橡膠隔振器的製作方法

2023-05-11 13:43:36

專利名稱：橡膠隔振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種橡膠隔振器，具體來說，它涉及一種阻隔低頻振動的零剛度橡膠 隔振器，特別適用於硬碟驅動器等的隔振。
背景技術：
大多數工控機(industrial personal computers)都帶有數據存儲件，如硬碟驅 動器(HDD)和具有隻讀存儲器(CD-ROM)的光碟驅動器等，它們均以很高的速度傳輸數據， 並且數據存儲密度大，因此，它們對劇烈震動和撞擊非常敏感。在操作、存儲或傳輸中，任何 的震動都可能引起數據丟失，甚至會損壞驅動器。所以為了保證工控機的性能和安全性，必 須防止其上的驅動器受到外部震動，所以一般工控機上都具有加固設計。一般來說，在工控機中通常採用被動隔振器來防止驅動器受到外部震動和撞擊， 橡膠因其具有良好的彈性特徵，是理想的減振器，常作為防震和其它用途的被動隔振器，用 於電子、汽車、電控、園藝、運動產品、醫藥、娛樂等領域。但是，傳統橡膠隔振器的固有頻率較高，所以它們用於低頻率時的效果比較差。一 般來說，橡膠隔振器的固有頻率在10Hz到50Hz之間，所以當振動頻率低於10Hz，它的作用 就會降低。當處於0至50Hz低頻振動時，振動傳遞比通常大於1，隔振器無法起到減振的作 用，造成很大危害，因為第一，能量通常隨著振動的傳播而擴散，離振動源越遠，振動程度 越低，而且高頻振動比低頻振動減少得更快，所以離振動源越遠，振動的波譜主要會呈現為 低頻振動；第二，即使如鎖相環和自動增益控制器等電子補償器可以減少上述問題，但是由 於低頻振動經常引起傳感器發生較大移動，可能引起追蹤和位移錯誤，所以低頻振動會損 壞硬碟驅動系統。人們經過努力研製出新的橡膠混合物或橡膠機械裝置，以實現低頻振動的有效隔 振。US 6927244B2提供了一種由三元乙丙橡膠(EPDM)製成的減振橡膠混合物，它具有低動 態彈性剛度和較好的減振性能。該專利首先使用矽代替傳統的炭黑作為增強劑，然後用矽 烷偶聯劑化學鍵接矽和EPDM加大增強劑和EPDM材料之間的親和力，可以有效地降低動態 彈性剛度係數。但是新的橡膠混合物價格昂貴，目前尚無證據表明其在如高溫、高溼和腐蝕等環 境的適應性和工作可靠性，它的動態剛度係數也沒有被充分確認。因此，此種材料並非解決 以上問題的最佳途徑。另一種減少HDD和⑶-ROM上受到的振動的方案是使用相對複雜的隔振系統。US 6676101B2公開了一種具有低固有頻率的水平運動隔振系統，其相對負載大小的影響較小。 另外，這種水平運動減振系統可以維持較低水平固有頻率，在被動承受的負載發生變化時， 可調節並且減小水平位移。雖然這種隔振系統能起到隔振效果，但是它們體積大、設置復 雜，機箱和硬碟驅動器之間空間狹小，很難安裝。當然它們也可以裝在機箱外部，但也會佔 據較大面積，而且在很多實際應用中，價格昂貴，令人難以承受。

發明內容
因此，本發明旨在提供一種結構簡單的正負剛度機構相結合的隔振系統，通過選 擇正負剛度機構的剛度係數，可以實現橡膠隔振器的零剛度係數，以阻隔各種頻率的振動， 特別是低頻振動。為實現上述目的，本發明提供了一種橡膠隔振器，包括一個具有一個縱向軸的橡 膠件和一個沿橡膠件的縱向抵壓橡膠件的壓緊件。所述的橡膠件包括一個垂直於所述縱 軸設置的橫向橡膠部分，其在垂直於縱軸方向的剛度係數為Ks ；—個沿所述縱軸設置的縱 向橡膠部分，該縱向橡膠部分分為形狀對稱的兩個部分位於橫向橡膠部分兩側，縱向橡膠 部分在垂直於縱軸方向的負剛度係數為KN，縱向橡膠部分的剛度係數的絕對值&與橫向橡 膠部分的剛度係數Ks大小相等。