專利名稱:無諧振峰隔振緩沖器的制作方法
本發(fā)明是一種無諧振峰的隔振緩沖器。屬于電子儀器和機電設(shè)備的隔振緩沖技術(shù)領(lǐng)域：
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為了提高電子儀器和機電設(shè)備在劇烈振動、沖支環(huán)境條件下的可靠性，通常采用隔振器進行保護。隔振器應(yīng)能滿足隔振與緩沖二種功能。
現(xiàn)有的隔振器均采用復(fù)合式彈性-阻尼結(jié)構(gòu)形式，即分別由不同的彈性-阻尼結(jié)構(gòu)來適應(yīng)各種要求。而當環(huán)境條件要求較惡劣(如溫差在-70℃～150℃范圍內(nèi))時，通常采用全金屬隔振器，例如ⅰ，中國遼陽減振器廠制造的金屬網(wǎng)阻尼減振器(JWZ系列)，采用柱形螺旋彈簧作為彈性元件、不銹鋼絲網(wǎng)柱和網(wǎng)墊等作為阻尼構(gòu)件以及外殼、底板、蓋帽等結(jié)構(gòu)件，并用鉚釘鉚成整件。ⅱ，英國CMT WELLS KELO公司的產(chǎn)品說明書公布了該公司的三向等剛度阻尼可控型全金屬隔振器。該隔振器的結(jié)構(gòu)特點在于采用了主隔振簧組件，緩沖限位簧組件，徑向緩沖裝置和附加阻尼裝置組件等復(fù)合式彈性-阻尼組件及外殼、聯(lián)接空心套筒等結(jié)構(gòu)件。
上述兩種全金屬隔振器，均存在著①當實際載荷與公稱載荷不完全一致時，其垂直方向靜平衡位置不可調(diào)節(jié)，造成緩沖限位裝置與外殼之間的上、下自由變形空間不對稱，出現(xiàn)諧振時，易產(chǎn)生拍擊現(xiàn)象，噪音變大，且使設(shè)備易受沖擊。②兩者均存在諧振現(xiàn)象，且諧振時的傳遞率ηmax＝3～5，即將外界激勵放大了3～5倍。③阻尼小(阻尼比D均在0.10～0.13之間，吸收沖擊能量的能力較差，容易發(fā)生剛性碰撞，造成“緩沖器”變成“加沖器”。④水平剛度與垂直剛度的比值難以按需要調(diào)節(jié)，尤其是JWZ型，水平特性較差。⑤上述兩種產(chǎn)品均不能兼顧隔振與緩沖兩種功能，JWZ型則更差。
本發(fā)明的目的在于針對上述缺點設(shè)計一種隔振緩沖器，使該裝置在諧振區(qū)工作時，其阻尼比趨于無窮大，傳遞率恒為1，而當進入減振區(qū)工作時，阻尼比逐漸減小并趨于零，使整個工作過程呈無諧振峰狀態(tài)。同時提高吸收沖擊能量的能力，并使它的水平與垂直剛度可根據(jù)實際要求調(diào)節(jié)，且當實際載荷與公稱載荷不一致時，可調(diào)節(jié)垂直方向靜平衡位置，使得上、下運動時自由變形空間對稱，達到兼顧隔振與緩沖二種功能，進而達到消除拍擊現(xiàn)象和由此而引起的噪音。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是使隔振緩沖器具有三個彈性-阻尼特性的組件，可分別按隔振緩沖技術(shù)的要求單獨調(diào)節(jié)(即腰鼓狀弧形阻尼緩沖簧組件、水平剛度調(diào)節(jié)簧組件和垂直靜平衡位置可調(diào)的隔振簧組件)，然后用聯(lián)接螺栓組件將三者統(tǒng)一為系統(tǒng)總彈性-阻尼特性的整件，并安裝在外殼和底板內(nèi)部，用鉚釘鉚接成一整體。
圖1表示，弧形阻尼緩沖簧組件是由若干根沿間隔環(huán)〔10〕圓周均布的、半徑為R的弧形簧片〔8〕組成的腰鼓狀結(jié)構(gòu)?；⌒位善纳舷露司b有帶間隔環(huán)〔10〕的上、下環(huán)〔6〕，〔14〕，其下端與下環(huán)〔14〕連接并加裝墊套〔15〕。墊套為一具有薄壁凸緣的套筒。
