CN102401079A - 一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置 - Google Patents

Abstract

大阻尼竖向粘弹性隔减振装置是一种用于航空航天精密仪器和精密机械仪器工作平台防扰动的隔减振装置，该装置由高阻尼低模量粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器相结合而构成，上部是高阻尼低模量粘弹性阻尼器，下部是粘滞流体阻尼器。高阻尼低模量粘弹性阻尼器通过导杆与上连接板相连接；高阻尼低模量粘弹性阻尼器与粘滞流体阻尼器分别通过外筒、下连接板、导杆、活塞盘相连接，使两个阻尼器连接成一个整体。本发明结合粘弹性阻尼器与粘滞流体阻尼器的优点形成了一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置。该装置性能优良、价格低廉、制作方便。

Description

一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置

技术领域

本发明是一种用于航空航天、机械和土木方面精密仪器工作平台的隔减振装置，尤其是针对宽频激励的工作平台。

背景技术

仪器平台系统常处于复杂的振动工作环境，而过大的振动反应往往可能会导致其上的精密仪器不能正常工作乃至产生破坏等影响。因此，必须采取措施消除过大振动带来的不利影响。被动控制是有效措施之一，它具有不需外界能源、装置结构比较简单、易于实现，经济性与可靠性好等优点，该技术已得到广泛应用。根据各仪器平台系统所处工作环境，考虑其扰动频率范围为0～100Hz。传统的橡胶被动隔振装置只能对高频振动具有良好的隔振效果；由于传统的橡胶被动隔振装置不具有减振能力。因此，如何拓宽隔减振装置的工作频率范围，使其在宽频范围内均能有效地减小平台的动力反应是一项非常重要且具意义的工作。增加隔减振装置的阻尼是实现这一目标最有效的手段，同时降低隔振装置刚度达到降低隔振装置固有频率，从而拓宽隔减振装置的工作频率及提高隔振效率。因此，本发明从材料和构造两方面出发来解决这一问题，一是采用高阻尼低模量的粘弹性材料，即降低材料模量(即刚度)和增大材料阻尼以达到降低装置刚度和增大阻尼的效果；另一方面，在构造上采用削弱粘弹性层沿其高度方向上的尺寸来减小整个装置的刚度，同时，在粘弹性阻尼器下面设置一个粘滞流体阻尼器以便为该装置提供更大的阻尼。本发明通过采用以上设计，依据所处环境激励，基于仪器工作平台控制要求，经过各参数调整能够使外界激励产生的振动得到有效的衰减，从而达到减振的目的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种性能优良、价格低廉、制作方便的大阻尼竖向粘弹性隔减振装置。

技术方案：本发明的大阻尼竖向粘弹性隔减振装置上部是高阻尼低模量粘弹性阻尼器，下部是粘滞流体阻尼器；其中，高阻尼低模量粘弹性阻尼器中间设有导杆，其上部连接上连接板，下部连接活塞盘，上部的外筒与下部的外筒及连接板连接。

所述的高阻尼低模量粘弹性阻尼器中，外筒内设有变截面的粘弹性材料层，该粘弹性材料层采用高阻尼粘弹性材料。

所述的粘滞流体阻尼器中，外筒及连接板内设有粘滞流体，活塞盘位于外筒及连接板内，在活塞盘上设有小通孔；外筒与外筒及连接板的连接处设有密封圈。

所述的粘滞流体与粘弹性材料层之间留有一定空间，形成一个空气弹簧。

此装置在构造上，充分利用了上部粘弹性阻尼器的剪切耗能与下部粘滞流体阻尼器的流体挤压耗能，使其耗能大幅增加，从而达到了提供给减振系统很大阻尼的目的。

其中，所述的高阻尼低模量粘弹性阻尼器由外筒、导杆及粘弹性材料组成，粘弹性材料与导杆及外筒硫化形成一个整体，并通过导杆与上连接板连接在一起，外筒、导杆又分别与粘滞流体阻尼器中的外筒及连接板、活塞盘连接在一起。粘弹性阻尼器中，采用高阻尼低模量粘弹性材料，粘弹性材料沿径向采用弧形，这样在高度方向上的尺寸减小，从而降低粘弹性阻尼器的剪切刚度，即降低了隔减振装置的隔振层刚度，从而能达到更好的隔振效果。

所述的粘滞流体阻尼器由外筒及连接板、活塞盘和位于其内部的粘滞流体组成。外筒及连接板和活塞盘分别与高阻尼低模量粘弹性阻尼器中的外筒和导杆连接在一起，且在外筒连接处垫有密封圈，以保证粘滞流体不发生渗漏。其中，活塞在粘滞流体中运动会产生较大的阻尼力，这为整个装置提供了较大的阻尼，从而使整个装置具有良好的减振效果，同时，由粘弹性材料和粘滞流体中间围有一定的空间(作用相当于空气弹簧)，其大小可以调整，当粘弹性材料因剪切变形向下挤压预留空间到一定极限时，由于下面粘滞流体的不可压缩性，上部粘弹性材料便不能向下运动，这为粘弹性阻尼器提供了限位功能，从而对其形成一种保护措施。

将大阻尼竖向粘弹性隔减振装置加设于精密工作平台与基础之间。当基础受到宽频激励时，一方面，粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器与空气弹簧构成了隔振系统，由于粘弹性阻尼器采用了低剪切模量粘弹性材料，以及采用弧形截面降低了剪切层高度，从而降低了粘弹性阻尼器的剪切刚度及整个隔减振装置的隔振刚度，使得该隔减振装置能够有效隔离更宽的频域范围的外部激励。另一方面，粘弹性阻尼器采用高耗能粘弹性材料(即拥有高损耗因子)，以及在其下方串联有粘滞流体阻尼器，这在不增加隔减振装置隔振刚度的同时却大幅提高了隔减振装置的阻尼，从而更有效地减小所有频域范围的振动反应，同时阻尼比的增加使得隔振效果也大幅提高(即降低传递率)。显然，该大阻尼竖向粘弹性隔减振装置具有高耗能、宽频域隔减振效果、制作简单的优点。