本發明的橡膠隔振器還包括壓緊件，該壓緊件壓力可調地 抵壓在縱向橡膠部分的一個垂直於縱軸的端面上。在本發明的另一種實施方式中，在與縱軸垂直的截面上，縱向橡膠部分與橫向橡 膠部分的投影為兩個同心的相似形。例如，這可以是兩個同心的相似正方形。在本發明的又一種實施方式中，縱向橡膠部分為一個橫向截面為正方形的長方 體，而橫向橡膠部分則為一個正六面體。在本發明的又一種實施方式中，其中的壓緊件包括一個可調的壓緊螺釘，或者壓 緊螺釘可以經由一個彈簧抵壓在縱向橡膠部分的垂直於縱軸的端面上。由於本發明的橡膠隔振器中的橡膠件由兩個普通的橡膠部分構成，它們互相垂 直，支撐重量時動態剛度較高。受到彈簧擠壓的縱向橡膠部分作為負剛度機構，其具有一個 負剛度係數，而橫向橡膠部分支撐重量時剛度係數為正，將這兩個機構結合在一起，可以很 方便地實現橡膠隔振器的零剛度係數。本發明橡膠隔振器中橡膠件的形狀對稱，不僅安裝方便，並且能夠方便地適應阻 隔來自空間結構三個垂直方向的振動，而不必每個方向單獨調整剛度係數。本發明的橡膠隔振器可採用普通的橡膠、彈簧等構成，它們結構簡單、應用廣泛、 價格低廉、性能穩定，可以保證本發明的橡膠隔振器製造方便、低價，在各種環境中使用性 能可靠、適應性強。特別適用於硬碟驅動器等對隔振要求比較高的工作環境。


以下附圖僅對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中圖la-lc用於說明本發明的零剛度橡膠隔振器的工作原理，其中，圖la為一個正 剛度機構的示意圖，圖lb為一個負剛度機構的示意圖，圖lc為將上述的正、負剛度機構相 結合的示意圖；圖2是本發明的橡膠隔振器的結構示意圖；圖3是用於本發明橡膠隔振器的橡膠件的立體示意圖；圖4a_4b是將本發明的橡膠隔振器用於硬碟驅動器的示意圖，其中，圖4b是沿圖 4a中L向的示意圖；圖5是本發明的橡膠隔振器減振效果與普通彈簧隔振器的數據對比圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照

本發 明的具體實施方式
，在各圖中相同的或相似的標號表示相同或近似的部分。現結合圖la-lc簡要說明本發明的橡膠隔振器的工作原理。如圖la所示，一個普通彈簧24在受到向下的壓力Fs的作用下，被向下壓縮S，FS 與8之比為彈簧24的正剛度係數Ks，該彈簧24的正剛度係數與彈簧的材料、形狀有關。如圖lb所示為一種實現負剛度的機構22，它具有一根長杆222，長杆222的中心 具有一個鉸鏈26，長杆222兩端的各具有一個樞軸224。為便於敘述，在本文中，沿長杆長 度的方向被稱為「縱向」，而與該方向相垂直的方向被稱為「橫向」。鉸鏈26受到一個橫向 力Fn作用時，長杆222兩端的樞軸224上會受到大小相等、方向相反的兩個力P的作用，鉸 鏈產生向下的位移S。假設長杆222中心處的橫向剛度為KN，根據力學的計算公式KN = KB(1-P/Pcr)其中Kb是在長杆222的樞軸沒有受到壓力P時的橫向剛度係數，P。r是長杆222的臨界力。從這個公式中可以看出，當作用在樞軸224上的壓力P大於長杆222的臨界力P 時，長杆222的橫向剛度變為一個負數，在& 一定的情況下，增加樞軸224的壓力，即可以 增加杆222的負剛度係數的絕對值，長杆222的Kb與其材料和形狀有關。圖lc所示即是將圖la的正剛度機構與圖lb的負剛度機構相結合的示意圖，此時 正剛度機構24與負剛度機構22中的鉸鏈26相連接。若正剛度機構的剛度係數為Ks，而負 剛度機構的剛度係數的絕對值為KN，則兩者相結合後的機構的剛度係數K = Ks-Kn。通過設 計正、負剛度機構的形狀及調整作用在樞軸上的力大小，即可使Ks = KN，從而實現零剛度機 構。