CN101881421B - 灯具的隔振结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灯具的隔振结构，其包括至少一隔振单元、至少一固定单元和一支架；所述隔振单元包括串联的一弹性单元与一阻尼单元；所述隔振单元通过所述固定单元与所述支架柔性接触；所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具。通过安装此隔振器能显著提高灯具的抗振性能，增长灯具使用寿命，从而避免了客户因灯具损坏而带来的经济损失；更进一步地，使得中型和大型灯具能够在重型支架上正常使用，且大大延长灯具的使用寿命，给用户带来最大效益。

Description

灯具的隔振结构

【技术领域】

本发明涉及一种隔振结构，尤其是涉及一种专业的灯具的隔振结构。

【背景技术】

安装于各种工业环境的照明灯具一般都需要能够承受环境中振源，对于工业环境灯具，包括军工要求的灯具，典型的冲击和振动加速度范围一般都在5G至10G之间，而船用环境灯具则须经受更严苛的要求，有时加速度甚至达到100G。

因此，为解决大中型灯具的抗振寿命问题，尤其是探照搜索类灯具的抗振寿命问题，在不大幅度增加重量的前提下，目前已有的大中型灯具隔振器一般是采用加装橡胶垫或橡胶隔振器等方法隔振，也有采用空气弹簧(即橡胶空气弹簧，Air suspension)，激发频率低于隔振系统的固有频率时，隔振器不起隔振作用；激发频率与固有频率相近时，振动就会放大，只有当激发频率大于固有频率的倍时，隔振器才有隔振效果，通常要求激发频率大于固有频率的2～3倍，以便获得良好的隔振效果。

橡胶隔振器通常用于受切、受压或切压的情况，但是，长期使用橡胶会老化，而且在重负载下，特别是在高温时，会有较大蠕变，所以不应受大负荷的持续变形。

由于橡胶隔振器刚度过大，隔振系统固有频率较高，只对高频成分起作用，对中频及低频成分不起作用，反而放大了激励。所以为了提高隔振能力，不仅要使隔振系统的幅频谱尽量低，更要特别重视降低低频段的幅频特性，这样就必须使隔振系统的基频尽量低一些，同时响应速度必须很快。

橡胶垫的特性和橡胶隔振器相似，但由于橡胶垫在受压时的容积压缩量极小，仅在能横向凸出时才能压缩，故通常做成异形板以容许横凸出和受挠曲，以增加静态压缩量。

上述橡胶型隔振器，非常适用于隔绝低频激励输入，但由于橡胶存在长期老化问题，故该隔振方式可靠性较差。

另一种是钢丝绳隔振器，其对于强烈的冲击和振动对于低频宽带随机振动的隔振，试验和理论分析表明非线性隔振器对于抑制低频宽带激励具有十分理想的效果，钢丝绳隔振盘便是一种非线性隔振器，但是其重量大、结构复杂，且成本较高，成本一般是弹簧类组件的10倍以上、是橡胶阻尼件的20倍以上，因此很难大批量用于专业灯具上。

而选用一般的线性隔振器，要满足隔振频率比的要求，隔振器的刚度就较小，系统的静变形会较大，使隔振器装置稳定性变低，同时隔振器的阻尼一般也是线性的，不一定适应低频宽带随机振动隔振的要求。如果隔振传递效率达到0.2，就意味着隔振器削减了80％的振幅。如果输入频率达到或接近灯具的固有频率，则传递系数大于1，这意味着振动被放大了。所以，灯具的隔振结构设计要求采用更低的固有频率，以避开激励频率(20Hz～100Hz)。

综上所述，在专业照明领域，专业灯具同样要受到持续、强烈的振动激励，且一般是三向振动。然而，如上所述，已有的大中型灯具隔振器不能满足这个要求。

也就是说，目前还没有配套的灯具隔振器使灯具和激励振源完全隔离，专业灯具为了在中高强度振动场合得到远距离的准确投光角度，就必须使用刚度较小的厚度在6mm以下的碳素钢支架，但较薄的支架往往难以承受10公斤以上的灯头质量，在超出支架的许用强度后极易造成支架的断裂失效。