弧形簧片可制成矩形截面，也可制成圓形截面。改變弧形簧片的材料、圓弧半徑、根數(shù)、截面形狀及幾何尺寸即可獲得所需要的彈性-阻尼特性。
由于弧形簧片組件呈腰鼓狀，因此該簧片的弧半徑R的中心平面0～0處的徑向尺寸最大，兩端最小。當帽蓋〔9〕在其內(nèi)部上、下運動時(如圖2所示)，若位移量為ZO，則該組件與帽蓋之間產(chǎn)生的徑向力FX，垂向力FZ以及FX與FZ的合力-法向正壓力N和垂向運動時的摩擦力Fμ，均為ZO的函數(shù)，且隨ZO的增大而增大。由于該組件可在外殼〔7〕與底板〔12〕之間沿水平方向(徑向)滑動，且因弧形簧片是沿間隔環(huán)圓周均布的，水平力FX的合力為零，因此，該組件的水平剛度為零。總垂向剛度和垂向摩擦阻尼力Fμ隨ZO的增大而呈非線性增大。當初始靜摩擦力Fμ大于外界掃頻激勵力Fp而小于被保護設(shè)備的許用動載荷值時(即Fp＜Fμ＜Fd)，帽蓋〔9〕與弧形阻尼緩沖簧組件之間沒有相對運動(ZO＝0)。此時，被保護設(shè)備、隔振緩沖器和基礎(chǔ)三者處于偽剛接狀態(tài)，外界基礎(chǔ)激勵力(或位移)通過隔振緩沖器1∶1地傳給設(shè)備，使傳遞率η≡1。當設(shè)備質(zhì)量為M，掃頻激勵頻率為fp，振幅為A時，激勵力Fp＝AM(2πfp)2。因此，適當?shù)卮_定隔振系統(tǒng)的固有頻率fO(1～10HZ)并控制弧形阻尼緩沖簧組件與帽蓋〔9〕之間的裝配過盈量(δ＝0.005～0.3)，即可使Fp＜Fμ＜〔Fd〕而實現(xiàn)垂直方向無諧振峰的傳遞特性。
隔振簧組件由隔振簧〔17〕和調(diào)節(jié)螺母〔3〕組成。隔振簧可制成圓柱形螺旋簧，等頻簧或失穩(wěn)簧。其下端套在底板的圓形凸臺上，水平方向不致滑移，上端與聯(lián)接螺栓下部相互套接，使設(shè)備處于靜平衡位置時，帽蓋的槽邊0刻線與外殼上端面平齊，則下凸緣始終處于弧形簧組件的圓弧中心平面0～0上，實現(xiàn)了靜平衡位置可調(diào)。
改變隔振簧的幾何形狀(如柱形、塔形、失穩(wěn)型等)、幾何尺寸以及螺旋簧直徑、節(jié)距、圈數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)即可獲得所需要的彈簧剛度。其垂向剛度確定了隔振系統(tǒng)的垂向固有頻率fO。其水平剛度值與水平剛度調(diào)節(jié)簧的補償水平剛度值組成了系統(tǒng)的總水平剛度。
在調(diào)節(jié)螺母上，裝有卡于帽蓋槽內(nèi)的限位銷，當調(diào)節(jié)垂向靜平衡位置時，可防止調(diào)節(jié)螺母與聯(lián)接螺栓一起跟動。限位銷〔5〕用鉚釘〔4〕鉚住。
水平剛度調(diào)節(jié)簧組件由水平剛度調(diào)節(jié)簧〔19〕，滑塞〔20〕和滑套〔18〕組成?；傻纳隙伺c聯(lián)接螺栓剛接，下端配有與水平剛度調(diào)節(jié)簧剛接的滑塞?；稍诨變?nèi)上、下自由移動，故該組件的垂向剛度為零?；紫露伺c底板剛性聯(lián)接。
改變調(diào)節(jié)簧的鋼絲直徑d，長度L，即可獲得所需要的補償水平剛度值。補償水平剛度與隔振簧組件的水平剛度構(gòu)成系統(tǒng)的總水平剛度。當要求水平剛度在水平面內(nèi)沿X與Y軸方向不相等時，則可采用矩形截面的鋼絲簧，其寬度和厚度依需要確定。由此水平剛度可調(diào)。
當不需要約束繞垂軸(Z軸)的旋轉(zhuǎn)自由度時，滑柱和滑套配合表面均采用圓截面，否則采用矩形截面。