當然這裡的「相等」並非純數學上的意義，任何一個工程學上可以接受的「相等」的數 值範圍都是可以接受的，如符合國家標準的自由公差範圍等。圖2所示為實現上述零剛度機構的本發明的一種橡膠隔振器實施例的示意圖，橡 膠隔振器包括一個橡膠件19和一個壓緊件，壓緊件可為機械或氣動等結構，以便根據不同 的情況調節作用在橡膠件19上的壓力，從而實現對橡膠隔振器負剛度的調節。在圖2所示 的實施例中，壓緊件包括一個螺釘18和一個彈簧16，當然在使用過程中也可以把螺釘直接 抵壓在橡膠件19上。在圖2所示的實施例中，橡膠件19具有一個縱向軸，其中，橡膠件19的一個縱向端 面固定在一個託架的一個側面172上，另一個縱向端面由壓緊件的彈簧16抵住，螺釘18沿橡 膠件19的縱向旋入，壓住彈簧16，以調節作用在橡膠件19上的壓力。彈簧16為一個壓簧。圖3所示為本發明的橡膠件19的立體示意圖。橡膠件19由橡膠一體成型，它包 括兩個互相垂直的橡膠部分一個是垂直於像膠件19縱軸的橫向橡膠部分14，另一個是沿 像膠件19縱軸的縱向橡膠部分12，縱向橡膠部分12分為形狀對稱的兩半位於橫向橡膠部 分14的兩側。安裝時擰動螺釘18使之壓緊彈簧16，彈簧16又將縱向橡膠部分12的一端緊壓在 託架的側面172上，形成一個負剛度的機構；而橫向橡膠部分14的一端緊靠在託架的另一 個側面174上，形成一個正剛度機構來支撐如硬碟驅動器(圖中未示)等被支承物的靜重
5量。橡膠隔振器將一個負剛度機構和一個正剛度機構相結合，通過調整壓緊部分作用在縱 向橡膠部分上的壓力，可以調節橡膠隔振器的負剛度，實現橡膠隔振器的零剛度。當然這裡 所述的「零」並非純數學的概念，而是工程設計的概念。橫向橡膠部分14在垂直於縱軸方向的剛度係數為Ks，縱向橡膠部分12在垂直於 縱軸方向的負剛度係數為Kn。在設計時，可以利用現有技術的各種方法，例如，通過改變相 關的材料和形狀調節Ks與Kn的值，使縱向橡膠部分12的剛度係數的絕對值Kn與橫向橡膠 部分14的剛度係數Ks大小相等，從而實現橡膠隔振器的零剛度係數。在與縱軸垂直的截面上，縱向橡膠部分12與橫向橡膠部分14的投影為兩個同心 的相似形。例如，這可以是兩個同心的相似正方形，也就是說縱向橡膠部分12是一個橫向 截面為正方形的長方體，此時，橫向橡膠部分14的橫向截面也是正方形的，以保證橫向橡 膠部分14橫向的兩個相互垂直的方向上的正剛度係數是一樣的，這樣一來安裝橡膠件的 時候，橫向橡膠部分14橫向的兩個面中的任意一個與託架的側面174安裝都不會對橡膠件 的整體正負剛度係數造成影響，方便了橡膠件的安裝。在本發明的另一個具體實施例中橫 向橡膠部分14最好為一個正六面體。圖4a_4b所示為將本發明的一種零動態剛度的橡膠隔振器用於硬碟驅動器11上 的結構示意圖，圖4b是沿圖5a中的箭頭L所示方向的結構示意圖。為達到更好的隔振效果，如圖4a圖示，可採用兩個橡膠隔振器，它們分別安裝在 硬碟驅動器11的兩側，並設置在託架上，託架固定在硬碟驅動器11的外罩上。由於縱向橡 膠部分12的截面為正方形，在正方形各方向上的負剛度係數都是相等的；橫向橡膠部分14 為立方體，它在立方體各面方向上的正剛度係數也是相等的。由於隔振器結構對稱，所以不 論硬碟驅動器11是按圖4a中箭頭所示的方向振動，或是沿圖4b中箭頭所示的方向振動， 都可以減少硬碟驅動器受到的水平振動和垂直振動，保證達到零動態剛度隔振的效果。圖5所示為本發明的橡膠隔振器和傳統橡膠隔振器的振動傳遞率的比較，其中實 線所示的曲線為本發明橡膠隔振器在不同振動頻率下的振動傳遞率，虛線所示的曲線則為 傳統橡膠隔振器在不同振動頻率下的振動傳遞率。從圖中可以看出，當頻率小於約4Hz時， 傳統橡膠隔振器的振動傳遞率通常等於或大於1，這說明傳統的橡膠隔振器無法在低於約 4Hz的振動頻率下使用。