CN102654169A - 一种多向安装隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以实现通用化、拟合化、系列化的多向安装隔振器，包括用于固定在载体上的底板，在底板中心设有球铰套，球铰轴与球铰套配合安装并与底板垂直，连接轴套在球铰轴外缘并与球铰轴滑动配合，在底板上部沿连接轴外缘设有轴向隔振组件，在轴向隔振组件上部继续沿连接轴外缘设置径向隔振组件，外壳套在轴向隔振组件和径向隔振组件外缘，在外壳顶端设有盖帽，连接轴顶端与所要减振的设备连接。

Description

一种多向安装隔振器

 

技术领域

    本发明涉及一种隔振器，隔振器是安装在敏感电子器件与载体之间的设备，起到缓冲减振作用，防止电子器件在强冲击作用下受损。

背景技术

由于电子设备的使用条件及安装空间日趋苛刻，且往往要求电子设备在0°～180°内进行多向安装，如图1，包括正装（β=0，图1a）、斜装（0<β<π/2，图1b）、侧装（β=π/2，图1c）、斜吊装（π/2<β<π，图1d）和吊装（β=π，图1e）。作为在三维空间中运动的歼击机，其机动飞行状态也类似于多向安装方式。而振动与冲击是影响电子设备可靠、稳定工作的又一主要因素。为了提高电子设备环境适应性和电性能可靠性，目前多使用隔振器进行隔振缓冲。而普通隔振器难以满足既能多向安装又能隔振缓冲的要求，目前除三轴向等刚度橡胶隔振器外，还未见相关领域相关研究报导。

以下讨论下最常用的固定铰支承多向安装隔振器的力学模型和固有频率，及其不能满足多向隔振缓冲的原因。

固定铰支承多向安装隔振器又名定长杆铰支承多向安装隔振器，其主要用于摆振隔振系统，其力学模型如图2，包括倒装（双簧摆，图2a）、正装（双簧摆，图2b）、侧装（杠杆摆，图2c），其中：图2a. 倒装（双簧摆）的固有频率的计算公式为                                                

 

：图2b. 正装（双簧摆） 的固有频率的计算公式为

：图2c. 侧装（杠杆摆）的固有频率的计算公式为

，式中

，

是质心m处的经向垂直静位移（cm）；

（cm）；

是加载后的偏转角

；g重力加速度(

)。

由于该类隔振器因定长杆是刚性的，不论如何安装，系统只能作摆振，质心的运动轨迹是圆弧，无法适应三维直线振动的隔振与解耦要求，并且也无法沿杆轴线振动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通用化、拟合化、系列化的多向安装隔振器，其可适应电子设备的多种安装方式并更好的满足设备的减振要求。

本发明所述的一种变长杆铰支多向安装隔振器，包括用于固定在载体上的底板，在底板中心设有球铰套，球铰轴与球铰套配合安装并与底板垂直，连接轴套在球铰轴外缘并与球铰轴滑动配合，在底板上部沿连接轴外缘设有轴向隔振组件，在轴向隔振组件上部继续沿连接轴外缘设置径向隔振组件，外壳套在轴向隔振组件和径向隔振组件外缘，在外壳顶端设有盖帽，连接轴顶端与所要减振的设备连接。

作为本发明的改进，所述轴向隔振组件包括弹簧和碟片组合件。具体为：在所述连接轴上设有凸肩，在底板和凸肩之间设有下弹簧，在下弹簧外缘设有安装在底板上的第一下滑套，与第一下滑套滑动配合的第一上滑套顶端抵在凸肩上，第一下滑套与第一上滑套外缘套有缓冲垫，缓冲垫上下两侧由两个碟片夹紧，缓冲垫外缘与外壳内壁接触；在凸肩上部设有上弹簧，在上弹簧外缘设有第二下滑套及与之滑动配合的第二上滑套，其中第二下滑套抵在凸肩上，第二上滑套沿连接轴径向延伸一凸台，上弹簧（17）设在该凸台与凸肩之间，第二下滑套与第二上滑套的外缘同样套有缓冲垫，缓冲垫上下两侧也由两个碟片夹紧。

所述径向隔振组件为套在连接轴外缘的平面弹簧，在平面弹簧上设有碟片，碟片通过滑片与盖帽内壁接触，该平面弹簧及碟片由外壳内壁上伸出的径向凸台和盖帽限位。

目前的电子设备安装方式可归纳为如图1所示的0°～180°多种型式，在相同的外形及安装尺寸条件下，本发明通过将通常的刚性杆改为滑动铰支，并在轴向加弹簧，这样就可实现多向安装，且在三坐标轴向直线激励时，隔振器的响应也是直线，达到解耦和提高稳定性目的，本发明的还有以下优点：

