尺寸以及对应的各波纹管均相同的情况下，为了避免第一减振支架131和第二减振支架132之间的接触，可在第二减振支架132上设置用于第一减振支架131无接触地穿过的通孔。此外，可通过调节第一柔性连接件151与第二柔性连接件152的长度，从而在第一减振支架131和第二减振支架132尺寸相同的情况下调整第一波纹管121和第二波纹管122的伸缩长度，相应调整第一开口法兰141与第二开口法兰142之间的距离，以适应抽气泵和电子显微镜之间的不同距离。

其中，第一减振支架131可被设计成U形，从而其可包括两个第一轴向支撑杆1311和连接至两个第一轴向支撑杆1311的端部的第一径向支撑杆1312。两个第一轴向支撑杆1311相对于第一波纹管121的中心对称、即相对于第一开口法兰141的中心对称，且其一端与第一开口法兰141经由杆端关节轴承进行连接，另一端无接触地延伸经过第一波纹管121、四通管11和第三波纹管123而与第一径向支撑杆1312转动连接，第一径向支撑杆1312与第一封板143间隔对置且经由第一柔性连接件151或第一半刚性连接件连接至第一封板143。使用杆端关节轴承和相互转动连接的第一轴向支撑杆1311和第一径向支撑杆1312的布置相较于平衡环和万向节可降低加工和调节难度且提高便利性。

第二减振支架132也被设计成U形且包括两个第二轴向支撑杆1321和一个第二径向支撑杆1322。第二减振支架132与第一减振支架131的不同之处可在于，第二轴向支撑杆1321的中部可设有连接环1323而可允许第一轴向支撑杆1311穿过。可以理解地，连接环1323的内径应大于第一轴向支撑杆1311的外径，从而允许第一轴向支撑杆1311即使在振动时也可始终保证其与连接环1323无接触。

此外，发明人经实验确认，本实施例中的减振装置的减振效果与轴向支撑杆的长度正相关、与波纹管的长度正相关、且与杆端关节轴承与邻近的波纹管的底端的距离负相关。优选地，以波纹管的直径为参照，轴向支撑杆的长度可大致选取为波纹管直径的5倍，波纹管的长度可大致选取为波纹管直径，杆端关节轴承与邻近的波纹管底端的距离可为波纹管直径的0.1倍，以平衡制造成本、整体体积的同时获得良好的减振效果。

应当理解，虽然本说明书是按照各实施例来描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非想要限定本发明的范围。任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种减振装置(1)，其连接在第一装置和第二装置之间以减轻从所述第一装置传递至所述第二装置的振动，其特征在于，所述减振装置(1)包括：

四通管(11)，其四端两两相对；

四个波纹管，其分别连接至所述四通管(11)的四端且均与所述四通管(11)连通，所述四个波纹管两两相对，且所述四个波纹管中不相对的第一波纹管(121)和第二波纹管(122)远离所述四通管(11)的端部均设计为开口端，所述四个波纹管中与所述第一波纹管(121)相对的第三波纹管(123)和与所述第二波纹管(122)相对的第四波纹管(124)远离所述四通管(11)的端部均设计为封闭端；

两个减振支架，所述两个减振支架中的第一减振支架(131)被构造成一端转动连接至所述第一波纹管(121)的开口端且另一端无接触地延伸经过所述第一波纹管(121)、所述四通管(11)和所述第三波纹管(123)而可相对于所述第三波纹管(123)摆动地连接至所述第三波纹管(123)的封闭端，所述两个减振支架中的第二减振支架(132)被构造成一端连接至所述第二波纹管(122)的开口端且另一端无接触地延伸经过所述第二波纹管(122)、所述四通管(11)和所述第四波纹管(124)而可相对于所述第四波纹管(124)摆动地连接至所述第四波纹管(124)的封闭端，且所述第一减振支架(131)与所述第二减振支架(132)之间无接触；

其中，所述第一波纹管(121)的开口端和所述第二波纹管(122)的开口端分别被构造成用于连接所述第一装置和所述第二装置，以首先经由所述第一波纹管(121)、所述第一减振支架(131)和所述第三波纹管(123)减轻从所述第一装置传递至所述四通管(11)的振动，再经由所述第四波纹管(124)、所述第二减振支架(132)和所述第二波纹管(122)减轻从所述四通管(11)传递至所述第二装置的振动。

2.根据权利要求1所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第一波纹管(121)的开口端连接有第一开口法兰(141)而保持为开口且所述第三波纹管(123)的封闭端连接有第一封板(143)而被封闭，所述第二波纹管(122)的开口端连接有第二开口法兰(142)而保持为开口且所述第四波纹管(124)的封闭端连接有第二封板(144)而被封闭。

3.根据权利要求2所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第一减振支架(131)被构造成通过第一柔性连接件(151)连接至所述第一封板(143)，所述第二减振支架(132)被构造成通过第二柔性连接件(152)连接至所述第二封板(144)，所述第一柔性连接件(151)被构造成能够绕其从所述第一减振支架(131)至所述第一封板(143)的延伸方向摆动而不能沿其从所述第一减振支架(131)至所述第一封板(143)的延伸方向伸缩，所述第二柔性连接件(152)被构造成能够绕其从所述第二减振支架(132)至所述第二封板(144)的延伸方向摆动而不能沿其从所述第二减振支架(132)至所述第二封板(144)的延伸方向伸缩。

4.根据权利要求3所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第一柔性连接件(151)和所述第二柔性连接件(152)被设计成柔性绳。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第一减振支架(131)和所述第二减振支架(132)被构造成通过万向节或平衡环而分别连接至所述第一开口法兰(141)和所述第二开口法兰(142)。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第二减振支架(132)上设有用于所述第一减振支架(131)无接触地穿过的通孔。

7.根据权利要求6所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第一减振支架(131)被构造成包括：

相对于所述第一波纹管(121)的轴线对称的两个第一轴向支撑杆(1311)，其一端经过杆端关节轴承连接至所述第一开口法兰(141)且另一端无接触地延伸经过所述第一波纹管(121)、所述四通管(11)和所述第三波纹管(123)而与所述第一封板(143)间隔对置；

第一径向支撑杆(1312)，其两端分别转动连接至两个所述第一轴向支撑杆(1311)的另一端。

8.根据权利要求7所述的减振装置(1)，其特征在于，所述第二减振支架(132)被构造成包括：

相对于所述第二波纹管(122)的轴线对称的两个第二轴向支撑杆(1321)，其一端通过杆端关节轴承连接至所述第二开口法兰(142)且另一端无接触地延伸经过所述第二波纹管(122)、所述四通管(11)和所述第四波纹管(124)而与所述第二封板(144)间隔对置，其中两个所述第二轴向支撑杆(1321)上均设有连接环(1323)以分别由两个所述第一轴向支撑杆(1311)无接触地穿过；

第二径向支撑杆(1322)，其两端分别转动连接至两个所述第二轴向支撑杆(1321)的另一端。

9.根据权利要求1所述的减振装置(1)，其特征在于，所述四个波纹管均被构造成金属波纹管。

10.根据权利要求1所述的减振装置(1)，其特征在于，各所述波纹管与所述四通管(11)之间的连接方式被设计成焊接。

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