專利名稱：一種隔離機(jī)械振動的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械領(lǐng)域。涉及一種可以在極寬的頻率范圍內(nèi)有效地隔離機(jī)械振動的方法和裝置。
現(xiàn)有的隔振技術(shù)，其原理上都是采用具有一定剛度和阻尼系數(shù)的彈性裝置的“隔振”系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的固有頻率不為零，存在有共振區(qū)。由于“隔振”效果與振源的頻率有關(guān)，當(dāng)振源的頻率在很寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)有效的“隔振”。因此，現(xiàn)有的隔振措施，從理論上講只是不同程度地降低振動的傳遞率，并未真正切斷振動傳遞途徑，其隔振效果有很大的局限性?，F(xiàn)代的振動控制技術(shù)，雖可以對振源實(shí)現(xiàn)有效的控制，但由于技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，未能應(yīng)用于一般工程技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是為了減少以至消除機(jī)械振動對人員及機(jī)器、結(jié)構(gòu)或儀器設(shè)備的有害影響，實(shí)現(xiàn)一種在理論上完全切斷振動傳遞途徑的隔振方法和裝置，對工程中大量存在的頻率變化范圍很寬的機(jī)械振動，達(dá)到理想的隔振效果，且結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過下述的方法和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的通過適當(dāng)選取由重物、基座和裝在它們之間的“機(jī)械懸浮機(jī)構(gòu)”所組成的機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使該系統(tǒng)的力學(xué)特性，在重物與基座之間可能產(chǎn)生的相對鉛垂位移在△范圍內(nèi)，具有剛度為零，固有頻率為零的特性，這樣，在重物和基座互為任意頻率的振源和被隔振物時(shí)，重物與基座之間都能實(shí)現(xiàn)理想的“完全隔振”。所說的“機(jī)械懸浮機(jī)構(gòu)”(如圖1)是由能繞基座上的A軸轉(zhuǎn)動的彈簧，為壓縮彈簧用的彈簧桿和一端與彈簧桿鉸接，并能繞基座上的B軸轉(zhuǎn)動的擺桿所構(gòu)成，所說的適當(dāng)選取該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法是同時(shí)滿足下列條件(1)使彈簧的剛度與重物的重量成正比，與彈簧轉(zhuǎn)軸A到擺桿轉(zhuǎn)軸B之間的距離成反比;
(2)使擺桿處于擺角α＝0°的初始安裝角時(shí)，保證彈簧力的作用線通過擺桿轉(zhuǎn)軸B;
(3)使彈簧的初始壓縮量與彈簧轉(zhuǎn)軸A到彈簧桿-擺桿鉸接點(diǎn)初始位置C′之間的距離成正比。
通過適當(dāng)修改其同時(shí)滿足的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件之一，可達(dá)到使系統(tǒng)具有適應(yīng)重物的重量在一定范圍內(nèi)變化和使重物保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的平衡位置的能力，修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法是(1).改變彈簧的初始壓縮量;
(2).使擺桿的初始安裝角α≠0;
(3).在彈簧轉(zhuǎn)軸A和擺桿轉(zhuǎn)軸B處加裝剛度遠(yuǎn)小于(＜1/10)系統(tǒng)彈簧的輔助扭力彈簧。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置是(如圖1)，由基座(108)，承重臺(101)，支座軸(109)，和兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(107)(103)所組成;支座軸(109)安裝在基座(108)上，兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(107)(103)對稱交叉地套裝在支座軸(109)上，承重臺(101)平架在彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)的上面。承重臺(101)與基座(108)之間可以自由地產(chǎn)生沿鉛垂方向的相對位移，該相對位移的最大值△可根據(jù)需要于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定。彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)是由擺桿(103)，滾子(102)，彈簧(106)，活塞(105)，彈簧桿(104)所組成，裝配關(guān)系是在彈簧筒內(nèi)具有一定初始壓縮量的彈簧(106)一端被壓在活塞(105)的端面上，另一端壓在彈簧筒蓋的內(nèi)側(cè)，可沿彈簧筒的軸線方向滑動的活塞(105)與彈簧桿(104)的一端螺紋連接，彈簧桿(104)的另一端與擺桿(103)的短臂端點(diǎn)鉸接，擺桿(103)的長臂端點(diǎn)處裝有可以轉(zhuǎn)動的滾子(102)，滾子(102)與承重臺底面滑動接觸，擺桿(103)的支點(diǎn)在支座軸(109)上，當(dāng)承重臺(101)與基座(108)之間產(chǎn)生相對運(yùn)動時(shí)，在擺桿(103)繞支座軸(109)轉(zhuǎn)動的同時(shí)，滾子(102)可沿承重臺內(nèi)側(cè)表面滾動。在機(jī)構(gòu)許可的承重臺與基座間的最大相對位移△范圍之內(nèi)，經(jīng)滾子(102)作用到承重臺(101)上的力始終與重物的重量Q相等，這一力學(xué)特性可見圖2所示，圖中橫座標(biāo)δ表示承重臺與基座之間的相對位移，縱座標(biāo)P表示作用在承重臺上的外力，Q是重物的重量，△是機(jī)構(gòu)許可的承重臺與基座之間的最大相對位移。由于在△范圍內(nèi)系統(tǒng)剛度為零，固有頻率也為零，重物Q處于“懸浮”狀態(tài)，從而達(dá)到理想的隔振效果。這同樣也適用于在以Q作為主動振動的情況下，實(shí)現(xiàn)基座不會發(fā)生振動，而處于“完全隔振”狀態(tài)。
本發(fā)明可應(yīng)用于一切需要隔離機(jī)械振動的技術(shù)領(lǐng)域，包括被動隔振和主動隔振。優(yōu)點(diǎn)是隔振效果好，可以實(shí)現(xiàn)理想的完全隔振，適用頻率范圍寬，且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，使用中不需維護(hù)，成本低廉，便于推廣應(yīng)用。


圖1隔離機(jī)械振動裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。
圖中Q-重物的重量△-承重臺與基座間的最大相對位移101-承重臺 106-彈簧102-滾子 107-彈簧筒103-擺桿 108-基座104-彈簧桿 109-支座軸105-活塞圖2隔離機(jī)械振動系統(tǒng)的力學(xué)特性。
圖中O-坐標(biāo)系原點(diǎn)δ-橫坐標(biāo)，表示承重臺與基座之間的相對位移P-縱坐標(biāo)，表示作用在承重臺上的外力△-承重臺與基座間的最大相對位移Q-重物的重量圖3隔振平臺。
圖中301-承重臺總成 308-基座 315-臺面302-滾子 309-支座軸 316-壓板303-擺桿長臂 310-擺桿總成 317-導(dǎo)向桿304-彈簧桿 311-彈簧筒總成 318-限位桿305-活塞 312-園盤 319-導(dǎo)輪306-彈簧 313-連接桿307-彈簧筒 314-銷軸圖4隔振拖車。
圖中401-車輪 405-輔助扭力彈簧 409-地面402-擺桿總成 406-彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座 410-擺桿轉(zhuǎn)軸403-彈簧桿 407-擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座404-彈簧筒總成 408-車架底板圖5隔振座椅。
圖中501-座椅板 506-彈簧桿502-滾子 507-擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座503-輔助懸掛彈簧 508-擺桿總成504-彈簧筒總成 509-平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)505-彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座 510-底板圖6在行程的兩端加裝輔助扭力彈簧后系統(tǒng)的力學(xué)特性。
圖中O-坐標(biāo)系原點(diǎn)δ-橫坐標(biāo)，表示承重臺與基座之間的相對位移P-縱坐標(biāo)，表示作用在承重臺上的外力△-結(jié)構(gòu)上許可的承重臺與基座之間的最大相對位移Q-重物的重量圖7在全行程上疊加一個(gè)小剛度彈簧后系統(tǒng)的力學(xué)特性。
圖中O-坐標(biāo)系原點(diǎn)δ-橫坐標(biāo)，表示承重臺與基座之間的相對位移P-縱坐標(biāo)，表示作用在承重臺上的外力△-結(jié)構(gòu)上許可的承重臺與基座之間的最大相對位移Q-重物的重量圖8改變彈簧初始壓縮量后系統(tǒng)的力學(xué)特性。
圖中O-坐標(biāo)系原點(diǎn)α-橫坐標(biāo)，表示運(yùn)動中擺桿與鉛垂軸線的夾角η-縱坐標(biāo)，表示比值Q′/Q
