壓杆式無源低頻三向隔振器的製作方法

2023-05-18 08:41:31 2

專利名稱：壓杆式無源低頻三向隔振器的製作方法
技術領域：
本發明屬於精密儀器的減振技術領域，具體涉及用於低頻環境精密加工和測量的低頻隔振器。
背景技術：
隨著各種精密工程領域的迅猛發展，超精密加工和精密測量技術對其工作環境提出了越來越高的要求。外界環境的微小振動將大大降低超精密儀器的加工精度，使各種精密測量出現較大的誤差，甚至使測量無法進行，所以精密儀器的隔振性能直接影響著其運行的性能。影響隔振性能的主要指標是隔振系統的固有頻率和阻尼比，其中固有頻率起著重要的作用，降低隔振系統的固有頻率可以顯著提高系統的隔振能力。傳統的隔振系統，能夠很好的對中高頻帶進行隔離，但由於其在靜承載力和低剛度之間的矛盾，很難再降低系統的固有頻率。目前對於低頻隔振，通常採用空氣彈簧和主動式隔振器，然而空氣彈簧雖然能夠降低系統的固有頻率，但是結構複雜，體積龐大，價格昂貴，並且需要輔助的氣源設備； 一些主動式隔振器雖然能夠很好的進行低頻隔振，但是需要額外的控制系統，並且需要消耗大量的能量，因此這兩種隔振器都很難在實際工程中得到廣泛的應用。為了解決傳統隔振器不適用於低頻環境的隔振問題，一些研究者將負剛度機構， 引入到低頻隔振系統中。利用負剛度機構和正剛度彈簧進行並聯，研製了一些低頻隔振器。 這種正負剛度並聯隔振器雖然在一定的區間內具有超低剛度，能夠進行超低頻隔振，但是其存在作用區間狹窄，容易發生失穩的缺點，並且大多是針對垂向隔振的研究，離實際應用還有一定距離。因此有必要研製一種適用於低頻環境隔振的無源低頻三向隔振器。

發明內容
為了解決低頻環境的隔振問題，本發明提供一種適用於低頻環境隔振的壓杆式無源低頻三向隔振器。本發明實現上述目的的技術方案如下
壓杆式無源低頻三向隔振器包括圓桶狀的底座7，底座7內中部設有下彈性元件6，底座7上部開口端側壁上設有一環形臺階，所述環形臺階下部的底座7內壁上均布設有沿軸向的二條以上的導向槽11 ；下彈性元件6的頂部設有圓形的支撐臺5，支撐臺5的圓周上均布設有二塊以上的導向塊12，二塊以上的導向塊12和二條以上的導向槽11對應配合，支撐臺5中部設有上彈性元件17 ；上彈性元件17的的頂部設有圓盤狀的上擋板4，上擋板4的底部圓周與底座7上的環形臺階處接觸；上擋板4上均布開設有三個以上的圓孔，三根以上的彈性壓杆3的下端分別對應穿過上擋板4上的三個以上的圓孔連接著支撐臺5，三根以上的彈性壓杆3的上端分別連接著呈圓形的罩蓋狀的承載外殼1，三根以上的彈性壓杆3上套設有橡膠阻尼套9 ；承載外殼1罩設在底座7的上部，承載外殼1的內側壁上設有環形的彈性元件8，承載外殼1內側頂部設有阻尼缸2。所述環形臺階下部的底座7內壁上均布設有沿軸向的四條導向槽11 ；所述支撐臺5的圓周上對應均布設有四塊導向塊12。所述下彈性元件6和上彈性元件17均為鋼絲繩彈簧或螺旋彈簧或橡膠金屬複合彈簧；所述環形的彈性元件8材料為鋼絲繩彈簧或橡膠或橡膠鋼絲繩複合彈簧。所述支撐臺5中部開設有通孔，中心導杆14穿過支撐臺5的通孔上端連接著上擋板4，下端連接著底座7 ；支撐臺5和上擋板4之間的中心導杆14上套裝有上彈性元件17， 支撐臺5和底座7之間的中心導杆14上套裝有下彈性元件6，所述上彈性元件17和下彈性元件6均為螺旋彈簧。所述上擋板4上均布開設有四個圓孔，四根彈性壓杆3的下端分別對應穿過上擋板4上的四個圓孔通過法蘭連接著支撐臺5，四根彈性壓杆3的上端分別通過法蘭連接著承載外殼1。所述阻尼缸2為一種液體耗能緩衝器，裡面注入的是液體阻尼材料。本發明的有益技術效果體現在下述幾個方面
1、本發明的壓杆式無源低頻三向隔振器能夠在保證較大承載力的前提下，在垂直方向和水平方向上都實現超低頻隔振；
2、相對一些負剛度隔振器，本發明中彈性細長壓杆是工作在失穩前的狀態，因此隔振系統的穩定性較高；
3、本發明設置了多種阻尼耗能機制，根據具體的實施工況，發揮不同的阻尼耗能作
用；
4、本發明的壓杆式無源低頻三向隔振器，同時在水平方向和垂直方向具有低頻隔振和抗衝擊雙重功能；