1) 结构件通用化,相同载荷范围内的隔振器其内部结构件完全通用。

    2) 弹性元件的拟合化,不同安装方式所要求的弹性特性下可通过不同弹簧元件组合拟合而。

3)      产品系列化：根据电子设备不同的使用环境条件和不同的重量要求，将隔振器载荷范围分成若干区间，各区间的载荷范围相互适当重叠（复盖），从而形成可满足不同特性要求的系列产品。

附图说明

图1为多向安装隔振系统示意图，其中，图1a正装（β=0），图1b 斜装（0<β<π/2），图1c侧装（β=π/2），图1d斜吊装（π/2<β<π），图1e吊装（β=π）； 

图2为定长杆铰支承无阻尼单自由度系统示意图，其中图2a倒装（双簧摆），图2b.正装（双簧摆），图2c侧装（杠杆摆）；

图3为本发明的力学模型图；

图4为本发明的典型结构图；

图5为实施例中x方向（隔振器径向）随机试验曲线图；

图6为实施例中z方向（隔振器径向）随机试验曲线图；

图7为实施例中y方向（隔振器轴向）随机试验曲线图。

具体实施方式

、本发明的力学模型

多向安装隔振器的力学模型如图3所示。隔振器的自由高度为h₀，底板与水平面倾斜β角度安装，电子设备质心c到球铰中心o自由长为

₀-，质心c到隔振器的安装高度为h_c，

₀=h₀+h_c。加载后隔振器轴线偏转

角，电子设备质心c到球铰中心o长为

，隔振器加载后高度为h_z=

－ h_c，系统处于静平衡位置o-c₁，此时沿杆轴向弹簧刚度

变形

；沿杆径向的平面弹簧刚度

,变形

；由于k₂支承长度a保持不变,且平面弹簧k₂与杆轴线仍保持垂直。由重力

产生轴向分力；径向分力，由力矩平衡可知：

，得

，由几何关系可知是以a为半径，以

为圆心角的扇形的弦长，由弦长公式得

,代入相应参数化简后得：

,因

角相对

角较小，简化后得

角的近似表达式：

     (度)                     (1)

2、固有频率计算

1) 质量沿坐标轴y向的固有频率

当系统处于静平衡位时为第一瞬时位置，其势能为零且动能最大，当质量沿坐标轴y向有

位移，见图3质量静平衡位置处，此位置为第二瞬时位置，该位置速度为零势能最大。质心沿y轴向直线振动，实质是质心c₁绕坐标原点o点摆动和沿杆轴向的伸缩运动的复合振动。由图3几何关系可得沿杆轴向位移

；径向位移

,利用相似三角形比的关系得平面弹簧处的径向位移

，杆轴向速度；杆径向速度，设y轴向自由振动固有频率为ω_n，则

。

静平衡位时最大动能：

系统到达极限位置y_max时最大弹簧变形能：

根据能量守恒

得：

将

代入并化简得系统坐标轴y方向直线振动的固有频率为

     (弧度/秒)            (2)

2) 质量沿坐标轴z向的固有频率

同理，当系统处于静平衡位时，质量沿z轴向有

位移，用相同的方法可得系统坐标轴z方向直线振动的固有频率为

    (弧度/秒)        (3)

3) 质量沿坐标轴x向的固有频率

当系统处于静平衡位时，质量沿x轴向有

位移，用相同的方法可得系统坐标轴x方向直线振动的固有频率为

      (弧度/秒)                          (4)

3、多向安装隔振器结构

在参考无谐振峰隔振器的基础上完成了多项安装隔振器典型结构的设计，典型结构如图4所示，当然也可以根据需要采用不同的结构形式，特别是其中的轴向和径向隔振组件。

该隔振器主要包括用于固定在载体上的底板13，在底板13中心设有球铰套15，球铰轴18与球铰套15配合安装并与底板13垂直，球铰套15上端面设有环形压板16，连接轴1套在球铰轴18外缘并与球铰轴18滑动配合，在底板13上部沿连接轴1外缘设有轴向隔振组件，在轴向隔振组件上部继续沿连接轴1外缘设置径向隔振组件，外壳12套在轴向隔振组件和径向隔振组件外缘，在外壳12顶端设有盖帽5，连接轴1顶端与所要减振的设备连接。其中：

轴向隔振组件的典型结构为：在连接轴1上设有凸肩，在底板13和凸肩之间设有下弹簧14，在下弹簧14外缘设有安装在底板13上的第一下滑套11，与第一下滑套11滑动配合的第一上滑套10顶端抵在凸肩上，第一下滑套11与第一上滑套10外缘套有缓冲垫7，缓冲垫7上下两侧由两个碟片夹紧，缓冲垫7外缘与外壳12内壁接触；在凸肩上部设有上弹簧17，在上弹簧17外缘设有第二下滑套9及与之滑动配合的第二上滑套19，其中第二下滑套9抵在凸肩上，第二上滑套19沿连接轴1径向延伸一凸台，上弹簧17设在该凸台与凸肩之间，第二下滑套9与第二上滑套19的外缘同样套有缓冲垫7，缓冲垫7上下两侧也由两个碟片夹紧。