根據(jù)環(huán)境試驗的條件及要求確定隔振系統(tǒng)的水平方向固有頻率(fO′＝1～10HZ)和弧形簧組件與外殼及底板之間的裝配過盈量，使水平方向上的摩擦阻尼力Fμ′大于激勵力Fp′且小于許用動載荷值〔Fd′〕，此時設(shè)備、隔振器及基礎(chǔ)在水平方向上處于偽剛接狀態(tài)，從而獲得水平方向的無諧振峰傳遞特性。
當受到水平?jīng)_擊時，腰鼓狀弧形阻尼緩沖簧組件的上、下環(huán)〔6〕〔14〕首先與嵌入或膠合在外殼內(nèi)壁上的防沖降噪墊〔21〕相撞，使弧形阻尼緩沖簧組件處于工作狀態(tài)，增加了水平剛度，使水平方向變形量受到限制。此時帽蓋〔9〕與外殼〔7〕之間的間隙大于上、下環(huán)與外殼的墊層〔21〕間的間隙。
聯(lián)接螺栓組件由鎖緊螺母〔1〕帽蓋〔9〕，聯(lián)接螺栓〔2〕和鎖緊螺母〔1〕等組成。
聯(lián)接螺栓的下端帶有小凸緣，其中心孔內(nèi)壁與水平剛度調(diào)節(jié)簧剛接，下部外螺紋與調(diào)節(jié)螺母聯(lián)接，支承隔振簧〔17〕。上端通過鎖緊螺母與帽蓋〔8〕聯(lián)為一體，且上端中心開有螺孔與設(shè)備栓接。因此，聯(lián)接螺栓是將被保護設(shè)備與三個獨立的彈性-阻尼組件連成一個整體的關(guān)鍵構(gòu)件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點1，在x，y，z三向分別進行掃頻激勵，當系統(tǒng)在諧振區(qū)時，阻尼比趨向無窮大，η≡1，而當進入減振區(qū)工作時，阻尼比逐漸減小并趨向于零，且傳遞率η值迅速下降并趨于零。因此，在0～5000HZ的整個掃頻頻帶內(nèi)無諧振峰出現(xiàn)。
2、具有較理想的變剛度、變阻尼特性，即隔振時的固有頻率低，使隔振系統(tǒng)迅速進入減振區(qū)。當受到?jīng)_擊時，剛度和阻尼力逐漸加大，可在較小的變形空間內(nèi)儲存和吸收較多的沖擊能量，緩沖性能好。兼顧了隔振與緩沖二種功能。
3、當實際載荷與額定載荷不一致時，調(diào)節(jié)螺母可調(diào)節(jié)垂向靜平衡位置，使上、下運動時的自由變形空間對稱相等。
4、水平與垂直剛度的比值可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，并可按需要約束繞Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。
5、采用組合式結(jié)構(gòu)，便于按用戶要求迅速組裝成具有特殊要求的隔振器。
6、降低了工作時的噪音。
圖1為無諧振峰隔振緩沖器的結(jié)構(gòu)圖;
圖2為弧形緩沖簧組件受力分析圖;
圖3為四只無諧振峰隔振緩沖器與被保護設(shè)備連接狀態(tài)的立體圖。
本發(fā)明的具體實施例以本發(fā)明中公稱載荷為15公斤的隔振緩沖器為例，說明實施方法和隔振緩沖效果。
公稱載荷WO＝15公斤(載荷范圍10～20公斤);
固有頻率fO＝5HZ±10∶17外形尺寸長×寬×高(60×60×60)隔振簧鋼絲直徑3～3.5mm圈數(shù)9～10有效圈數(shù)7～8
中徑D＝20～21mm長度50～60mm弧形簧片圓弧半徑30～40mm片厚1.5～2mm片寬4～8mm片數(shù)8～16片長35～40mm水平剛度調(diào)節(jié)簧鋼絲直徑1.1～1.5mm鋼絲長度30～40mm裝配過盈量帽蓋與弧形阻尼簧組件0.005～0.15mm外殼底板與簧片的垂向0.005～0.15mm例行試驗條件5～30HZ等幅掃頻，振幅AO＝1.5mm振動30～5000HZ等加速度掃頻Zm＝5g沖擊半正弦波脈寬11mm，峰值加速度15g，30g考核隔振緩沖器自身強度。
