CN100522426C - 用于减缓振动的减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减振装置，用于减缓机床中刀架、机床元件和工件中的振动以及受到不希望的振动的其它物体的振动。减振装置可以设置在物体内或者物体上，并且包括基本为圆柱形的减振体(1)，其具有贯穿其中的钻孔(6)以及穿过钻孔纵向延伸的中心体(3)，该中心体(3)可以刚性地连接于需要减振的物体。减振体(1)和纵向中心体通过弹性元件(2)连接。该连接使弹性元件(2)在减振过程中基本上承受剪切力。

Description

用于减缓振动的减振装置
技术领域
本发明涉及一种减振装置，其特别但并非排他地设计用于在机床中使用的钻杆和类似的刀具夹持杆。典型的例子是用于在诸如杆或者类似元件的弱结构上进行切削加工(车削、铣削、等等)的钻杆。这种装置也可以用在“夹具”、机器的其它部分、以及工件上。自身产生振动通常是结构的动态刚性太小的结果。
背景技术
已经知晓类似的减振装置，并在NO专利128 725中公开了一种相关的装置。该专利涉及一种必须被放置在钻杆钻孔中的减振装置，因为钻孔本身是减振装置的重要组成部分，其中减振效果是减振体和钻孔本身之间通过设置在减振体和钻孔之间的弹性元件而相互作用的结果。
随着技术发展，刀架上长度/直径之比(悬垂量)增大。这导致刀架动态刚性减小并且这也需要与之相适应的减振装置。根据现有技术的减振装置的问题在于，为了使减振装置适合这些新的条件，必须降低减振体的频率。为此，要求弹性元件具有更低的弹簧刚度常数或者减振体具有更大的质量。
现在使用的减振体的密度已经是商业可用密度的最高值。为了增加质量，因此必须增加减振体的体积。这将导致与放置减振装置的结构的空间、尺寸和相关的问题以及放置减振装置的结构的弱化。
为了利用根据现有技术的解决方案能够降低弹簧刚度常数，例如在NO专利172 677中描述的，必须相应地将弹性元件的材料改变为具有较低弹簧刚度常数的更软的材料或者通过降低元件的尺寸来降低弹性元件的强度。同时，弹性元件必须承受在金属切削过程中产生的热量，并且结果在材料中吸收了热量，另外尺寸设计为抵抗它们承受的力。这已被证明是矛盾的性质。
结论是，由于材料性质的限制，根据现有技术的解决方案不能很好地适应于长度/直径比增大和被减振系统的低固有频率的发展。
经常使用较高的旋转速度，因此减振系统能抵抗快速旋转也很重要。这也证明利用根据现有技术的装置是有问题的。
发明内容
本发明通过提供一种新的减振装置解决上述问题。根据本发明的减振装置适合于减缓在钻杆、刀架杆和类似物中，优选地旋转机器元件中，特别是具有内部流体冷却的元件中，自身产生的振动，并且减振装置包括基本上为圆柱形的减振体。
与现有技术中相应的弹性元件主要承受压力相比，本发明解决方案基于力通过弹性元件从杆转移到减振体并且弹性元件基本上承受剪切力的技术。传递的力由剪切力代替压力的优点在于，与沿压力方向传输力相比，当沿剪切力方向传输力时，可以降低弹簧刚度常数以及增加材料的阻尼特性。
表示弹性体承受剪切力的硬度的G模量，远小于表示弹性体承受压力的硬度Ec，并且大约是表示弹性体承受拉力的硬度Es的1/3。在弹性元件(弹性体)基本上承受剪切力的减振装置中，系统的弹簧刚度常数有可能降低，并且因此可以不改变弹性元件的材料成分以及不降低元件的尺寸和强度来相当大地降低减振装置的固有频率。减振体的质量也不需要增加。另外一个优点是增加了减振功能的频带宽度，并且由例如橡胶制成的弹性元件的尺寸可以增加并且因此导致阻尼增加，不增加相同尺寸解决方案的固有频率。因此，减振装置可以允许长度和直径间的比率更大的变化。这样的一个优点是可以消除作为减振介质的减振液，因为增加数量的橡胶或者其它弹性材料作为系统中唯一的能量吸收件是足够的。