Q-彈簧初始安裝長度改變之前，滾子作用于承重臺的力Q′-彈簧初始安裝長度改變之后，滾子作用于承重臺的力圖9改變擺桿初始安裝角度后系統(tǒng)的力學(xué)特性。
圖中O-坐標(biāo)系原點(diǎn)α-橫坐標(biāo)，表示運(yùn)動中擺桿與鉛垂軸線的夾角η-縱坐標(biāo)，表示比值Q′/QQ-擺桿初始安裝角度改變之前，滾子作用于承重臺的力Q′-擺桿初始安裝角度改變之后，滾子作用于承重臺的力下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案實(shí)施例一是圖3所示的隔振平臺，它是由基座(308)，固定安裝在基座上的支座軸(309)套裝在支座軸(309)上的彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(311)(310)和平架在彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)中擺桿長臂端點(diǎn)滾子(302)上的承重臺(301)所組成。支座軸(309)是4個(gè)半軸，分別固定安裝在基座(308)的側(cè)壁上，兩套對稱地分別套裝在4個(gè)半軸上的彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)，每套彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)又是由擺桿總成(310)和彈簧筒總成(311)所組成，其中，擺桿總成是由套裝在半軸上的兩個(gè)園盤(312)，用螺栓固定在園盤半徑上的擺桿長臂(303)，兩個(gè)園盤之間的連接桿(313)和固定于園盤半徑遠(yuǎn)端的銷軸(314)，擺桿長臂與銷軸所在的園盤半徑以園盤中心的半軸為支點(diǎn)形成L形擺桿總成，彈簧筒總成中的彈簧筒的側(cè)壁是套裝在兩個(gè)半軸上的，彈簧桿的一端套裝在銷軸上，轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承，承重臺是由臺面(315)、壓板(316)、導(dǎo)向桿(317)、限位桿(318)組成，它是平架在四個(gè)擺桿長臂一端的滾子(302)上的，導(dǎo)向桿(317)與裝在基座四角側(cè)壁上的導(dǎo)輪(319)滑動接觸。
實(shí)施例二是圖4所示的隔振拖車，是隔離機(jī)械振動裝置的一種變型結(jié)構(gòu)，它是由車架底板(408)，彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(404)(402)，和固定安裝在車架底板(408)上的擺桿懸轉(zhuǎn)軸支座(407)及彈簧筒懸轉(zhuǎn)軸支座(406)組成，兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(404)(402)對稱交叉地套裝在彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座(406)和擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座(407)上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與圖1相同。車輪(401)是由圖1中的滾子演變而來，兩側(cè)各有一對，共4只。擺桿總成(402)由擺桿長臂與擺桿短臂組成為L形，其長臂端點(diǎn)處裝有直接作用于地面(409)的車輪(401)，短臂與彈簧桿(403)鉸接，轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承。在擺桿轉(zhuǎn)軸(410)處裝有剛度遠(yuǎn)小于(如＜1/10)彈簧筒中彈簧剛度的輔助扭力彈簧(405)，使該系統(tǒng)的力學(xué)特性如圖6所示的曲線，可以避免因支承振動振幅過大而可能引起的撞擊。
實(shí)施例三是圖5所示的隔振座椅，是隔離機(jī)械振動裝置的另一種變型結(jié)構(gòu)。它是由底板(510)，座椅板(501)，彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(504)(508)，和固定安裝于底板(510)上的彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座(505)及擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座(507)所組成。彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系、動作原理與圖1相同。為了簡化結(jié)構(gòu)，減小尺寸，只采用了一套彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)，其中擺桿總成(508)由擺桿長臂和擺桿短臂組成為L形，擺桿長臂端點(diǎn)處裝有直接作用于座椅板(501)底面的滾子(502)，擺桿短臂端點(diǎn)處與彈簧桿(506)鉸接，轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承，座椅板(501)與底板(510)之間裝有平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)(509)，在座椅板(501)底部加裝有剛度遠(yuǎn)小于(如＜1/10)彈簧筒中彈簧剛度的輔助懸掛彈簧(503)，使該系統(tǒng)的力學(xué)特性如圖7所示曲線。
