無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧的製作方法

2023-09-14 09:40:15

專利名稱：無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧的製作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型屬於減振降噪領域。涉及一種帶阻尼的複合彈簧，主要應用於軌道車輛(鐵路貨車、客車、地鐵及城市軌道車)軸箱，起彈性支撐懸掛作用，同時在水平向能起到定位連接的作用，連接構架與輪對，並且能衰減輪對不利振動。
本實用新型的目的是通過下述的技術方案實現的本實用新型涉及一種錐型橡膠彈簧和流體阻尼複合的隔振減振技術。對於軌道車輛的懸掛系統不僅要有足夠的剛性，同時又必須具有一定的柔性(剛度係數K決定)，以利於隔離振動緩和衝擊，而且由於車輛在運行過程中受到的激振頻域寬，振動複雜，所以還必須要有減振功能以衰減不利振動和抑制共振(阻尼係數C決定)，保證車輛的正常運行平緩性、舒適性等。軌道車輛受到的振動衝擊主要來自於輪軌，其簡單的振動模型的消極隔振模型如圖1所示。圖1所示的振動系統，在軌道車輛上目前使用的情況是；彈簧k和阻尼c是分開的，由兩個獨立的部件(或產品)來實現。為說明本實用新型的特點先分析如圖1所示的振動系統，對於定常的k、c、M(質量塊)的系統，我們稱之為線性系統(為說明方便，我們將車輛的懸掛系統按照線性系統來考慮是可行的)，由振動知識有my=-k(y-x)-c(y-x)]]>在車輛上M成為簧上質量，k為一系彈簧剛度(N/m)，c為一系阻尼(Ns/m)，輸入X為輪對所受衝擊(激勵)，Y簧上響應，Y與X的比值為位移傳遞率TM，由振動知識有TM=YX=1+(2/n)2[1-(/n)2]2+(2/n)2]]>將上式TM、ω/ωn、ξ之間關係繪成如圖2所示的曲線，從圖2中可看出激振頻率ω遠大於固有頻率ωn時傳遞率TM越小，即減振效果越好，而在此減振區域內TM隨阻尼比ξ的增加而增加，即減振效果差，由公式n=km]]>可知當系統剛度K越小時系統的固有頻ωn率也越小，系統能隔離的振動頻域就越寬，效果越好，故對減振隔振系統來說，要想獲得較好的隔振效果應儘量地降低系統剛度，以獲得較低的固有頻率，在隔振區儘量減小阻尼作用，同時在不可避免的振動放大區提供較大的阻尼力以抑制振動的放大。
本實用新型正是基於這樣一個近似理想的隔振器來設計的。本實用新型為液體阻尼和疊層橡膠彈簧複合作用所構成的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈性元件，通過液體的阻尼作用和橡膠彈簧的綜合特性來達到減振隔振的效果。本實用新型的結構組成如圖3所示，主要由橡膠主簧和液體阻尼裝置兩部分所構成，而且橡膠主簧和液體阻尼裝置兩部分是垂直疊加為一體的，且液體阻尼裝置16是疊加在橡膠主簧5之上的。其中橡膠主簧由多層錐型金屬骨架和橡膠硫化粘合成一體，其金屬骨架層數根據需要的具體參數可進行調整，其橡膠的層數為1-6層不等，其錐角α從10°-30°不等，且在橡膠主簧的橡膠上，有用於調整橡膠主簧剛度的橡膠去除缺口，通過在產品的不同部位去除部分橡膠，以及調整α角和骨架層數、規格尺寸可獲得一系列不同剛度要求參數的產品，由於橡膠在軸向由橡膠剪切承載故可獲得很大的柔性和大變形能力，使得橡膠主簧額定載荷下撓度可達30-65mm，這種設計能使得產品可獲得較低的固有頻率，改變了過去因橡膠產品撓度(一般在15mm以下)或承載能力不足而不得不使用鋼簧設計情況，而在其徑向由橡膠的壓縮承載，剛度較大，可獲得滿意的定位剛度。而液體阻尼裝置是通過由橡膠主簧、密封冠、密封囊和阻尼隔板所構成的兩個可變容積的密閉容腔與一個隔離兩個密閉容腔的阻尼隔板所組成的，其中密封囊為一種高彈的橡膠囊，它的使用使得產品的上密閉容腔的體積可隨時容易的發生變化，同時它藉助空氣壓力使流體快速的流回下容腔中，使得流體在上下容腔中來回振蕩得以實現。而兩個密閉容腔的容積改變是通過密閉容腔內的液體經阻尼隔板上的阻尼孔相互流動來實現的，密閉容腔內的流體阻尼材料可選用矽油或其它液體，通過產品試製試驗多種材料的對比，矽油具有較好的綜合性能，它性能穩定，粘度調整範圍廣，粘度隨溫度的變化小，它既能滿足阻尼的要求，而且它對橡膠幾乎沒有什麼不利的影響。試驗的結果表明粘度的最佳範圍為300-800mm2/s之間。而且阻尼孔是採用的阻尼隔板圓周均勻布置，使得阻尼液體的流動均勻平穩。由於橡膠主簧在軸向大變形能力和橡膠材料本身的動態特性，使得其在20Hz(甚至15Hz)以上的中高頻振動有很好的隔振效果，而在車輛處於低頻大位移共振區時，流體阻尼裝置就會起作用。由於流體的共振效應使其在產品的高頻隔振區具有較好的動態性能，而在產品低頻共振區又能提供很大的阻尼，從而抑制振動的放大和衰減振動。流體阻尼的作用過程是橡膠主簧上的安裝面和密封冠上的安裝面分別連接轉向架和軸箱上的安裝座，輪對受到的振動經軸箱傳到產品的一安裝面上，通過產品的柔性支撐傳到轉向架上再傳至車體，兩安裝面之間的相對錯位使流體的下容腔體積發生變化而壓迫流體在上下容腔之間流動，流體的流動的是通過阻尼隔板上特製的環行通道在上下兩腔之間流動的，流體流過通道必須克服一定阻力而做功，將機械能轉化位熱能散發到周圍介質而起到衰減振動的作用。在阻尼隔板上根據具體隔振需要還可在阻尼隔板上設置彈性變形的橡膠膜(如圖3所示)，將一塊2-3mm厚的橡膠膜裝於阻尼隔板上，兩邊再加上帶孔金屬隔片保護其不會被破壞，且流體有能作用在其上，其安裝位置可在阻尼隔板上任意布置，這對高頻微振幅的振動吸收有很大的好處，它的設置能更好的改變產品在隔振區的減振效果。為了獲得適當的阻尼，阻尼孔結構設計成環行通道，阻尼隔板由兩塊金屬板組成，分成上阻尼隔板和下阻尼隔板，流體從金屬板一面的通道開口流進，通過環行通道流到另一面，通道開口數量和通道的尺寸大小由需要的阻尼確定。
本實用新型橡膠主簧的特性使得產品在軸向可獲得較低的固有頻率，從而使產品在較廣泛的頻域裡起到很好的隔振作用；而在徑向可有很好柔性定位的作用；同時用橡膠形變來起到活塞的作用，使流體產生流動，達到無磨耗的目的。而本實用新型的流體阻尼裝置在車輛處於低頻大位移共振區時，又會起到衰減振動的作用。通過流體的共振效應使其在產品的高頻隔振區具有較好的動態性能，而在產品低頻共振區又能提供很大的阻尼，從而抑制振動的放大和衰減振動。
四、附圖及
圖1軌道車輛的振動消極隔振模型簡圖；圖2激振頻率ω與傳遞率TM和阻尼比ξ之間的關係曲線圖；圖3本實用新型結構示意圖。