有益效果：本发明的一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置具有以下优点：

(一)充分利用了粘弹性材料的剪切滞回变形及粘滞流体的剪切挤压滞回变形两种耗能机制，具有很好的滞回性能和大阻尼特性。粘滞流体阻尼器提供了更大的阻尼，使整个装置的隔减振效果得以提高。

(二)粘弹性阻尼器的粘弹性层采用弧形截面以削弱其剪切高度尺寸，从而减小粘弹性阻尼器的剪切刚度和隔减振装置的隔振刚度，以达到更好的隔振效果及隔离更宽频域范围的激励。

(三)由粘弹性材料和粘滞流体中间围有一定的空间，保证了粘弹性阻尼器的运动耗能，也为粘弹性阻尼器提供了限位功能，从而对其形成一种保护措施。

(四)试件制作简单方便、造价低廉。该隔减振装置可广泛地用于精密仪器工作平台的隔减振。

附图说明

图1为本发明的立剖面结构示意图。

图中有：高阻尼低模量粘弹性阻尼器1、外筒11、导杆12、粘弹性材料层13；粘滞流体阻尼器2、外筒及连接板21、粘滞流体22、活塞盘23、密封圈24；上连接板3。

具体实施方式

本发明的一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置由粘弹性阻尼器1和粘滞流体阻尼器2相结合而构成，上部是高阻尼低模量粘弹性阻尼器1，下部是粘滞流体阻尼器2，中间是由粘弹性材料和粘滞流体围成的空气气囊(相当于空气弹簧)。上部的粘弹性阻尼器1通过导杆12与上连接板3相连接，并通过其外筒11及导杆12分别与下部粘滞流体阻尼器的外筒21及活塞盘23连接，使该装置的各个部分连接成一个整体。所述的高阻尼低模量粘弹性阻尼器1由外筒11、导杆12及粘弹性材料13组成；并通过导杆12与上连接板3连接在一起，外筒11、导杆12又分别与粘滞流体阻尼器2中的外筒及连接板21、活塞盘23连接在一起。粘滞流体阻尼器2由外筒及连接板21、活塞盘23和位于其内部的粘滞流体22组成。外筒及连接板21和活塞盘23分别与高阻尼低模量粘弹性阻尼器1中的外筒11和导杆12连接在一起，且在外筒连接处垫有密封圈24，以保证粘滞流体不发生渗漏。其中，粘滞流体阻尼器阻尼力的大小可以通过调整活塞盘23的直径大小或在活塞盘23上开孔洞或者改变粘滞流体22粘度的方法来控制。另外，粘滞流体22的容量大小可以调整。

将大阻尼竖向粘弹性隔减振装置加设于精密工作平台与基础之间。当基础受到宽频激励时，一方面，粘弹性阻尼器1、粘滞流体阻尼器2与空气弹簧构成了隔振系统，由于粘弹性阻尼器1采用了低剪切模量粘弹性材料13，以及采用弧形截面(图1所示，一般可上下内凹进2～5mm)降低了剪切层高度，从而降低了粘弹性阻尼器1的剪切刚度及整个隔减振装置的隔振刚度，使得该隔减振装置能够有效隔离更宽的频域范围的外部激励。另一方面，粘弹性阻尼器采用高耗能粘弹性材料13(即拥有高损耗因子)，以及在其下方串联有粘滞流体阻尼器2，这在不增加隔减振装置隔振刚度的同时却大幅提高了隔减振装置的阻尼，从而更有效地减小所有频域范围的振动反应，同时阻尼比的增加使得隔振效果也大幅提高(即降低传递率)。同时，当粘弹性材料13因剪切变形向下挤压预留空间到一定极限时，由于下面粘滞流体22的不可压缩性，上部粘弹性材料13便不能向下运动，这为粘弹性阻尼器1提供了限位功能，从而对其形成一种保护措施。显然，该大阻尼竖向粘弹性隔减振装置具有高耗能、宽频域隔减振效果、制作简单、自限位的优点。

Claims (4)

1.一种大阻尼竖向粘弹性隔减振装置，其特征在于该装置上部是高阻尼低模量粘弹性阻尼器(1)，下部是粘滞流体阻尼器(2)；其中，高阻尼低模量粘弹性阻尼器(1)中间设有导杆(12)，其上部连接上连接板(3)，下部连接活塞盘(23)，上部的外筒(11)与下部的外筒及连接板(21)连接。

2.根据权利要求1所述的大阻尼竖向粘弹性隔减振装置，其特征在于所述的高阻尼低模量粘弹性阻尼器(1)中，外筒(11)内设有变截面的粘弹性材料层(13)，该粘弹性材料层(13)采用高阻尼粘弹性材料。

3.根据权利要求1所述的大阻尼竖向粘弹性隔减振装置，其特征在于所述的粘滞流体阻尼器(2)中，外筒及连接板(21)内设有粘滞流体(22)，活塞盘(23)位于外筒及连接板(21)内，在活塞盘(23)上设有小通孔；外筒(11)与外筒及连接板(21)的连接处设有密封圈(24)。

4.根据权利要求1所述的大阻尼竖向粘弹性隔减振装置，其特征在于所述的粘滞流体(22)与粘弹性材料层(13)之间留有一定空间，形成一个空气弹簧。

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