气浮支承精密运动平台的俯仰振动分析.pdf

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1、气浮支承精密运动平台的俯仰振动分析吴志会，张鸣，姜伟，金建新(1．华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北武汉430074；2．清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)PitchingVibrationAnalysisofPrecisionMotionStagewithAir——bearingsWUZhi—hui，ZHANGMing，JIANGWei，JINJian—xin(1．StateKeyLaboratoryofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology，Huazhon

2、gUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China；2．DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；)摘要：参考有限元分析结果，建立了精密运动平摩擦、磨损和发热等影响。进一步采用平衡块结构台结构的多刚体离散元模型，依据模态实验结果进(即将电机定子固定于浮动支承结构上)以避免加减行模型验证和修正，利用所建模型分析直线非质心速运动对基座造成的水平冲击，并采用隔

3、振器消除驱动，以及气浮支承作用点漂移对运动平台俯仰振外部环境和运动平台之间垂向振动的相互影响，从动的影响，提出改进措施，为后续设计提供指导。而构造稳定的精密运动平台[1-2]。但随着对运动平关键词：精密运动平台；建模；振动分析台的运动精度、运行速度、行程和可靠性等要求的逐中图分类号：TH113．1步提高，直线电机非质心驱动在加减速过程中引起文献标识码：A的冲击振动对定位精度的影响不可忽视l3J。此外，文章编号：1001—2257(2012)02—0003一O5运动平台大行程运动时气浮支承作用点漂移引起的Abstract：Webuil

4、dthemulti—rigid—bodydis-扰动也降低了运动平台定位精度。因而，必须考虑creteelementmodeloftheprecisionmotionstage运动平台的动力学特性，以设计出可靠的更高精度referencetofiniteelementanalysisresult，validate的运动平台。andupdatethemodelaccordingtomodalexperi—以往精密运动平台的动力学分析多采用刚体运mentalresults．Theanalysisontheinfluenceofthe动仿

5、真]，忽略机械结构的柔性，不能满足高精度的drivingforcenotbeingappliedatthecenterof分析需求。有限元方法所建模型的动力学方程数量gravityandfloatingofairbearingactionpointon庞大，求解效率低，不利于大范围运动仿真及运动平thepitchingvibrationofprecisionmotionstageis台整体优化分析。本文采用多刚体离散元法(亦称takenwiththebuiltmodel，andimprovementap—刚性有限元法，rigidfi

6、niteelement)描述精密运动proachesareproposedtoguidesubsequentdesign．平台的结构柔性]，采用参考文献E9—10-]建立的Keywords：precisionmotionstage；modeling；单腔室空气弹簧刚度的线性模型辨识空气弹簧的刚vibrationanalysis度，依据参考文献E11]所用的流体动力学方法识别气浮支承的刚度与承载力，建立考虑结构柔性以及支承柔性的精密运动平台多体动力学模型。该模型0引言规模小，求解效率高，满足在考虑结构柔性情况下精密运动平台大行程运动时

7、振动特性分析的需要，为精密运动平台广泛应用于精密加工、精密测量优化设计提供指导。等领域。目前主流精密运动平台采用直线电机驱动和气浮支承，消除了传统传动机构及导轨中存在的1精密运动平台结构及建模方法收稿日期：2011—09—291．1精密运动平台结构基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2OO9CB7242OO)；国家高技术研究发展计划资助项目(2009AA04Z148)典型的H型精密运动平台如图1所示，其运动《机械与电子~2012(2)·3。速度和加速度分别要求达到1m／s和2g，最大行分析方法，用于建立规模和精度合理的等效简

8、化动程250mm，定位精度的指标要求优于1m。为达力学模型，用于分析直线电机非质性驱动及平衡块上述要求，在直线电机定子与动子之间采用气浮支气浮支承作用点漂移对运动平台俯仰振动的影响。承消除摩擦，定子固定于由导轨和吊桥组成的平衡精密运动