5、本發明為被動無源減振器，不需要外加能量就能實現低頻隔振抗衝作用。


圖1為第一種實施方式下壓杆式無源低頻三向隔振器的整體結構圖。圖2為第二種實施方式下壓杆式無源低頻三向隔振器的整體結構圖。圖3為第三種實施方式下壓杆式無源低頻三向隔振器的整體結構圖。圖4為圖1中下底座的俯視圖。圖5為圖1中下支撐臺的俯視圖。圖6為圖1中上擋板的俯視圖。上圖中序號1.承載外殼、2.阻尼缸、3.彈性壓杆、4.上擋板，5.支撐臺，6.下彈性元件、7.底座、8.環形的彈性元件、9.橡膠阻尼套、10.法蘭、11.導向槽、12.導向塊、 13.夾板、14.中心導杆、15.直線軸承、16.限位環、17.上彈性元件。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例本發明作進一步地說明。實施例1
參見圖1，壓杆式無源低頻三向隔振器包括圓桶狀的底座7，底座7內通過夾板13均布安裝有三個以上的下彈性元件6，下彈性元件6為鋼絲繩彈簧，通過設計鋼絲繩的直徑、股數、長度、圈數、纏繞方式以及鬆緊程度來設計出垂向方向上所需的承載力、剛度和阻尼。底座7上部開口端側壁上設有一環形臺階，環形臺階下部的底座7內壁上均布設有沿軸向的四條導向槽11，見圖4 ；下彈性元件6的頂部設有圓形的支撐臺5，支撐臺5的圓周上均布設有四塊導向塊12，見圖5，四塊導向塊12和四條導向槽11對應配合，支撐臺5在導向槽 11和導向塊12的限制下，在底座7中可垂直運動。支撐臺5中部裝有上彈性元件17，上彈性元件17也是鋼絲繩彈簧；上彈性元件17的頂部裝有圓盤狀的上擋板4，見圖6，上擋板4 的底部圓周與底座7上的環形臺階處接觸。上擋板4上均布開設有四個圓孔，四根彈性壓杆3的下端分別對應穿過上擋板4上的四個圓孔通過法蘭10連接著支撐臺5，四根彈性壓杆3的上端分別通過法蘭連接著呈圓形的罩蓋狀的承載外殼1，四根彈性壓杆3上套裝有橡膠阻尼套9。承載外殼1罩設在底座7的上部，承載外殼1的內側壁上設有環形的彈性元件 8，環形的彈性元件8材料為鋼絲繩彈簧，承載外殼1內側頂部固定安裝有阻尼缸2，阻尼缸 2為一種液體耗能緩衝器，阻尼缸2內注入了液體阻尼材料，能夠耗散各個方向上的振動能量。當隔振器受到垂直方向的外力作用時，外力通過承載外殼1、彈性壓杆3和支撐臺 5傳遞到鋼絲繩彈簧(下彈性元件6和上彈性元件17)上，由鋼絲繩彈簧在垂向方向上進行低頻隔振。當振動位移較小，鋼絲繩彈簧不產生幹摩擦阻尼，此時鋼絲繩彈簧主要起到緩存振動能量、減小振動傳遞率的作用，儲存在鋼絲繩彈簧中的能量由阻尼缸2中的阻尼材料逐漸消耗；當受到衝擊或者共振時，振動位移較大，鋼絲繩彈簧發生較大的變形，此時其各股鋼絲繩之間將會發生幹摩擦，幹摩擦阻尼迅速大，能有效的耗散共振和衝擊的能量，是振動位移迅速減小，實現垂向隔振抗衝的作用。當隔振系統受到水平方向的外力作用時，主要由彈性壓杆3來進行橫向低頻隔振作用。當振動位移較小時，橫向振動能量主要布置在彈性壓杆3上的橡膠阻尼套9來消耗； 當振動位移過大或者受到衝擊時，承載外殼1將與底座7發生柔性碰撞，這時候設置在承載外殼1內側壁上的環形的彈性元件8將有效地吸收和消耗掉振動衝擊的能量，實現橫向隔振抗衝的作用。實施例2
參見圖2，與實施例1的主要區別在於支撐臺5中部開設有通孔，中心導杆14穿過支撐臺5的通孔上端連接著上擋板4，下端連接著底座7 ；支撐臺5和上擋板4之間的中心導杆14上套裝有上彈性元件17，支撐臺5和底座7之間的中心導杆14上套裝有下彈性元件 6，上彈性元件17和下彈性元件6均為螺旋彈簧。與上彈性元件17的上端和下端對應的支撐臺5的頂面上和上擋板4的底面上分別安裝有限位環16 ；與下彈性元件6的上端和下端對應的支撐臺5的底面和底座7的底面上分別安裝有限位環16。環形的彈性元件8材料為橡膠。其它同實施例1。支撐臺5和中心導杆14之間安裝有直線軸承15，進一步保證其在垂向方向上運動。在此實施例中，壓杆式無源低頻三向隔振器的加工和裝備更加簡便，主要應用於一些振動衝擊較小，並且垂向振動頻率不需要太低的隔振系統中。實施例3