圖中1、密封冠 2、密封囊 3、阻尼隔板 4、流體阻尼材料 5、橡膠主簧 6、金屬骨架 7、橡膠 8、橡膠去除缺口 9、阻尼孔10、橡膠膜 11、帶孔金屬隔片 12、上阻尼隔板 13、下阻尼隔板 14、橡膠主簧上的安裝面 15、密封冠上的安裝面 16、液體阻尼裝置 17、密閉容腔 18、密閉容腔 19、通氣孔五具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的描述。從附圖中可以看出，本實用新型是由橡膠主簧5和液體阻尼裝置16兩部分所構成，而且橡膠主簧5和液體阻尼裝置16兩部分是垂直疊加為一體的，一般來說是液體阻尼裝置16在上，橡膠主簧5在下。其中橡膠主簧5是由多層錐型金屬骨架6和橡膠7硫化粘合成一體的，其金屬骨架6的層數根據需要的具體參數可在1-5之間進行調整，其橡膠7的層數為1-6層不等，其橡膠主簧5的金屬骨架6和橡膠7與軸線所形成的錐角α為10°-30°不等，且在橡膠主簧的橡膠上，有用於調整橡膠主簧剛度的橡膠去除缺口8，通過在產品的不同部位去除部分橡膠，以及調整α角和骨架層數、規格尺寸可獲得一系列不同剛度要求參數的產品，由於橡膠在軸向由橡膠剪切承載故可獲得很大的柔性和大變形能力，使得橡膠主簧5額定載荷下撓度可達30-65mm。而液體阻尼裝置16是通過由橡膠主簧5、密封冠1、密封囊2和阻尼隔板3所構成的兩個可變容積的密閉容腔17、18與一個隔離兩個密閉容腔的阻尼隔板3所組合而成的，其中密封囊2為一種高彈性的橡膠囊，它可使上密閉容腔17的體積可隨時很容易的發生變化，同時它藉助空氣壓力使流體快速的流回下密閉容腔18中，使得流體在上下容腔中來回振蕩得以實現。而兩個密閉容腔17、18的容積改變是通過密閉容腔內的液體經阻尼隔板上的阻尼孔9相互流動來實現的，密閉容腔內的流體阻尼材料4可選用矽油或其它液體，通過產品試製試驗多種材料的對比，矽油具有較好的綜合性能，它性能穩定，粘度調整範圍廣，粘度隨溫度的變化小，它既能滿足阻尼的要求，而且它對橡膠幾乎沒有什麼不利的影響。試驗的結果表明粘度的最佳範圍為300-800mm2/s之間。而且阻尼孔9是在阻尼隔板圓周均勻布置的，使得阻尼液體的流動均勻平穩。流體阻尼的作用過程是橡膠主簧上的安裝面14和密封冠上的安裝面15分別連接轉向架和軸箱上的安裝座，輪對受到的振動經軸箱傳到產品的一安裝面上，通過產品的柔性支撐傳到轉向架上再傳至車體，兩安裝面之間的相對錯位使流體的下容腔體積發生變化而壓迫流體在上下容腔之間流動，流體的流動的是通過阻尼隔板上特製的環行通道在上下兩腔之間流動的，流體流過通道必須克服一定阻力而做功，將機械能轉化位熱能散發到周圍介質而起到衰減振動的作用。在阻尼隔板3上根據具體隔振需要還可在阻尼隔板3上設置彈性變形的橡膠膜10(如圖3所示)，將一塊2-3mm厚的橡膠膜裝於阻尼隔板3上，兩邊再加上帶孔金屬隔片11，保護其不會被破壞，且流體有能作用在其上，其安裝位置可在阻尼隔板3上任意布置，這對高頻微振幅的振動吸收有很大的好處，它的設置能更好的改變產品在隔振區的減振效果。為了獲得適當的阻尼，阻尼孔9的結構設計成環行通道，阻尼隔板3由兩塊金屬板組成，分成上阻尼隔板12和下阻尼隔板13，流體從金屬板一面的通道開口流進，通過環行通道流到另一面，通道開口數量和通道的尺寸大小由需要的阻尼確定。此外，在密封冠1上有用於保持密封冠1內腔氣壓穩定的通氣孔19。通氣孔19使得密封冠1內腔氣壓穩定在一個大氣壓。由於橡膠主簧5在軸向大變形能力和橡膠材料本身的動態特性，使得其在20Hz(甚至15Hz)以上的中高頻振動有很好的隔振效果，而在車輛處於低頻大位移共振區時，流體阻尼裝置就會起作用。由於流體的共振效應使其在產品的高頻隔振區具有較好的動態性能，而在產品低頻共振區又能提供很大的阻尼，從而抑制振動的放大和衰減振動。
