CN104832591B - 一种复合刚度阻尼减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合刚度阻尼减振器，属于减振装置技术领域。该减振器包括插装在盒状底座中央的中心轴，中心轴的上部装有轴向约束于底座顶板上表面和与所述底座固连的上盖下表面之间的库伦阻尼器；中心轴的下端通过串联的缓冲摩擦环和主弹簧支撑在底座的底板上，底座的内腔中衬有限位于底座顶板下表面与底板上表面之间的弹性缓冲圈；弹性缓冲圈的内壁具有凹陷，缓冲摩擦环的径向伸入凹陷；当中心轴传递小幅振动时，缓冲摩擦环与弹性缓冲圈之间存在间隙；当中心轴传递大幅振动或偏斜时，缓冲摩擦环与弹性缓冲圈接触。本发明可以在小幅振动载荷下提供稳定刚度和阻尼、大幅振动时产生陡升阻尼，且过渡平稳具有多向弹性限位功能。

Description

一种复合刚度阻尼减振器

技术领域

本发明涉及一种减振器，尤其是一种复合刚度阻尼减振器，属于减振装置技术领域。

背景技术

阻尼器是减振装置的关键器件。据申请人了解，现有阻尼器分库伦阻尼和粘滞阻尼两大类。

库伦阻尼又称摩擦阻尼，其方向始终与物体运动速度方向相反，大小与正压力成正比，算式表达为f=-μN，式中μ为摩擦系数，N为正压力。若正压力不变，干摩擦力为常值，则可通过改变正压力，或选择不同摩擦系数的材料或表面处理方法来改变阻尼的大小。

粘滞阻尼是振动***的运动受大小与运动速度成正比而方向相反的阻力所引起的能量损耗。粘性阻尼发生在物体内振动而产生形变的过程中。由于物体振动时，部分振动能量损耗在材料内部的粘性内摩擦作用上，并被转换为热能，因此在振动很大的情况下，粘性阻尼引起的损耗占优势，这时振动振幅按时间的几何级数规律衰减。

申请号为ZL85 1 03709中国专利公开的《复合阻尼隔振器》公开的隔振器就应用了库伦阻尼结构，虽然据介绍可以“使得隔振***在严酷的振动和冲击环境中能恰到好处地得到适当阻尼,在三个坐标轴方向上提供良好的隔离效果,并有效地限制共振振幅”，但由于受其结构特性的限制，不能同时满足在小幅振动载荷下保持稳定刚度和阻尼以保证良好隔振效果的使用要求，同时在大振幅振动时会产生刚度短路的风险。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的局限性，提出一种可以满足在小幅振动载荷下提供稳定刚度和阻尼、大幅振动时产生陡升阻尼，且过渡平稳具有多向弹性限位的复合刚度阻尼减振器。

为了达到以上目的，本发明复合刚度阻尼减振器的基本结构为：包括插装在盒状底座中央的中心轴，所述中心轴的上部装有轴向约束于底座顶板上表面和与所述底座固连的上盖下表面之间的库伦阻尼器；所述中心轴的下端通过串联的缓冲摩擦环和主弹簧支撑在底座的底板上，所述底座的内腔中衬有限位于底座顶板下表面与底板上表面之间的弹性缓冲圈；所述弹性缓冲圈的内壁具有凹陷，所述缓冲摩擦环的径向伸入所述凹陷；当所述中心轴传递小幅振动时，所述缓冲摩擦环与所述弹性缓冲圈之间存在间隙；当所述中心轴传递大幅振动或偏斜时，所述缓冲摩擦环与所述弹性缓冲圈接触。

这样，对于小幅振动，本发明的隔振器实际上由上部的金属库伦阻尼器提供恒定阻尼力，而下部缓冲摩擦环和主弹簧构成的粘滞阻尼器产生线性刚度，从而形成良好的隔振效果；对于大幅振动，实际上上部库伦阻尼器保持恒定阻尼力，转由下部的粘滞阻尼器产生陡升阻尼，从而形成所需的缓冲效果，彻底避免刚性短路。而当由小幅向大幅振动转变过程中，由于缓冲摩擦环与弹性缓冲圈逐渐接触，因此由两种阻尼器同时产生过渡作用，实现库伦阻尼向库伦阻尼和粘滞阻尼共同作用的平缓转换。当中心轴产生倾斜趋势时，由于缓冲摩擦环与弹性缓冲圈接触，因此将产生弹性支撑力，起到多向弹性限位的作用。

本发明进一步的细化是：所述库伦阻尼器包括一对大端相对固定的锥台安装座，所述锥台安装座的锥孔中配装构成阻尼副的锥台阻尼块，所述阻尼块中央穿插中心轴，两对阻尼副之间安装阻尼压簧。由于以一根同时作用于上下两对阻尼副的压簧取代了原先的两根压簧，因此无论哪个阻尼副受压，受到的都是同一压簧的作用，因而压力始终一致，避免了原先两根弹簧的弹性特性差异，完全消除了阻尼波动；同时，当出现强振动时，由于两对阻尼副分别位于同一压簧的两端，因此不会出现刚性短路现象。此外，只采用一个压簧，显著缩减了库伦阻尼器的轴向尺寸，使其结构十分紧凑；同时通过调节压簧调节螺母可以非常方便地改变压簧预紧力从而获得理想的阻尼力。

本发明进一步的完善是，所述锥台安装座位于球铰链结构的球座中。这样，当振动位移方向与输出轴原位方向存在偏角时，通过球铰链的自适应作用，可以保持阻尼器轴向与大地水平面始终处于垂直状态，从而获得所需的稳定阻尼，同时还消除了对中心轴的扭矩，有助于延长阻尼器的使用寿命。

本发明再进一步的完善还有：

所述库伦阻尼器的上端面和上盖下表面之间以及库伦阻尼器的下端面与底座顶板上表面之间分别衬有上、下摩擦片。

所述上、下锥台安装座的外圆包绕弹性材料制成的水平缓冲圈。

所述中心轴的下端缩颈段通过串联的缓冲摩擦环和上小下大的锥形主弹簧支撑在底座的底板上。

所述中心轴的下端安装与缓冲摩擦环接触的下缓冲垫，所述下缓冲垫的下端面具有中央凹陷和环形凹陷。

所述中心轴套装位于缓冲摩擦环上方的碗形上缓冲垫。

所述球座由具有内部球凹的对合上壳体和下壳体以及与上、下壳体构成球铰结构的球体组成，所述球体的中央具有安装锥台安装座的内螺纹孔，所述内螺纹孔的一端具有轴向限位挡肩；所述上、下锥台安装座具有外螺纹，且分别以锥孔大端相对的位置旋入球体中心的内螺纹孔中，所述下锥台安装座的底面定位于限位挡肩，所述上锥台安装座的顶面被旋拧在内螺纹孔中的空心调节螺栓压持固定，所述调节螺栓外装有锁紧螺母。

所述中心轴顶部的法兰盘与上盖之间装有借助喉箍固定的可伸缩波纹防尘罩。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明优选实施例一的结构示意图。

图2为本发明优选实施例二的库伦阻尼器结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的复合刚度阻尼减振器如图1所示，包括插装在盒状底座4中央的中心轴18。底座1的环圈主体上端朝内延伸形成开有中央通孔的顶面，环圈主体的上部外圆具有旋拧固定上盖12的外螺纹。底座1的下端通过内螺纹固定底板1。中心轴18顶部的法兰盘与上盖12之间装有借助喉箍20固定的可伸缩波纹防尘罩17。中心轴18的上部装有轴向约束于底座4顶板上表面和上盖12下表面之间的库伦阻尼器。库伦阻尼器的上下端面与底座4顶板上表面和上盖12下表面之间分别衬有上、下摩擦片13、10，可根据实际需要选择不同摩擦特性的材料、硬度或光洁度，从而使库伦阻尼器的性能能满足特定需求。