径向隔振组件典型结构为：套在连接轴1外缘的平面弹簧4，在平面弹簧4上设有碟片3，碟片3通过滑片2与盖帽5内壁接触，该平面弹簧4及碟片3由外壳12内壁上伸出的径向凸台和盖帽5限位。

本发明中的连接轴1与球铰轴18滑动配合，弹簧及碟片组成轴向隔振系统，平面簧组成径向隔振系统，球铰轴18与球铰套15配合可保证多向摆动和轴向移动。a为平面弹簧中心到球铰中心高度，b为球铰中心到安装面高度。

、实际应用

某电子设备重5kg，壁挂式安装β=90⁰，60Hz以上隔振,目标量级均方根加速度6.377g，重心在矩形箱体几何中心，试验用模拟载荷重心离箱底面高度10mm，四只隔振器对角安装。

4.1隔振器固有频率计算

   根据上述条件初定隔振器固有频率为40～45Hz，根据图4结构空间确定a=24mm、b=38mm，电子设备重心到球铰中心长度

=38+10=48mm≈

(静平衡时质量引起的轴向变化很小可忽略)，每只隔振器承载1.25kg，壁挂安装β=90⁰。利用公式4求岀隔振器径向复合刚度K₂。

 。用公式1可求岀静平衡时的偏转角

，角度很小可忽略不计。公式3可简化

这与x方向的计算公式一样，即平行于z轴方向的隔振器径向复合刚度

。公式2可简化，即轴向复合刚度

。

5.2试验结果分析

所设计的隔振系统按用户提供的随机谱进行x方向隔振器径向、z方向隔振器径向、y方向隔振器轴向三个方向各5分钟功能试验，三个方向曲线见图5～7，主要性能指标见表1～2。从表中试验结果可看出隔振系统具有较好的隔振效果，具有较强的抵御夹具共振引起的激励能力，满足该电子设备的使用要求。理论计算的刚度k均为复合刚度即弹性元件和钢絲缓冲垫，钢絲缓冲垫均为人工模压而成，其差异直接影响四只隔振器轴向刚度的一致性导致y方向隔振器轴向固有频率偏高5Hz。

表1  均方根加速度衰减率                           （g）

            表2  共振传递率

                  单位

    多向安装隔振器是一种可适应电子设备的多种安装方式的新型隔振器，而固有频率的计算是隔振器设计的关键一步，本发明采用能量法推导出多向安装隔振器的固有频率的计算，结合具体对象给出多项安装隔振器的典型结构，实验证明了其正确性。该多向安装隔振器的分析计算方法可以推广与其类似的隔振器的设计计算上。

Claims (4)

1.一种多向安装隔振器，其特征在于，该隔振器包括用于固定在载体上的底板（13），在底板（13）中心设有球铰套（15），球铰轴（18）与球铰套（15）配合安装并与底板（13）垂直，连接轴（1）套在球铰轴（18）外缘并与球铰轴（18）滑动配合，在底板（13）上部沿连接轴（1）外缘设有轴向隔振组件，在轴向隔振组件上部继续沿连接轴（1）外缘设置径向隔振组件，外壳（12）套在轴向隔振组件和径向隔振组件外缘，在外壳（12）顶端设有盖帽（5），连接轴（1）顶端与所要减振的设备连接。

2.根据权利要求1所述的多向安装隔振器，其特征在于，所述轴向隔振组件包括弹簧和碟片组合件。

3.根据权利要求2所述的多向安装隔振器，其特征在于，所述连接轴（1）上设有凸肩，所述弹簧和碟片组合件为：在底板（13）和凸肩之间设有下弹簧（14），在下弹簧（14）外缘设有安装在底板（13）上的第一下滑套（11），与第一下滑套（11）滑动配合的第一上滑套（10）顶端抵在凸肩上，第一下滑套（11）与第一上滑套（10）外缘套有缓冲垫（7），缓冲垫（7）上下两侧由两个碟片夹紧，缓冲垫（7）外缘与外壳（12）内壁接触；在凸肩上部设有上弹簧（17），在上弹簧（17）外缘设有第二下滑套（9）及与之滑动配合的第二上滑套（19），其中第二下滑套（9）抵在凸肩上，第二上滑套（19）沿连接轴（1）径向延伸一凸台，上弹簧（17）设在该凸台与凸肩之间，第二下滑套（9）与第二上滑套（19）的外缘同样套有缓冲垫（7），缓冲垫（7）上下两侧也由两个碟片夹紧。

4.根据权利要求1、2或3所述的多向安装隔振器，其特征在于，所述径向隔振组件为套在连接轴（1）外缘的平面弹簧（4），在平面弹簧（4）上设有碟片（3），碟片（3）通过滑片（2）与盖帽（5）内壁接触，该平面弹簧（4）及碟片（3）由外壳（12）内壁上伸出的径向凸台和盖帽（5）限位。

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