CN112727995A - 一种复合弹簧支撑振动*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合弹簧支撑振动***,复合弹簧支撑包括左气体弹簧、左机械弹簧、动子、缸体、右机械弹簧及右气体弹簧;左机械弹簧与右机械弹簧的中心和边缘分别与动子和缸体固连,为动子提供径向支撑及部分轴向支撑;左气体弹簧的右端与右气体弹簧的左端均与动子固连,为动子提供轴向支撑。复合弹簧支撑动子在初始状态下位于平衡位置,动子受到简谐激励作用后,气体弹簧与机械弹簧共同为动子提供轴向恢复力,动子相对缸体作简谐振动。该复合弹簧支撑振动***,同时具有仅有机械弹簧或气体弹簧支撑振动***的优点。
Description
技术领域
本发明属于机械领域,具体涉及一种复合弹簧支撑振动***。
背景技术
往复式机械广泛应用于工程领域及日常生活中,如内燃机、斯特林机器等,其通常可简化为单自由度振动***,为实现动子的高频稳定往复运动,动子的径向与轴向支撑十分关键。
机械弹簧能够为动子提供径向刚度与轴向刚度,同时实现动子的径向与轴向支撑。对于仅由机械弹簧支撑的振动***,单片机械弹簧的轴向刚度与机械弹簧的安装数量决定了振动***的总刚度,由于机械弹簧质量增加会增大振动***动子的等效质量(需将机械弹簧质量的三分之一计入动子总质量),从而对提高振动***运动频率效果有限,导致振动***质量增大、功率密度降低。
气体弹簧依靠封闭空间内气体的压缩与膨胀提供恢复力,相对于机械弹簧,具有功率密度高、刚度大等特点,高频振动***中通常采用气体弹簧实现动子的轴向支撑。对于仅由气体弹簧支撑的振动***,动子与缸体的相对运动无直接约束,在初始状态时,动子会受到外界干扰力作用使得平衡位置难以固定,在运动过程中,动子会受到内部气体的扰动力作用而发生偏转或沿中心轴线的旋转,从而影响到振动***的稳定运行。
发明内容
本发明的主要目的是针对振动***高频稳定运行需求,提供一种复合弹簧支撑振动***,用于对振动***的径向与轴向提供支撑,具有简单可靠、鲁棒性强的特点。
为了实现上述目的,本发明的技术解决方案为:一种复合弹簧支撑包括左气体弹簧、左机械弹簧、动子、缸体、右机械弹簧及右气体弹簧;动子与缸体之间为间隙配合;左机械弹簧与右机械弹簧的中心和边缘分别与动子和缸体固连,为动子提供径向支撑及部分轴向支撑;左气体弹簧的右端与右气体弹簧的左端均与动子固连,为动子提供轴向支撑。
进一步的,通过气体弹簧腔室充气压力或容积调节振动***的刚度。
进一步的,机械弹簧的强度或数量可调节,离散调节振动***的刚度。
进一步的,气体弹簧与机械弹簧组合调节振动***的固有频率。
进一步的,气体弹簧具有超限保护功能,防止动子振幅过大而与缸体发生碰撞,并防止机械弹簧变形过大而损坏。
进一步的,气体弹簧与机械弹簧组合可选择单侧安装,实现振动***动子的轴向与径向支撑。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:相比现有技术,该复合弹簧支撑振动***,同时具有仅有机械弹簧或气体弹簧支撑振动***的优点,能够实现振动***的高频稳定运行。
附图说明
图1是该复合弹簧支撑的振动***动子处于平衡位置的正视图;
图2是该复合弹簧支撑的振动***动子处于左极点的正视图;
图3是该复合弹簧支撑的振动***动子处于右极点的正视图。
图中:1左气体弹簧、2左机械弹簧、3动子、4缸体、5右机械弹簧、6右气体弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