本实施例中的库伦阻尼器包括一对大端相对且通过螺钉15固定的上、下锥台安装座14、9，上、下锥台安装座14、9的锥孔中配装分别构成阻尼副的上、下锥台阻尼块16、8，上、下阻尼块16、8的中央穿插中心轴18，两对阻尼副之间安装阻尼压簧19。上、下锥台安装座14、9的外圆包绕弹性材料制成的水平缓冲圈11，该水平缓冲圈11具有加强缓冲作用的凹凸结构。

中心轴18的下端缩颈段通过串联的缓冲摩擦环6和上小下大的锥形主弹簧3支撑在底座4的底板1上。底座1的内腔中衬有限位于底座顶板下表面与底板上表面之间的弹性缓冲圈5，该弹性缓冲圈5的内壁中段具有凹陷，缓冲摩擦环6的径向伸入该凹陷。当中心轴18传递小幅振动时，缓冲摩擦环6与弹性缓冲圈5之间存在间隙，基本为粘滞阻尼产生作用；而当中心轴18传递较大幅振动时，缓冲摩擦环6与弹性缓冲圈5接触，从而使库伦和粘滞阻尼有机结合，发挥作用。

此外，中心轴18的下端安装与缓冲摩擦环6接触的下缓冲垫2，该下缓冲垫2的下端面具有中央凹陷和其外的环形凹陷。中心轴18套装位于缓冲摩擦环6上方的碗形上缓冲垫7。其作用分别是在产生向下大幅冲击时，下缓冲垫2产生弹性限位，而产生向上大幅冲击时，上缓冲垫7产生弹性限位，不仅提供双向的弹性力和粘滞阻尼，同时还保证缓冲摩擦环6始终上、下往复运动，不会产生刚度短路现象。

本实施例实质形成了金属库伦阻尼器与粘滞材料阻尼器同轴穿装有机并联结构的复合阻尼器，可以根据振动与冲击的变化，由金属库伦阻尼器或粘滞材料阻尼器分别自适应作为主阻尼器。其刚度由主弹簧和弹性缓冲圈组成，主弹簧始终起到弹性支撑作用，是小幅振动时的刚度来源，可以通过不同类型的弹簧设计满足在一定位移空间内的各种刚度要求。弹性缓冲圈内面设计为具有一定曲面的形状，可根据需要与缓冲摩擦环在相对位移空间内产生相碰、相摩擦或脱离。

此外，主弹簧与弹性缓冲圈构成了并联刚度，当弹性缓冲圈与缓冲摩擦环相脱离时，该减振器表现为主弹簧刚度，当弹性缓冲圈与缓冲摩擦环相碰时，该减振器表现为主弹簧与弹性缓冲圈的压缩刚度之和。当弹性缓冲圈与缓冲摩擦环相摩擦时，该减振器表现为主弹簧与弹性缓冲圈的剪切刚度（或扭转刚度）之和——此时刚度较小，阻尼较大。因此设计不同的接触面以及摩擦副接触刚度便可实现阻尼与振动行程的最佳匹配。

试验表明，本实施例的复合刚度阻尼减振器在静平衡位置，弹性缓冲圈上下留有2mm的空间与缓冲摩擦环相脱离，使得在小幅振动载荷情况下，由金属库伦阻尼器提供恒定阻尼力，由主弹簧提供线性刚度，以保证小幅振动时产生良好的隔振效果。之后，随着运动与静止部分的接触加剧，弹性缓冲圈被剪切拉伸，阻尼器提供粘性阻尼；运动部分继续运动至接触面弹性材料的弹性恢复力大于摩擦力时便出现相对滑移，产生粘性材料库伦阻尼，从而实现有效缓冲。

实施例二

本实施例的复合刚度阻尼减振器基本结构与实施例一相同，不同之处在于库伦阻尼器的上、下锥台安装座14、9位于球铰链结构的球座中，该球座由具有内部球凹的对合上壳体22和下壳体21以及与上、下壳体构成球铰结构的球体2’组成，该球体的中央具有安装锥台安装座的内螺纹孔，该内螺纹孔的一端具有轴向限位挡肩2-1。上、下锥台安装座14、9具有外螺纹，分别以锥孔大端相对的位置旋入球体2’中心的内螺纹，相互之间留有调节间隔，下锥台安装座9的底面定位于限位挡肩2-1，上锥台安装座14的顶面被旋拧在内螺纹孔中的空心调节螺栓6’压持固定，该调节螺栓6’外装有锁紧螺母7;上、下锥台安装座14、9的锥孔中分别配装合金材质的上、下锥台阻尼副块16、8，两阻尼块中央穿插中心轴，上、下阻尼块16、8的相对端面分别具有环槽，环槽之间安装阻尼压簧19。

试验证明，本实施例具有如下显著优点：

1）一个压簧把两组锥形阻尼副由中间向两端撑开，因此在保证获得所需阻尼力的情况下大大减小了轴向尺寸；

2）在往复运动过程中，保持了阻尼力稳定，有效抑制了阻尼的波动；，杜绝了刚度短路现象；

3）采用了螺纹调节机构，可以通过改变压簧的预变形量，方便地实现阻尼的无级调节；

4）采用球铰链结构，使得基础发生一定倾斜时，中心轴仍保持原有工作位置，并保证了阻尼效果不变。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合刚度阻尼减振器，包括插装在盒状底座中央的中心轴，所述中心轴的上部装有轴向约束于底座顶板上表面和与所述底座固连的上盖下表面之间的库伦阻尼器；所述中心轴的下端通过串联的缓冲摩擦环和主弹簧支撑在底座的底板上，所述底座的内腔中衬有限位于底座顶板下表面与底板上表面之间的弹性缓冲圈；所述弹性缓冲圈的内壁具有凹陷，所述缓冲摩擦环的径向伸入所述凹陷；当所述中心轴传递小幅振动时，所述缓冲摩擦环与所述弹性缓冲圈之间存在间隙；当所述中心轴传递大幅振动或偏斜时，所述缓冲摩擦环与所述弹性缓冲圈接触。

2.根据权利要求1所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述库伦阻尼器包括一对大端相对固定的上、下锥台安装座，所述上、下锥台安装座的锥孔中配装构成阻尼副的锥台阻尼块，所述阻尼块中央穿插中心轴，两对阻尼副之间安装阻尼压簧。

3.根据权利要求2所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述上、下锥台安装座位于球铰链结构的球座中。

4.根据权利要求3所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述库伦阻尼器的上端面和上盖下表面之间以及库伦阻尼器的下端面与底座顶板上表面之间分别衬有上、下摩擦片。

5.根据权利要求4所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述上、下锥台安装座的外圆包绕弹性材料制成的水平缓冲圈。

6.根据权利要求5所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述中心轴的下端缩颈段通过串联的缓冲摩擦环和上小下大的锥形主弹簧支撑在底座的底板上。

7.根据权利要求6所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述中心轴的下端安装与缓冲摩擦环接触的下缓冲垫，所述下缓冲垫的下端面具有中央凹陷和环形凹陷。

8.根据权利要求7所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述中心轴套装位于缓冲摩擦环上方的碗形上缓冲垫。

9.根据权利要求8所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述球座由具有内部球凹的对合上壳体和下壳体以及与上、下壳体构成球铰结构的球体组成，所述球体的中央具有安装上、下锥台安装座的内螺纹孔，所述内螺纹孔的一端具有轴向限位挡肩；所述上、下锥台安装座具有外螺纹，且分别以锥孔大端相对的位置旋入球体中心的内螺纹孔中，下锥台安装座的底面定位于限位挡肩，上锥台安装座的顶面被旋拧在内螺纹孔中的空心调节螺栓压持固定，所述调节螺栓外装有锁紧螺母。

10.根据权利要求9所述的复合刚度阻尼减振器，其特征在于：所述中心轴顶部的法兰盘与上盖之间装有借助喉箍固定的可伸缩波纹防尘罩。