因此，专业灯具亟需三向隔振的支架隔振结构，使专业灯具能够在重型支架上使用。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提出一种三向隔振的专业灯具支架隔振结构。本发明以《GB 7000.1-2002灯具一般安全要求与试验大纲》中的振动试验条件为主要依据，基于大量实验和实际材料研究验证，设计出一种三向隔振的隔振结构。

一种灯具的隔振结构，其包括至少一隔振单元、至少一固定单元和一支架；所述隔振单元包括串联的一弹性单元与一阻尼单元；所述隔振单元通过所述固定单元与所述支架柔性接触；所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具。

优选的，所述的隔振结构中，所述支架为灯具支架。

优选的，所述的隔振结构中，所述支架为辅助支架，其设置至少一安装位，通过所述安装位固定到外部的灯具支架。

优选的，所述的隔振结构中，所述支架为辅助支架，所述隔振结构还包括灯具支架；所述辅助支架设置至少一安装位，通过所述安装位固定到所述灯具支架。

优选的，应用于上述各方案，所述的隔振结构中，根据所述灯具的大小和重量、以及所述支架的弯折角和厚度，在三个振动轴上计算所述串联隔振系统的位移量、隔振率和最大加速度值，确定所述弹性单元与所述阻尼单元。

优选的，应用于上述各方案，所述的隔振结构中，所述阻尼单元采用低邵氏硬度橡胶材料。

优选的，应用于上述各方案，所述的隔振结构中，所述弹性单元为弯曲金属弹簧片。

优选的，应用于上述方案，所述的隔振结构中，所述弹性单元为两片圆弧形弯曲金属弹簧片的交叉组合件，其中，160度≤所述圆弧≤360度。

优选的，应用于上述各方案，所述的隔振结构中，所述固定单元为紧固螺栓。

优选的，应用于上述各相关方案，所述的隔振结构中，所述阻尼单元为丁基橡胶件。

优选的，应用于上述各相关方案，所述的隔振结构中，所述支架为金属件；所述弹性单元在压扁变形后焊接、铆接或螺接于所述支架；所述阻尼单元为丁基橡胶柱，其硫化粘接于所述支架。

应用上述各技术方案，采用一体式复合串联隔振方式，隔振性能稳定，频谱较宽且可靠性好，有效地解决了专业灯具的防振问题，通过安装此隔振器能显著提高灯具的抗振性能，增长灯具使用寿命，从而避免了客户因灯具损坏而带来的经济损失；更进一步地，使得中型和大型灯具能够在重型支架上正常使用，例如10公斤以上的支架，且大大延长灯具的使用寿命，给用户带来最大效益。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例的串联隔振系统示意图；

图2为本发明一个实施例的专业灯具隔振器的整体装配结构外观示意图；

图3为本发明一个实施例的专业灯具隔振器的整体装配结构另一示意图；

图4为本发明一个实施例的专业灯具隔振器的结构局部放大图；

图5为本发明一个实施例的专业灯具隔振器的另一局部放大图；

图6为本发明一个实施例的灯具支架减震结构正视图；

图7为图6的A-A面剖视图；

图8为图6的灯具支架减震结构示意图；

图9为本发明一个实施例的灯具支架减震结构原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

一个优良的隔振系统至少应包括两个单元：一个实现支撑和回复的弹性元件(弹簧)和一个消耗激励输入能量的阻尼单元(粘壶)，由此可以构成一个最有效，也是最简单的隔振系统，粘壶在该系统中作为隔振的吸能元件；通常理解为：当一个外力作用在模型上时，弹簧和粘壶所受的应力相同。

本发明采用上述两种基本力学元件串联结构，形成一串联隔振系统，如图1所示，原理即理想弹簧和理想粘壶首尾串接，并且，本发明一实施例以低邵氏硬度橡胶材料作为阻尼材料，其本身的固有频率相当低(3～5Hz)，从而能使中型和大型灯具能够在重型(10公斤以上)支架上正常使用且大大延长灯具的使用寿命，给用户带来最大效益。

本发明一个实施例为，一种灯具的隔振结构，其包括至少一隔振单元、至少一固定单元和一支架；例如，其包括3个隔振单元与3个固定单元，一般情况下，固定单元的数量多于或等于隔振单元的数量，例如，固定单元数量为隔振单元数量的2倍或3倍；优选的，定单元的数量等于隔振单元的数量。一个例子是，所述隔振结构包括3个隔振单元与6个固定单元，每一隔振单元通过两个固定单元与所述灯具支架柔性接触。一个例子是，所述隔振结构包括2个固定单元，所述隔振单元通过2个固定单元与所述支架柔性接触。

所述隔振单元包括串联的一弹性单元与一阻尼单元；由此构成了一个非常有效的隔振系统。

所述隔振单元通过所述固定单元与所述支架柔性接触；其中，所述弹性单元的一端与所述固定单元相接触，另一端与所述支架相接触；所述阻尼单元的一端与所述支架相接触，另一端与外部的灯具相接触。这样，所述隔振单元，其两个组成部分，包括弹性单元与阻尼单元，均可发生形变，不至于与所述支架成为刚性接触，亦不至于与外部的灯具成为刚性接触。

所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具。所述支架位于所述弹性单元和所述阻尼单元之间，外部灯具固定安装于所述固定单元上，当外部灯具或所述支架发生振动时，所述弹性单元和所述阻尼单元分别发生形变，但是次序不同，所述弹性单元瞬时响应发生形变，而所述阻尼单元由于阻力跟不上作用速度而暂时保持原状，即所述隔振单元跟随振源就会呈现出滞后现象，当其与振源有一个相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，振动机械能就变为力学损耗或内耗热能，这样可以有效缓解振动能量，从而达到优秀的隔振效果。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，所述支架为灯具支架。此时，所述隔振单元通过所述固定单元与所述灯具支架柔性接触；所述灯具支架位于所述弹性单元和所述阻尼单元之间，所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述灯具支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具。本例的好处是，灯具直接通过隔振结构安装在灯具支架上。

或者，应用于上述各例，与所述支架为灯具支架不同，所述的隔振结构中，所述支架为辅助支架，其设置至少一安装位，通过所述安装位固定到外部的灯具支架。例如，所述辅助支架设置3个安装位，通过螺丝固定到灯具支架上。采用辅助支架，所述隔振单元通过所述固定单元与所述辅助支架柔性接触；所述辅助支架位于所述弹性单元和所述阻尼单元之间，所述阻尼单元的一端与所述辅助支架相接触，另一端与外部的灯具相接触；所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述辅助支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具。安装灯具后，如图2和图3所示，本例的好处是，可以兼容现有灯具支架，避免对现有灯具支架结构的改变，只需灯具直接通过隔振结构安装在辅助支架上，再将辅助支架固定到现有灯具支架即可，大大降低了换用新产品的成本。

又如，结合上述各例，所述支架为辅助支架，所述的隔振结构中还包括灯具支架；所述辅助支架设置至少一安装位，通过所述安装位固定到外部的灯具支架。这样，现有灯具支架增设了辅助支架及隔振结构，可以形成三向或多向隔振的支架隔振结构，使专业的中型或大型灯具能够适用于重型灯具支架。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，根据所述灯具的大小和重量、以及所述支架的弯折角和厚度，在三个振动轴上计算所述串联隔振系统的位移量、隔振率和最大加速度值，确定所述弹性单元与所述阻尼单元。这样能够形成三向隔振的支架隔振结构，使专业灯具能够在重型灯具支架上使用。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，所述阻尼单元采用低邵氏硬度橡胶材料，其邵氏硬度A35～45，例如37、38、41或43等；又如，低邵氏硬度橡胶材料本身的固有频率必须低于20Hz，例如，固有频率为5～16Hz，如6、7、8、9、12、13、14、16Hz等；从而更有助于使中型和大型灯具能够在重型支架上正常使用，例如使中型和大型灯具能够在超过10公斤的支架上正常使用，这样有助于大大延长灯具的使用寿命，给用户带来最大效益。应用于上例，例如，所述阻尼单元为丁基橡胶件。应用于上例，又如，所述阻尼单元为丁基橡胶柱。应用于上述各相关例，又如，这些橡胶材料的阻尼单元硫化粘接于所述支架，例如灯具支架或辅助支架。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，所述弹性单元为弯曲金属弹簧片。例如，所述弹性单元为C形金属弹簧片。又如，所述弹性单元为两片圆弧形弯曲金属弹簧片的交叉组合件。优选的，应用于上例，所述圆弧的弧度为160度至360度，例如，其弧度为160度、179度、186度、200度、212度、225度、244度、255度、256度、289度、317度、332度、345度或360度等等，本发明各实施例对此没有限制。一个特殊的例子是，所述圆弧的弧度为360度，此时其为一个完整且封闭的圆，亦不妨碍其使用。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，所述固定单元为紧固螺栓。例如，所述固定单元为螺钉、螺丝、螺栓等。

优选的，应用于上述各相关例，所述的隔振结构中，所述支架为金属件；所述弹性单元在压扁变形后焊接、铆接或螺接于所述支架；各橡胶材料的所述阻尼单元，例如丁基橡胶柱等，其硫化粘接于所述灯具支架。

优选的，应用于上述各例，所述的隔振结构中，还包括两弹簧减振垫，所述固定单元依次穿过第一弹簧减振垫、所述弹性单元、所述支架、所述阻尼单元和第二弹簧减振垫，柔性固定外部灯具。例如，所述固定单元穿过所述灯具支架或所述辅助支架。

如图4和图5所示为本发明的又一个实施例，本实施例提供的灯具隔振器包括紧固螺栓100、金属弹簧片200、灯具主支架300(即所述灯具支架)、灯头400(即所述灯具)、丁基橡胶柱500、辅助小支架600(即所述辅助支架)构成。

灯具主支架300和辅助小支架600由紧固件连接成一体，隔振单元由紧固螺栓100、金属弹簧片200、丁基橡胶柱500组成，安装于辅助小支架600上，以便于调整角度和整体更换；辅助小支架600上使用十字交叉金属弹簧片200两个，其各边各两个共四个简易串联隔振阻尼结构。其中，弯成半圆弧的十字交叉金属弹簧片200在穿过其中心的紧固螺栓100的压紧下，固定于灯具主支架300外表面，同时，紧固螺栓100穿过灯具主支架300大孔，在灯具主支架300内表面压紧着圆柱形弹性阻尼组件，本实施例为丁基橡胶柱500。十字交叉金属弹簧片200焊接或以其他紧固方式固定在支架300外表面，圆柱形弹性阻尼组件500采用胶粘剂硫化于支架内表面上。打紧四个紧固螺栓100后，圆柱形弹性阻尼组件，即丁基橡胶柱500，紧贴于灯头400耳轴座上。从而构成了整体隔振支持结构。

又一个具体的例子如图6所示，其A-A面剖视图请参考图7，结构示意图请参考图8，所述的隔振结构中，紧固螺栓100依次穿过金属弹簧片200、灯具主支架300和丁基橡胶柱500，外部灯头400通过紧固螺栓100柔性固定在灯具主支架300上。在本例中，灯具主支架300可以替换为辅助支架。

综合上述各实施例，本发明从振动理论出发，结合专业灯具的振动环境等因素，采用了串联隔振单元并将各隔振模块有序地装入灯头与支架的连接位，例如，灯头与支架的联接耳轴中。又一个实施例如图9所示，当灯具主支架300受到了一个外力时，弹性组件209(即所述弹性单元)瞬时响应发生形变，响应比并联阻尼系统快得多，而阻尼组件509(即所述阻尼单元)由于橡胶等粘滞阻力跟不上作用速度而暂时保持原状，这种弹性组件和阻尼组件所构成的系统，例如由弹簧和粘壶所构成的系统，跟随振源就会呈现出滞后现象，其与振源有一个相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，振动机械能就变为力学损耗或内耗热能。在整个过程中，固定螺丝109(即所述固定单元)都处于柔性联接状态，即一端为阻尼组件509，例如丁苯橡胶件，另一端为弹性组件209，例如弹簧夹头，以及固定螺丝109，例如螺栓，这两端均不直接与支架刚性接触，从而大幅度隔绝了振动的传递。