具体实施方式一:复合弹簧支撑由位于动子3两侧的气体弹簧1、6与机械弹簧2、5共同组成,其中机械弹簧2、5的中心和边缘分别与动子3和缸体4固连,为动子3提供径向支撑及部分轴向支撑;气体弹簧1、6与动子3固连,为动子3提供轴向支撑。
可以根据刚度需求,调节气体弹簧1、6腔室充气压力或容积,进而调节振动***的刚度。也可以根据需要调整机械弹簧2、5的强度或机械弹簧2、5的数量,进而离散调节振动***的刚度。通过两种方式的调节调节振动***的固有频率。
气体弹簧1、6具有超限保护功能,防止动子3振幅过大而与缸体4发生碰撞,并防止机械弹簧2、5变形过大而损坏。
另外,如果安装空间受限,也可以选择单侧安装气体弹簧与机械弹簧组合,实现振动***动子的轴向与径向支撑。
图1中的复合弹簧支撑的高频稳定运行振动***处于初始状态,复合弹簧支撑振动***由左气体弹簧1、左机械弹簧2、动子3、缸体4、右机械弹簧5及右气体弹簧6组成,动子3受到左机械弹簧2与右机械弹簧5约束而处于平衡位置,因而初始状态下动子3与缸体4之间无相对运动。
结合图2和图3的复合弹簧支撑的高频稳定运行振动***处于稳定运行状态,动子3相对缸体4作一定频率和振幅的往复直线运动,左气体弹簧1和右气体弹簧6主要提供动子轴向弹性恢复力,左机械弹簧2与右机械弹簧5随着动子3的振动而发生同频弹性形变,能够防止动子3平衡位置漂移并抑制动子3的旋转运动,避免产生额外功耗,保证振动***的高效稳定运行。
在初始状态,振动***的动子3受到机械弹簧约束能够避免外界干扰力作用而保持处于平衡位置,振动***的动子3在往复运动过程中,气体弹簧提供主要轴向恢复力作用,机械弹簧约束动子平衡位置不发生漂移,且能够抑制在外界扰动下动子3沿中心轴线的旋转运动,最终实现振动***的高频稳定运行。
通过改变气体弹簧腔室充气压力或容积能够连续调节振动***的刚度,通过更换机械弹簧或改变机械弹簧数量,能够离散调节振动***的刚度,最终实现振动***固有频率的调节。当简谐激励频率与复合弹簧支撑振动***的固有振动频率一致时,动子振幅达到最大。复合弹簧支撑振动***,同时具有仅有机械弹簧或气体弹簧支撑振动***的优点,能够实现振动***的高频稳定运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种复合弹簧支撑振动***,其特征在于:复合弹簧支撑包括左气体弹簧、左机械弹簧、动子、缸体、右机械弹簧及右气体弹簧;动子与缸体之间为间隙配合;左机械弹簧与右机械弹簧的中心和边缘分别与动子和缸体固连,为动子提供径向支撑及部分轴向支撑;左气体弹簧的右端与右气体弹簧的左端均与动子固连,为动子提供轴向支撑。
2.根据权利要求1复合弹簧支撑振动***,其特征在于:左气体弹簧与右气体弹簧的腔室充气压力或容积可调,用于调节振动***的刚度。
3.根据权利要求1复合弹簧支撑振动***,其特征在于:左机械弹簧与右机械弹簧的弹簧强度与数量可调节,用于离散调节振动***的刚度。
4.根据权利要求1复合弹簧支撑振动***,其特征在于:左、右气体弹簧与左、右机械弹簧组合调节振动***的固有频率。
5.根据权利要求1复合弹簧支撑振动***,其特征在于:左、右气体弹簧具有超限保护功能,防止动子振幅过大而与缸体发生碰撞,并防止左、右机械弹簧变形过大而损坏。
6.根据权利要求1复合弹簧支撑振动***,其特征在于:左、右气体弹簧与左、右机械弹簧组合可选择单侧安装,实现振动***动子的轴向与径向支撑。
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