隔振緩沖技術(shù)指標隔沖系數(shù)ηa≤0.55隔振傳遞率η≡1(0～9HZ，A0＝1.5mm)η＜1(9～5000HZ)許用變形〔ψm〕≤6mm。
采用本發(fā)明時，在低頻段(0～9HZ)使被保護設(shè)備，隔振緩沖器和基礎(chǔ)呈偽剛接狀態(tài)，則傳遞率η≡1，測試結(jié)果符合技術(shù)指標。
將四只無諧振峰隔振緩沖器安裝在被保護設(shè)備的重心平面上(圖3)，即可對該設(shè)備進行有效的振動與沖擊防護。
權(quán)利要求
1.一種對機電設(shè)備，特別是電子儀器進行隔振和緩沖用的無諧振峰隔振緩沖器，包括外殼[7]，底板[12]，彈簧[17]防沖降噪墊層[21]。其特征在于，它具有a、一個隔振簧組件，它包括與聯(lián)接螺栓[2]相配的調(diào)節(jié)螺母[3]，以及位于調(diào)節(jié)螺母[3]和底板[12]之間的隔振簧[17]。b、一個腰鼓狀弧形阻尼緩沖簧組件，它包括至少有三根以上的弧形簧片[8]，以及裝在弧形簧片上下端使弧形簧片分布均勻的間隔環(huán)[10]和使弧形簧片[8]位置固定的上下環(huán)[6][14]以及墊套[8]，弧形簧片[8]的內(nèi)壁與帽蓋[9]的下緣周圍接觸。c、一個水平剛度調(diào)節(jié)簧組件，它包括位于隔振緩沖器的中央部位，其上端由聯(lián)接螺栓[2]上的小孔支承的調(diào)絲簧[19]，以及作為下支承的滑塞[20]和固定在底板[12]上的滑套[18]，滑塞[20]的外徑與滑套[18]的內(nèi)徑作軸向滑動配合。d、一個聯(lián)接螺栓組件，它包括一個鎖緊螺母[1]，聯(lián)接螺栓[2]和帽蓋[9]，通過鎖緊螺母[1]把聯(lián)接螺栓[2]和帽蓋[9]相聯(lián)接。
2.按權(quán)利要求
1，其中所述的腰鼓狀弧形阻尼緩沖簧組件，其特征在于沿圓周均勻分布的至少三個以上的弧形簧片〔8〕分別嵌入上下間隔環(huán)〔10〕，弧形簧片〔8〕的下端彎邊用下環(huán)〔14〕，墊套〔15〕，經(jīng)連接件〔11〕加以固定，弧形簧片〔8〕的上端用上環(huán)〔6〕卡緊，組成一個整體。
3.按權(quán)利要求
1，其中所述的隔振簧組件，其特征在于調(diào)節(jié)螺母〔3〕上裝有限位銷〔5〕，限位銷〔5〕與蓋帽〔9〕上的長槽配合。
4.按權(quán)利要求
2，其中所述的腰鼓狀弧形阻尼緩沖簧組件，其特征在于在墊套〔15〕下有調(diào)節(jié)裝配過盈量用的墊片〔16〕。
5.按權(quán)利要求
1，其中所述的帽蓋〔9〕，其特征在于在其外表面制有調(diào)節(jié)垂向靜平衡位置用的刻度。
6.按權(quán)利要求
1，其中所述的弧形簧片〔8〕，其特征在于其斷面形狀可以是矩形的、圓形的或扁圓形的。
7.按權(quán)利要求
1，其中，所述的鋼絲簧〔19〕，其特征在于其斷面形狀可以是圓形的或矩形的
專利摘要
無諧振峰隔振緩沖器屬于對電子儀器或設(shè)備進行振動沖擊防護的技術(shù)領(lǐng)域：
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文檔編號F16F3/02GK85100564SQ85100564
公開日1986年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者季馨, 顏肖龍 申請人:南京工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan