CN101975236B - 橡胶缓冲隔振弹性体结构 - Google Patents

Abstract

橡胶缓冲、隔振弹性体结构，包括上金属件、橡胶件和下金属件。本发明橡胶体采用内部空腔式结构加大其缓冲行程，其缓冲变形可达100％，若沿弹性体结构轴向空间足够大，其缓冲变形可高达150％左右，空腔结构的设计，大大增加了橡胶部分的缓冲变形行程，可达传统橡胶隔振器的2～4倍，使得缓冲效果得到大幅度提高；本发明结构上气流通道的设计，一方面，气流通道的设计，使弹性体在承受冲击载荷时，由于载荷作用时间短，空腔内的气流通过气流通道疾速向外排出，气流与通道的摩擦作用，增大了弹性体结构的阻尼，从而增大了弹性体结构的缓冲效果，另一方面，气流通道的设计，使得空腔内的气流在载荷作用下可以顺利排出，避免空腔封闭情况下引起橡胶部分的变形不均匀，从而保证了弹性体结构在变形过程中的刚度稳定性。

Description

橡胶缓冲隔振弹性体结构

技术领域

本发明涉及一种缓冲、隔振结构，特别是涉及一种金属与橡胶复合缓冲、隔振结构，属于橡胶隔振器结构技术领域，主要用于设备或仪器的缓冲和隔振处理。 

背景技术

橡胶隔振器由于其制造工艺简单，使用方便有效，同时兼有一定的缓冲效果，所以得到了广泛的应用。应该指出的是，从理论上讲，隔振和缓冲是一对矛盾体，理想隔振器是没有缓冲效果的，同样理想缓冲器是没有隔振效果的。传统的橡胶隔振器虽然具有隔振功能，但对于冲击问题，尤其是大载荷情况下的冲击问题往往无能为力，在某些情况下不仅起不到缓冲作用，还会造成冲击放大，恶化需要隔振的设备或仪器冲击力学环境。究其原因，主要是传统橡胶隔振器在冲击载荷下的缓冲行程有限，并且橡胶隔振器在其有限的缓冲行程内由于橡胶材料性能的非线性引起其刚度非线性，从而造成其缓冲效果不明显。已有橡胶隔振器典型结构如图11所示，在相同安装高度要求下，为了保证缓冲效果，这些隔振器都工作在线性变形范围内，形变一般不大于40％。 

随着各种设备向高速、重载及大功率化的方向发展，设备上的各分系统如控制系统、精密仪器、仪表系统等所承受的力学环境也越来越恶劣，不仅会受到振动载荷的影响，也会受到冲击载荷的影响，所以迫切需要一种能同时解决振动和冲击问题的新型橡胶弹性体结构。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能同时解决振动和冲击问题的新型橡胶弹性体结构，以改善各种精密设备和仪器既受振动又受冲击的力学环境，从而保证设备正常使用。 

本发明的技术解决方案是：橡胶缓冲、隔振弹性体结构，包括上金属件、橡胶件和下金属件，上金属件安装在橡胶件顶部，下金属件安装在橡胶件底部，上金属件、橡胶件和下金属件通过橡胶硫化连接成一整体，其中橡胶件为倒扣的碗状结构，碗状结构内部形成橡胶凸台和空腔，碗状结构的底部为内侧长、外侧短、中间有环形槽的台阶型圆柱，下金属件包括上部的圆柱体和下部的金属底板，橡胶件的台阶型圆柱上均布若干个侧边排气通道，侧边排气通道穿透台阶型圆柱和下金属件上部的圆柱体与空腔接通，下金属件下部的金属底板四边中心各加工1个底边排气通道，底边排气通道穿透金属底板)和橡胶件的台阶型圆柱的内侧圆柱与空腔接通。 

所述的橡胶凸台厚度d和空腔(22)高度h的比例为d∶h＝0.2～0.8∶1。 

所述的金属底板上加工的底边排气通道的高度为金属底板厚度的0.1～0.5，宽度为金属底板宽度的0.02～0.1。 

所述的侧边排气通道的直径d₀＝(0.05～0.1)D，侧边排气通道的高度h₀＝1/2H，其中H为橡胶件碗状结构外侧竖直部分高度，D为橡胶件的最大外径。 

所述的上金属件为变直径的台阶状圆柱体结构，中心加工螺纹孔或通孔。 

所述的侧边排气通道不少于4个。 

本发明与现有技术相比有益效果为： 

(1)本发明橡胶体采用内部空腔式结构加大其缓冲行程，其缓冲变形可达100％，若沿弹性体结构轴向空间足够大，其缓冲变形可高达150％左右，空腔结构的设计，大大增加了橡胶部分的缓冲变形行程，可达传统橡胶隔振器的2～4倍，使得缓冲效果得到大幅度提高； 

(2)本发明结构上气流通道的设计，不仅增大了弹性体的阻尼，同时保证了弹性体结构在变形过程中的刚度稳定性，一方面，气流通道的设计，使弹性体在承受冲击载荷时，由于载荷作用时间短，空腔内的气流通过气流通道疾速向外排出，气流与通道的摩擦作用，增大了弹性体结构的阻尼，从而增大了弹 性体结构的缓冲效果，另一方面，气流通道的设计，使得空腔内的气流在载荷作用下可以顺利排出，避免空腔封闭情况下引起橡胶部分的变形不均匀，从而保证了弹性体结构在变形过程中的刚度稳定性； 

(3)本发明橡胶体采用橡胶凸台的设计，使得本发明具有冲击过载保护功能，弹性体结构在承受较大的冲击载荷时，橡胶体会发生大的变形来吸收能量，如果橡胶体变形过大，弹性体结构有可能与安装部位发生刚性碰撞，非但不能达到预期缓冲效果，还可能造成设备或仪器发生破坏，橡胶凸台的设计，能有效避免上金属件与安装部位发生刚性碰撞，在保证缓冲效果的前提下，能有效的保护设备和仪器，从而具有冲击过载保护功能； 

(4)本发明结构新颖，兼有隔振和缓冲效果，本发明与已有隔振器相比，结构颖型，并且在具有良好的隔振性能的同时，兼具优异的缓冲性能，本发明在某电子仪器上得到成功应用，在保证设备具有良好的隔振性能的同时具备了优异的缓冲性能，有效的改善了各类设备和仪器所承受的力学环境，延长了其使用寿命； 

(5)本发明安装方便、安装方式灵活，可与其它类型隔振器组合安装使用，本发明既可以在设备仪器的上面、下面单独安装或同时安装，又可以在设备仪器的侧面安装，安装数量可根据设计需要进行调整，也可与其它类型隔振器组合安装使用，以满足更为复杂恶劣的使用环境要求。 

附图说明

图1为本发明主视图； 

图2为本发明俯视图； 

图3为本发明剖视图； 

图4本发明橡胶件主视图； 

图5为本发明橡胶件俯视图； 

图6为本发明橡胶件剖视图； 

图7为本发明上金属件主视图； 

图8为本发明上金属件俯视图； 

图9为本发明下金属件主视图； 

图10为本发明下金属件俯视图； 

图11为部分现有隔振器结构示意图(a为柱型隔振器、b为T型隔振器、c为组合式隔振器、d为异型隔振器)。 

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明由上金属件1、橡胶件2和下金属件3组成，上金属件1安装在橡胶件2顶部，下金属件3安装在橡胶件2底部，上金属件1、橡胶件2和下金属件3通过橡胶硫化连接成一整体。 

上金属件1如图3、7、8所示，为变直径的台阶状圆柱体结构，中间的孔可以根据安装需要设计成螺纹孔或通孔。上金属件1的变直径的台阶状圆柱体结构能增大上金属件1与橡胶体2的接触面积，提高橡胶硫化后的粘接强度。 

橡胶件2如图4、5、6所示，为倒扣的碗状结构，碗状结构内部形成橡胶凸台23和空腔22，碗状结构的底部为内侧长、外侧短、中间有环形槽24的台阶型圆柱，顶部有用来容纳上金属件的台阶孔21，环形槽24用于容纳下金属件3的上部圆柱体31。橡胶凸台23厚度d和空腔22高度h的比例为d∶h＝0.2～0.8∶1。 

橡胶件2的台阶型圆柱上均布不少于4个侧边排气通道4，侧边排气通道4穿透台阶型圆柱和下金属件3上部的圆柱体31与空腔22接通。侧边排气通道4如图6所示，其直径d₀＝(0.05～0.1)D，D为橡胶件2的最大外径，侧边排气通道4的高度h₀＝1/2H，H为橡胶件2碗状结构外侧竖直部分高度，即侧边排气通道4加工在橡胶件2碗状结构外侧竖直部分的中间位置。 

下金属件3如图3、9、10所示，包括上部的圆柱体31和下部的金属底板32，中间加工成通孔33用来容纳橡胶体3的内部结构。圆柱体31圆周上均匀加工不少于4个侧边排气通道4，侧边排气通道4数量与橡胶件2上加工数量一直。金属底板32采用四角倒成圆角的四方体结构，在四方体每个角加工有 用于与设备连接的安装孔，在四方体的每一侧面的底边中心各加工1个底边排气通道5，底边排气通道5穿透金属底板32和橡胶件2的台阶型圆柱的内侧圆柱与空腔22接通。底边排气通道5的高度为金属底板32厚度的0.1～0.5，宽度为金属底板32宽度的0.02～0.1。 

金属件的材料可以根据具体的使用环境和要求选定，一般使用要求有质轻、绝缘、防锈等，一般会选用铝或不锈钢等材质，橡胶件2采用阻尼橡胶。 

侧边排气通道4与底边排气通道5并不需要如附图1或6加工在同垂线上(图只是提供了一种布局方式)，侧边排气通道4只要是在圆周方向均布即可。 

在制造本发明时，先加工上、下金属件，再将金属件放入到模具中，将橡胶胚料放入，合模硫化，将上、下金属件和橡胶件连接成一整体。 

本发明缓冲的原理是：其通过橡胶部分的变形将冲击能量转化为缓冲器的变形能而储存起来，然后平缓地释放，使冲击强度减小。 

本发明为了取得良好的缓冲效果，与传统的橡胶隔振器相比，在结构上做出了以下改进： 

(1)采用内部空腔式结构加大其缓冲行程。 

内部采用空腔式结构，橡胶部分缓冲变形可达100％，若沿弹性体结构轴向空间足够大，其缓冲变形可高达150％左右，大大增加了橡胶部分的缓冲变形行程。 

(2)应用空气动力学的有关原理，在结构上设计气流通道，以增大弹性体的阻尼并保证刚度稳定性。 

如图1、3所示，气流通道的设计，一方面使弹性体结构在承受冲击载荷时，由于载荷作用时间短，空腔内的气流通过气流通道疾速向外排出，气流与通道的摩擦作用，增大了弹性体结构的阻尼。另一方面，气流道的设计，使得空腔内的气流在载荷作用下可以顺利排出，避免空腔封闭情况下引起橡胶部分的变形不均匀，从而保证弹性体结构在变形过程中刚度的稳定性。 

(3)橡胶凸台的设计，使得新型橡胶缓冲/隔振弹性体结构具有冲击过载 保护功能。 

弹性体结构在承受较大的冲击载荷时，橡胶部分会发生大的变形来吸收能量，如果橡胶部分变形过大，弹性体结构可能与安装部位发生刚性碰撞，非但不能达到缓冲效果，还可能造成设备或仪器发生破坏。橡胶凸台的设计，能有效避免刚性碰撞，从而达到在保证缓冲效果的前提下，有效的保护设备和仪器。 

缓冲、隔振测试效果： 

(1)在某电子设备上应用，该设备上某装置受峰值为14g的正弦振动载荷，采用图11所示的T型隔振器，放大倍数为4～5倍，不能满足使用工作环境要求；改用本发明后，在装置侧面安装4个本发明，装置上最大放大倍数降低为1.5倍，共振频率在15Hz左右，极大改善了装置的工作环境，保证了该设备的正常运转。 

(2)本发明应用于某设备控制系统上，在峰值为50g，持续时间为11ms的冲击载荷作用下，在该系统双侧面各安装2个本发明后，设备上冲击峰值为60g左右，冲击几乎没有放大，有效地保证了设备的安全工作。 

(3)采用本发明对某电子仪器进行隔振缓冲处理，取得显著效果，仪器受峰值为100g，持续时间为11ms的冲击载荷作用，采用如图11所时的T型隔振器时，仪器上的响应为270g，响应的量级过大，并且仪器与安装支架发生了碰撞，导致仪器损坏，无法正常使用；在改用本发明后，并在仪器的底部安装4个本发明后，仪器上的冲击响应峰值降低为80g，冲击问题得到了很好的解决，并且橡胶凸台也有效避免了仪器与安装支架发生碰撞，使仪器在工作状态下得到有效保护。 

(4)本发明用于某连续冲击系统上，该系统上某仪器重约30kg，受峰值为30g，持续时间为11ms的冲击载荷作用，在仪器的底部安装4个本发明后，连续冲击1000次，仪器上的冲击响应每次都在13g以下，保证了仪器在冲击环境下的正常工作，有效地改善了系统的使用环境。 

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。 

Claims (6)

1.橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：包括上金属件(1)、橡胶件(2)和下金属件(3)，上金属件(1)安装在橡胶件(2)顶部，下金属件(3)安装在橡胶件(2)底部，上金属件(1)、橡胶件(2)和下金属件(3)通过橡胶硫化连接成一整体，其中橡胶件(2)为倒扣的碗状结构，碗状结构内部形成橡胶凸台(23)和空腔(22)，碗状结构的底部为内侧长、外侧短、中间有环形槽(24)的台阶型圆柱，下金属件(3)包括上部的圆柱体(31)和下部的金属底板(32)，橡胶件(2)的台阶型圆柱上均布若干个侧边排气通道(4)，侧边排气通道(4)穿透台阶型圆柱和下金属件(3)上部的圆柱体(31)与空腔(22)接通，下金属件(3)下部的金属底板(32)四边中心各加工1个底边排气通道(5)，底边排气通道(5)穿透金属底板(32)和橡胶件(2)的台阶型圆柱的内侧圆柱与空腔(22)接通。

2.根据权利要求1所述的橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：所述的橡胶凸台(23)厚度d和空腔(22)高度h的比例为d∶h＝0.2～0.8∶1。

3.根据权利要求1所述的橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：所述的金属底板(32)上加工的底边排气通道(5)的高度为金属底板(32)厚度的0.1～0.5，宽度为金属底板(32)宽度的0.02～0.1。

4.根据权利要求1所述的橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：所述的侧边排气通道(4)的直径d₀＝(0.05～0.1)D，侧边排气通道(4)的高度h₀＝1/2H，其中H为橡胶件(2)碗状结构外侧竖直部分高度，D为橡胶件(2)的最大外径。

5.根据权利要求1所述的橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：所述的上金属件(1)为变直径的台阶状圆柱体结构，中心加工螺纹孔或通孔。

6.根据权利要求1所述的橡胶缓冲隔振弹性体结构，其特征在于：所述的侧边排气通道(4)不少于4个。

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