參見圖3，與實施例3的主要區別在於下彈性元件6和上彈性元件17材料均為橡膠金屬複合彈簧；環形的彈性元件8材料為橡膠鋼絲繩複合彈簧。其它同實施例2。主要是在實施例2的基礎上增加了隔振器的阻尼和承載力，主要應用於低頻隔振要求不是太嚴格的隔振系統中。
權利要求
1.壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於包括圓桶狀的底座(7)，底座(7)內中部設有下彈性元件(6)，底座(7)上部開口端側壁上設有一環形臺階，所述環形臺階下部的底座(7)內壁上均布設有沿軸向的二條以上的導向槽(11)；下彈性元件(6)的頂部設有圓形的支撐臺(5)，支撐臺(5)的圓周上均布設有二塊以上的導向塊(12)，二塊以上的導向塊 (12)和二條以上的導向槽(11)對應配合，支撐臺(5)中部設有上彈性元件(17)；上彈性元件(17)的的頂部設有圓盤狀的上擋板(4)，上擋板(4)的底部圓周與底座(7)上的環形臺階處接觸；上擋板(4)上均布開設有三個以上的圓孔，三根以上的彈性壓杆(3)的下端分別對應穿過上擋板(4)上的三個以上的圓孔連接著支撐臺(5)，三根以上的彈性壓杆(3)的上端分別連接著呈圓形的罩蓋狀的承載外殼(1)，三根以上的彈性壓杆(3)上套設有橡膠阻尼套(9)；承載外殼(1)罩設在底座(7)的上部，承載外殼(1)的內側壁上設有環形的彈性元件(8)，承載外殼(1)內側頂部設有阻尼缸(2)。
2.根據權利要求1所述的壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於所述環形臺階下部的底座(7)內壁上均布設有沿軸向的四條導向槽(11);所述支撐臺(5)的圓周上對應均布設有四塊導向塊(12)。
3.根據權利要求1所述的壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於所述下彈性元件 (6)和上彈性元件(17)均為鋼絲繩彈簧或螺旋彈簧或橡膠金屬複合彈簧；所述環形的彈性元件(8)材料為鋼絲繩彈簧或橡膠或橡膠鋼絲繩複合彈簧。
4.根據權利要求1所述的壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於所述支撐臺(5) 中部開設有通孔，中心導杆(14)穿過支撐臺(5)的通孔上端連接著上擋板(4)，下端連接著底座(7);支撐臺(5)和上擋板(4)之間的中心導杆(14)上套裝有上彈性元件(17)，支撐臺 (5)和底座(7)之間的中心導杆(14)上套裝有下彈性元件(6)，所述上彈性元件(17)和下彈性元件(6)均為螺旋彈簧。
5.根據權利要求1所述的壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於所述上擋板(4)上均布開設有四個圓孔，四根彈性壓杆(3)的下端分別對應穿過上擋板(4)上的四個圓孔通過法蘭連接著支撐臺(5)，四根彈性壓杆(3)的上端分別通過法蘭連接著承載外殼(1)。
6.根據權利要求1所述的壓杆式無源低頻三向隔振器，其特徵在於所述阻尼缸(2)為一種液體耗能緩衝器，裡面注入的是液體阻尼材料。
全文摘要
本發明涉及壓杆式無源低頻三向隔振器。該隔振器的底座內依次設有下彈性元件、圓形的支撐臺、上彈性元件、圓盤狀的上擋板；三根以上的彈性壓杆的下端分別對應穿過上擋板上的三個以上的圓孔連接著支撐臺，上端分別連接著呈圓形的罩蓋狀的承載外殼，三根以上的彈性壓杆上套設有橡膠阻尼套；承載外殼罩設在底座的上部，承載外殼的內側壁上設有環形的彈性元件，承載外殼內側頂部設有阻尼缸；阻尼缸裡面注入了液體阻尼材料。本發明在垂直方向和水平方向上具有超低頻隔振抗衝能力，能夠廣泛應用於隔振精密加工和測量儀器的振動控制中。本發明為被動無源減振器，不需要外加能量就能實現低頻隔振抗衝作用。
文檔編號F16F13/02GK102518742SQ201110445169
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者嚴啟凡, 周宏 , 宗路航, 彭超, 郭朝陽, 龔興龍 申請人:中國科學技術大學