在實(shí)施例二和三中都加裝了輔助彈簧，可以適應(yīng)除隔振之外的其它性能要求，保持良好的懸掛特性和為避免因支承振動振幅過大可能引起的撞擊。還可以使被隔振物保持一個(gè)相對穩(wěn)定的平衡位置，同時(shí)也可適應(yīng)重物的重量在一定范圍內(nèi)的變化。通過對該裝置上加裝的輔助彈簧，達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)力學(xué)特性的作用。
適當(dāng)改變實(shí)施例一至三中機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)可以調(diào)整系統(tǒng)的力學(xué)特性，適應(yīng)不同需要。例如改變彈簧初始壓縮量后可使系統(tǒng)的力學(xué)特性成為圖8所示的曲線。又如改變擺桿初始安裝角度后可使系統(tǒng)的力學(xué)特性為圖9所示的曲線。
總之綜合考慮被隔振物的隔振要求和具體的懸掛特性的要求，可以實(shí)現(xiàn)隔振的最佳效果。
權(quán)利要求
1.一種隔離機(jī)械振動的方法，其特征是通過適當(dāng)選取由重物、基座和裝在它們之間的“機(jī)械懸浮機(jī)構(gòu)”所組成的一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使該系統(tǒng)的力學(xué)特性，在重物與基座之間可能產(chǎn)生的相對鉛垂位移Δ范圍之內(nèi)，具有剛度為零、固有頻率為零的特性，這樣，在重物和基座互為任意頻率的振源和被隔振物時(shí)，重物與基座之間都能實(shí)現(xiàn)理想的“完全隔離”，所說的“機(jī)械懸浮機(jī)構(gòu)”是由能繞基座上A軸轉(zhuǎn)動的彈簧、為壓縮彈簧用的彈簧桿和一端與彈簧桿鉸接的、并能繞基座上的B軸轉(zhuǎn)動的擺桿所構(gòu)成，所說的適當(dāng)選取該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法是同時(shí)滿足下列條件(1)使彈簧的剛度與重物的重量成正比，與彈簧轉(zhuǎn)軸A到擺桿轉(zhuǎn)軸B之間的距離成反比；(2)使擺桿處于擺角α=0°的初始安裝角時(shí)，保證彈簧力的作用線通過擺桿轉(zhuǎn)軸B；(3)使彈簧的初始壓縮量與彈簧轉(zhuǎn)軸A到彈簧桿-擺桿鉸接點(diǎn)初始位置C′之間的距離成正比。
2.如權(quán)利要求1所述的隔離機(jī)械振動的方法，其特征是通過適當(dāng)?shù)匦薷钠渫瑫r(shí)滿足的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件之一，達(dá)到使系統(tǒng)具有適應(yīng)重物的重量在一定范圍內(nèi)變化和使重物保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的平衡位置的能力，修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法是(1).改變彈簧的初始壓縮量;(2).使擺桿的初始安裝角α≠0°;(3).在彈簧轉(zhuǎn)軸A和擺桿轉(zhuǎn)軸B處加裝剛度遠(yuǎn)小于(＜1/10)系統(tǒng)彈簧的輔助扭力彈簧。
3.一種隔離機(jī)械振動的裝置，其特征在于它是由基座(108)，承重臺(101)，支座軸(109)和兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(107)(103)所組成，支座軸(109)安裝在基座(108)上，兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(107)(103)對稱交叉地套裝在支座軸(109)上，承重臺(101)平架在彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)的上面;其中彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)是由擺桿(103)，滾子(102)，彈簧(106)，活塞(105)，彈簧桿(104)所組成，其裝配關(guān)系為在彈簧筒內(nèi)具有一定初始壓縮量的彈簧(106)一端被壓在活塞(105)的端面上，另一端壓在彈簧筒蓋的內(nèi)側(cè)，可沿彈簧筒的軸線方向滑動的活塞(105)與彈簧桿(104)的一端螺紋連接，彈簧桿(104)的另一端與擺桿(103)的短臂端點(diǎn)鉸接，擺桿(103)的長臂端點(diǎn)處裝有可以轉(zhuǎn)動的滾子(102)，滾子(102)與承重臺底面滑動接觸，擺桿(103)的支點(diǎn)在支座軸(109)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔離機(jī)械振動的裝置，其特征在于它的支座軸(309)是4個(gè)半軸，分別固定安裝在基座(308)的側(cè)壁上;它有兩套對稱地分別套裝在4個(gè)半軸上的彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)，每套彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)又是由擺桿總成(310)和彈簧筒總成(311)所組成，其中，擺桿總成是由套裝在半軸上的兩個(gè)園盤(312)，用螺栓固定在園盤半徑上的擺桿長臂(303)，兩個(gè)園盤之間的連接桿(313)和固定于園盤半徑遠(yuǎn)端的銷軸(314)，擺桿長臂與銷軸所在的園盤半徑以園盤中心的半軸為支點(diǎn)形成L型擺桿總成;彈簧筒總成中的彈簧筒的側(cè)壁是套裝在兩個(gè)半軸上的，彈簧桿的一端套裝在銷軸上;轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承;承重臺是由臺面(315)、壓板(316)、導(dǎo)向桿(317)，限位桿(318)組成，它是平架在4個(gè)擺桿長臂一端的滾子(302)上的，導(dǎo)向桿與裝在基座4角側(cè)壁上的導(dǎo)輪(319)滑動接觸。
5.根據(jù)權(quán)力要求3所述的隔離機(jī)械振動的裝置，其特征是它是由車架底板(408)，兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(404)(402)，和固定安裝在車架底板(408)上的擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座(407)及彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座(406)組成;兩組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(404)(402)對稱交叉地套裝在彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座(406)和擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座(407)上，擺桿總成(402)由擺桿長臂與擺桿短臂組成為L形，其長臂端點(diǎn)處裝有直接作用于地面(409)的車輪(401)，短臂與彈簧桿(403)鉸接，轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承，在擺桿轉(zhuǎn)軸(410)處裝有剛度遠(yuǎn)小于(如＜1/10)彈簧筒中彈簧剛度的輔助扭力彈簧。
6.根據(jù)權(quán)力要求3所述的隔離機(jī)械振動的裝置，其特征是它是由底板(510)，座椅板(501)，一組彈簧筒-擺桿機(jī)構(gòu)(504)(508)和固定安裝于底板(510)上的彈簧筒旋轉(zhuǎn)軸支座(505)及擺桿旋轉(zhuǎn)軸支座(507)所組成;其中擺桿總成(508)由擺桿長臂和擺桿短臂組成為L形，擺桿長臂端點(diǎn)處裝有直接作用于座椅板(501)底面的滾子(502)，擺桿短臂端點(diǎn)處與彈簧桿(506)鉸接，轉(zhuǎn)動處都可安裝軸承，在座椅板(501)與底板(510)之間裝有平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)(509)和輔助懸掛彈簧(503)。
全文摘要
本發(fā)明是一種隔離機(jī)械振動的方法及裝置，屬機(jī)械領(lǐng)域。通過適當(dāng)選取由重物，基座和裝在它們之間的“機(jī)械懸浮機(jī)構(gòu)”組成機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使該系統(tǒng)的力學(xué)特性，在重物與基座之間的相對鉛垂位移在△范圍內(nèi)，具有剛度為零，固有頻率為零的特性，重物好似處于一種“懸浮”狀態(tài)，切斷了振動傳遞途徑，隔振效果顯著，可應(yīng)用于一切需要隔離機(jī)械振動的領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號G05D19/00GK1104782SQ93121019
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月28日
發(fā)明者戴澤墩, 劉耀乙, 李樹煥 申請人:戴澤墩, 劉耀乙, 李樹煥