橡膠主簧結構和作用其中橡膠主簧5由多層錐型金屬骨架和橡膠硫化粘合成一體，其骨架層數根據需要的具體參數可進行調整，其橡膠的層數從1-6層不等，橡膠切面形狀設計按等應力理論設計，橡膠材料選用天然橡膠，特定的配方；其錐角α從10°-30°不等，且因橡膠成型方便，通過在產品的不同部位去除部分橡膠如圖示的W處，以及調整α角和骨架層數、規格尺寸可獲得一系列不同剛度要求參數的產品，由於橡膠在圖示的軸向由橡膠剪切承載故可獲得很大的柔性和大變形能力，額定載荷下撓度可達30-65mm，這種設計能使得產品獲得較低的固有頻率，改變了過去因橡膠產品撓度(一般在15mm以下)或承載能力不足而不得不使用鋼簧設計情況，而在其徑向由橡膠的壓縮承載，剛度較大，可獲得滿意的定位剛度。
阻尼的產生由於橡膠主簧在軸向大變形能力和橡膠材料本身的動態特性，使得其在20Hz(甚至15Hz)以上的中高頻振動有很好的隔振效果，而在車輛處於低頻大位移共振區時，流體阻尼4就會起作用。由於流體的共振效應使其在產品的高頻隔振區具有較好的動態性能，而在產品低頻共振區又能提供很大的阻尼，從而抑制振動的放大和衰減振動。流體阻尼的作用過程是橡膠主簧4的安裝面1和密封冠上安裝面2分別連接轉向架和軸箱上的安裝座，輪對受到的振動經軸箱傳到產品的一安裝面上，通過產品的柔性支撐傳到轉向架上再傳至車體，兩安裝面之間的相對錯位使流體的下容腔體積發生變化而壓迫流體在上下容腔之間流動，流體的流動的是通過阻尼隔板上特製的環行通道在上下兩腔之間流動的，流體流過通道必須克服一定阻力而做功，將機械能轉化位熱能散發到周圍介質而起到衰減振動的作用。
阻尼隔板結構在阻尼隔板上根據具體隔振需要可設置彈性變形的橡膠膜(如圖3所示)，將一塊2-3mm厚的橡膠膜裝於阻尼隔板上，兩邊再加上帶孔金屬隔片保護其不會被破壞，且流體有能作用在其上，其安裝位置可在阻尼隔板上任意布置，這對高頻微振幅的振動吸收有很大的好處，它的設置能更好的改變產品在隔振區的減振效果。為了獲得適當的阻尼，阻尼孔結構設計成環行通道，阻尼隔板由兩塊金屬板組成，流體從金屬板一面的通道開口流進，通過環行通道流到另一面，通道開口數量和通道的尺寸大小由需要的咀尼確定。
密封本產品使用一種高彈的橡膠囊，它的使用使得產品的上密閉容腔的體積可隨時容易的發生變化，同時它藉助空氣壓力使流體快速的流回下容腔中，使得流體在上下容腔中來回振蕩得以實現。
流體材料流體阻尼材料選用矽油，通過產品試製試驗多種材料的對比，矽油具有較好的綜合性能，它性能穩定，粘度調整範圍廣，粘度隨溫度的變化小，它既能滿足阻尼的要求，而且它對橡膠幾乎沒有什麼不利的影響。試驗的結果表明粘度的最佳範圍為300-800mm2/s之間。
權利要求1.無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，為液體阻尼和疊層橡膠彈簧複合作用所構成的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈性元件，由橡膠主簧(5)和液體阻尼裝置(16)兩部分所構成，而且橡膠主簧(5)和液體阻尼裝置(16)兩部分是垂直疊加為一體的，而液體阻尼裝置(16)是通過由橡膠主簧(5)、密封冠(1)、密封囊(2)和阻尼隔板(3)所構成的兩個可變容積的密閉容腔(17)、(18)與一個隔離兩個密閉容腔的阻尼隔板(3)所組合而成的，其中密封囊(2)為一種高彈性的橡膠囊，而兩個密閉容腔(17)、(18)的容積改變是通過密閉容腔內的液體經阻尼隔板(3)上的阻尼孔(9)相互流動來實現的。