而本發明零動態剛度的橡膠隔振器只有在頻率低於0.7Hz的情況 下振動傳遞率才會大於1，大大改善了低頻振動減振性能。如圖中的A線所示，在約2. 5Hz 時，本發明橡膠隔振器的振動傳遞率比傳統橡膠隔振器的縮小了 100倍；圖中的B線所示， 在約5. 5Hz時，振動傳遞率縮小了 50倍；圖中的C線所示，在約20Hz時，振動傳遞率縮小了 10倍。本發明的上述具體應用實施例的其他結構與前述實施例相同，並且，本實施例的 基本結構和原理也是相同的，因此其所具有的優點也是本領域技術人員可以根據全文直接 獲得的，在此不一一贅述。在各圖中相同的或相似的標號表示相同或近似的部分，例如圖4a 和4b中所示託架的側面172和174與圖2中的相應結構的作用是完全相同的。本領域技術人員應當理解，雖然本發明是按照多個實施例的方式進行描述的，但 是並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見， 本領域技術人員應當將說明書作為一個整體加以理解，並將各實施例中所涉及的技術方案 看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發明的保護範圍。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本 發明的構思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結合，均應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
一種橡膠隔振器，包括一個具有一個縱軸的橡膠件，其特徵在於，所述的橡膠件為一體成型，它包括一個垂直於所述縱軸設置的橫向橡膠部分，其在垂直於所述縱軸方向的剛度係數為KS；一個沿所述縱軸設置的縱向橡膠部分，該縱向橡膠部分分為形狀對稱的兩半位於所述橫向橡膠部分的兩側，該縱向橡膠部分在垂直於所述縱軸方向的負剛度係數為KN，所述縱向橡膠部分的剛度係數的絕對值KN與所述橫向橡膠部分的剛度係數KS大小相等；所述的橡膠隔振器還包括一個壓緊件，該壓緊件壓力可調地抵壓在所述縱向橡膠部分的一個垂直於縱軸的端面上。
2.如權利要求1所述的橡膠隔振器，其中，在與所述的縱軸垂直的截面上，所述縱向橡 膠部分與所述橫向橡膠部分的投影為兩個同心的相似形。
3.如權利要求2所述的橡膠隔振器，其中所述縱向橡膠部分的橫向截面為正方形。
4.如權利要求3所述的橡膠隔振器，其中，所述橫向橡膠部分為一個正六面體。
5.如權利要求1所述的橡膠隔振器，其中所述的壓緊件包括一個可調的壓緊螺釘。
6.如權利要求5所述的橡膠隔振器，其中所述的壓緊螺釘經由一個彈簧抵壓在所述的 縱向橡膠部分的一個垂直於縱軸的端面上。
全文摘要
本發明提供了一種橡膠隔振器，包括一個橡膠件及一個壓緊件，所述的橡膠件包括一個橫向橡膠部分和一個縱向橡膠部分，縱向橡膠部分分為形狀對稱的兩個部分位於橫向橡膠部分兩側。在與橡膠件縱軸垂直的方向上，橫向橡膠部分的剛度係數為KS，縱向橡膠部分的負剛度係數為KN，縱向橡膠部分的剛度係數的絕對值KN與橫向橡膠部分的剛度係數KS大小相等，壓緊件將橡膠件壓緊在支承物上。本發明的橡膠隔振器結構簡單，通過調整正負剛度機構的剛度係數，可以實現橡膠隔振器的零剛度係數，以阻隔各種頻率的振動，特別是低頻振動。
文檔編號F16F1/36GK101858396SQ20091013117
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者杜昭輝, 賴勝 申請人:西門子(中國)有限公司