降低频率的能力的一个优点是，在取得与现有系统相同的固有频率的同时可以减小减振体的质量。这一点使本发明更有用地应用于减振系统以高速和相当大离心力旋转的应用中，诸如高速铣削应用中。
可以减小减振体质量的事实对于增加可以将切削液传输至切削边缘的中心管的直径是有用的。因此与现有的解决方案相比利用本解决方案可以带来较多量的切削液。增加量的切削液的优点是更有效地从切削边缘去除切屑。
根据NO专利172 677描述的解决方案的另一个已知问题是，如果弹性体用作动态密封并且没有被固定到周围的部件上，那么主体和中心管之间的腔中的减振液可能泄漏到用作弹性元件的弹性体。
本发明所建议的解决方案消除了这个问题，弹性元件直接固定到周围的结构，或者可选地使用静态密封。
减振装置的减振体具有一个轴向贯通的钻孔。弹性元件设置于减振元件的每一端并且与通过钻孔轴向延伸的纵向中心体或管相连。
在一个应用中，装置可以设置在钻杆里具有基本上轴向且圆柱形的形状的腔中。管可以刚性地连接到钻杆中的用于冷却液的内部钻孔(利用外面设置的垫圈将弹性元件保持在位)。
在一个实施例中，本发明允许向切削边缘供应冷却液，其中当纵向中心体是管形时通过减振装置的轴向面积直接引导冷却液。该结构允许钻杆中相同的腔包括减振体。在减振体和腔的壁之间的间隙可以减小很多，因此减振体的直径可以增加。
在一个实施例中，轴向延伸的纵向中心体的外径适应于钻孔的直径，具有小的间隙来接受减振介质，例如诸如减振油的减振液。
在一个实施例中，用于减振介质的间隙可以设置为靠近减振体和钻杆的轴线以将作用在介质上的离心力的作用降低到可接受的水平，这在减振系统必须高速旋转时是有利的。
附图说明
现在参考实施例和附图详细地说明这种减振装置，其中
图1示出减振装置最简单和最基本的实施例，
图2示出减振装置的已经考虑了装配和安装的一种实施例，
图3示出根据现有技术置于钻杆内的减振器，以及
图4示出当减振装置被放置到需要减振的平面物体上时减振装置的安装方法。
具体实施方式
图1示出根据本发明减振装置的简单设计的例子。基本上为圆柱形的减振体1设置有贯穿其中的轴向钻孔6。在钻孔里面，具有轴向延伸的纵向中心体或管3，其通常适合于在它的外端部刚性地固定在钻杆里或者固定于需要减振的物体。管3优先地可以引导冷却液通过其自身与进一步延伸到钻杆中的通道连通。在减振体1的每个外端，连接有具有例如长方形截面的圆形弹性元件2。弹性元件2可以构形为弹性垫圈或短的中空圆柱体，具有用于纵向中心体3贯穿的通道的开口以及两个相对的端面。端面通常基本为平行的。弹性元件2例如可以由橡胶或者其它弹性材料制成。纵向中心体3通过垫圈或者端片5与端面之一刚性地连接，减振体1与端面中的另一个刚性地连接，其中弹性元件2还与垫圈或者端片5连接，而垫圈5又例如通过硫化橡皮或胶结连接到管3上。垫圈5优选地用螺钉连接固定到管3上，但不是必须如此。通过改变弹性元件2的尺寸或者材料特性可以改变系统的固有频率。
图2示出考虑了各种部件的装配的例子。在这个例子中，弹性元件2在每一侧连接到中间垫圈7上。
该连接可以在弹性元件2模制期间制成并且通过在中间垫圈7上涂敷胶水来制成。中间垫圈7可以使弹性元件2容易地连接到减振体1和垫圈5上。中间垫圈7可以例如利用胶水固定到这些部件上，并且密封以防油的泄漏。可选地，它们可以利用机械锁固定，并且在接触面上利用密封环8来防止泄漏，如在图2中所示。垫圈5利用丝扣连接固定到管3上，并且以这种方式刚性地连接到管或纵向中心体3上。减振体1放置在垫圈5之间。两个弹性元件2放置在两个垫圈5和减振体1之间，这样每个弹性元件2的端面之一刚性地连接于两个垫圈5。每个弹性元件2的另一个端面刚性地连接于减振体1。
在图3中，示出根据现有技术的置于钻杆9内的减振装置。钻杆9有一个直接与中心管3连通的冷却管11，并且它们与钻杆的轴线12对准。
还可以使用根据本发明的减振装置为例如平面物体进行外部减振，并且图4示出这种用法的装配架。轴向延伸的纵向中心体3这时固定到两个支架13上，支架13则被刚性地固定到需要减振的物体上。减振装置的其余部分与图2中示出的实施例相同。在这种情况下，纵向中心体不需要中空。
减振装置通常以如下方式工作：
当需要减振的结构例如刀架由于例如来自切削工具的外力的作用下开始运动时，该运动的一部分通过弹性元件传输到减振体上。由于垫圈和减振体之间几何构造和连接，弹性元件将承受剪切力。没有从刀架通过管并且经弹性元件传输到减振体上的运动(能量)将转换成弹性元件中的、在某些情况减振液中的热量形式的能量。在这种情况下，热量由除了各种接合面之外减振液中和弹性元件中的内部摩擦产生。
在连续运转过程中，产生典型的振动并且刀架和减振体将以相同的频率运动，但是相位和加速度略微不同。相位上的差别导致了在弹性元件和减振液中必要的变形/摩擦，这将产生热量而使能量损耗。因此，刀架和减振体的加速度也不相同，并且减振力与该差别成正比。

Claims (8)

1.一种减振装置，用于减缓机床中刀架、机床元件和工件中的振动以及受到不希望的振动的其它物体中的振动，它可以设置在物体内或者物体上，包括基本为圆柱形的减振体(1)，其具有贯穿其中的钻孔(6)以及穿过钻孔(6)延伸的纵向中心体(3)，该中心体(3)可以刚性地连接到需要减振的物体，并且减振体(1)通过具有开口的两个弹性元件(2)连接于纵向中心体(3)，纵向中心体(3)穿过弹性元件的开口，两个垫圈(5)刚性地连接于纵向中心体(3)，从而减振体(1)放置在这两个垫圈(5)之间，
其特征在于，弹性元件(2)包括两个相对的端面；
在减振体(1)和弹性元件(2)每一侧上的垫圈(5)刚性地连接于纵向中心体(3)；以及
每个弹性元件(2)的相对端面之一刚性地连接于两个垫圈(5)之一，并且相对端面中的另一个刚性地连接于减振体(1)。
2.根据权利要求1的减振装置，其特征在于，弹性元件(2)由人造橡胶材料制成并且通过化学键接或者硫化过程固定。
3.根据权利要求1的用于减缓振动的减振装置，其特征在于，弹性元件(2)被制成弹性垫圈或者具有平行端面的短中空圆柱体。
4.根据权利要求1的减振装置，其特征在于，弹性元件(2)通过中间垫圈(7)连接于减振体(1)和垫圈(5)，中间垫圈(7)利用例如胶接或机械锁连接于垫圈(5)。
5.根据权利要求1的减振装置，其特征在于，弹性元件(2)的厚度或者端面间的距离的尺寸确定为来确定减振体(1)的固有频率，并且可以通过改变该厚度来调整其固有频率。
6.根据权利要求1的减振装置，其特征在于，纵向中心体(3)的外径适应于钻孔(6)的直径，具有用于接受减振液(4)的小间隙。
7.根据权利要求6的减振装置，其特征在于，减振体(1)包括用于喷射间隙内的减振液的开口。
8.根据权利要求1的减振装置，其特征在于，减振体(1)设置在钻杆(9)内的腔中，该腔在钻杆(9)中基本为轴向并且是圆柱形的；
纵向中心体(3)包括轴向延伸的管，并且能引导冷却液，其中管(3)可以刚性地连接于钻杆(9)的用于冷却液的内部钻孔。
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