若此时把灯头400支架联接处的两端固定，即固定螺丝109固死的情况，此时所述弹性单元和所述阻尼单元均无法发生形变，则接着发生的现象是，外部环境的振动沿着支架传递，由于支架与灯头变成了刚性联接，则隔振率变为零，也就是未采用本发明时的效果。

基于不同的灯具大小和重量、支架的不同弯折角和厚度，影响处于压缩状态的弹性单元和阻尼单元，此时这些参数需要在三个振动轴上重新计算，以确定位移量、隔振率和最大加速度值，这样就可以确定最优的弹性单元和阻尼单元，适配每款灯具达到最佳的隔振效果。例如，所述弹性单元是弹簧单元。

本发明的某一实施例加装某型船用探照灯具支架上，安装与近海石油钻井平台泵房区域的振动振动环境中，对各个泵组工作时，在6Hz至120Hz的振动频率范围内，均有很好的隔振效果。灯具照明工作时，还测量了安装平台及灯具内部的振动水平，经与GD01-2006中2.7恶劣振动工作条件对比，灯具安装架上的振动环境高于船级社船检设备振动环境试验要求，表明根据该实施例所设计的隔振结构适合于该探照灯具的安装要求。

综上所述，本发明有效地解决了专业灯具的防振问题，通过安装此隔振器能显著提高灯具的抗振性能，增长灯具使用寿命，从而避免了客户因灯具损坏而带来的经济损失。例如，相关优点包括：安装大小支架之间完全隔离，且安装紧凑牢固与主体支架融为一体；装配更换简单，只需更换辅助小支架单元，且所需工作空间小；采用一体式复合串联隔振方式，隔振性能稳定，频谱较宽且可靠性好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种灯具的隔振结构，其特征在于，包括至少一隔振单元、至少一固定单元和一支架；

所述隔振单元包括串联的一弹性单元与一阻尼单元；

所述隔振单元通过所述固定单元与所述支架柔性接触；

所述固定单元依次穿过所述弹性单元、所述支架和所述阻尼单元，柔性固定外部灯具；

其中，所述弹性单元的一端与所述固定单元相接触，另一端与所述支架相接触；所述阻尼单元的一端与所述支架相接触，另一端用于与外部灯具相接触；所述支架位于所述弹性单元和所述阻尼单元之间，外部灯具固定安装于所述固定单元上；

所述支架为辅助支架，所述隔振结构还包括灯具支架；所述辅助支架设置至少一安装位，通过所述安装位固定到所述灯具支架；

根据所述灯具的大小和重量、以及所述灯具的弯折角和厚度，在三个振动轴上计算串联隔振系统的位移量、隔振率和最大加速度值，确定所述弹性单元与所述阻尼单元，其中所述弹性单元及阻尼单元构成所述串联隔振系统；

所述阻尼单元采用低邵氏硬度橡胶材料，其为邵氏硬度A35～45，固有频率范围为5～16Hz；

所述弹性单元为两片圆弧形弯曲金属弹簧片的交叉组合件，其中，160度≤所述圆弧≤360度；

所述固定单元为紧固螺栓，所述支架为金属件；所述弹性单元在压扁变形后焊接、铆接或螺接于所述支架；所述阻尼单元为丁基橡胶柱，其硫化粘接于所述支架；

其中，当所述外部灯具或所述支架发生振动时，所述弹性单元和所述阻尼单元分别发生形变，所述弹性单元瞬时响应发生形变，而所述阻尼单元由于阻力跟不上作用速度而暂时保持原状，使所述隔振单元跟随振源就会呈现出滞后现象。

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