2.如權利要求1所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於在阻尼隔板(3)上任意位置設置有彈性變形的橡膠膜(10)，橡膠膜(10)裝於阻尼隔板(3)上，在橡膠膜(10)的兩邊有保護其不會被破壞的帶孔金屬隔片(11)，且流體有能作用在其上，為了獲得適當的阻尼，阻尼孔(9)為環行通道形狀，阻尼隔板(3)由兩塊金屬板組成，分成上阻尼隔板(12)和下阻尼隔板(13)，流體從金屬板一面的通道開口流進，通過環行通道流到另一面。
3.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於橡膠主簧(5)是由多層錐型金屬骨架(6)和橡膠(7)硫化粘合成一體的，其金屬骨架(6)的層數為1-5之間，其橡膠(7)的層數為1-6層，橡膠主簧(5)的金屬骨架(6)和橡膠(7)與軸線所形成的錐角為10°-30°，且在橡膠主簧(5)的橡膠(7)上，有用於調整橡膠主簧剛度的橡膠去除缺口(8)。
4.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於液體阻尼裝置(16)是疊加在橡膠主簧(5)之上的。
5.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於橡膠主簧(5)額定載荷下的撓度為30-65mm。
6.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於密閉容腔內的流體阻尼材料(4)的粘度的範圍為300-800mm2/s。
7.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於密閉容腔內的流體阻尼材料(4)為矽油。
8.如權利要求1或2所述的無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於阻尼孔(9)是在阻尼隔板(3)上均勻布置的。
9.如權利要求1或2所述的車輛轉向架軸箱用無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，其特徵在於在密封冠(1)上有用於保持密封冠(1)內氣壓穩定的通氣孔(19)。
專利摘要無磨耗非線性阻尼複合減振定位彈簧，由橡膠主簧和液體阻尼裝置兩部分構成，而且橡膠主簧和液體阻尼裝置是垂直疊加為一體的，其中橡膠主簧是由多層錐型金屬骨架和橡膠硫化粘合成一體的，而液體阻尼裝置是通過由橡膠主簧、密封冠、密封囊和阻尼隔板所構成的兩個可變容積的密閉容腔與一個隔離兩個密閉容腔的阻尼隔板所組合而成的，其中密封囊為一種高彈性的橡膠囊，而兩個密閉容腔的容積改變是通過密閉容腔內的液體經阻尼隔板上的阻尼孔相互流動來實現的，在阻尼隔板上根據具體隔振需要還可在阻尼隔板上設置彈性變形的橡膠膜。由於流體的共振效應使其在產品的高頻隔振區具有較好的動態性能，而在產品低頻共振區又能提供很大的阻尼，從而抑制振動的放大和衰減振動。
文檔編號B60G15/08GK2547546SQ02224228
公開日2003年4月30日 申請日期2002年6月9日 優先權日2002年6月9日
發明者張亞新, 黃毅, 王雪飛 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司