CN103398139B - 碟形橡胶准零刚度隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉低频或超低频隔振器领域，具体涉及一种碟形橡胶准零刚度隔振器。为了解决现有的准零刚度隔振器存在的结构不够紧凑、承载量小，无法满足广范围的适用的问题，本发明提供了一种碟形橡胶准零刚度隔振器，包括底座、上盖和承载接头，所述上盖内壁连接有蝶形橡胶，所述碟形橡胶与所述承载接头和所述上盖固定连接在一起组成具有负刚度的弹性元件，所述蝶形橡胶内设有加强筋，所述承载接头通过压盖与具有正刚度的轴向橡胶连接，所述轴向橡胶通过调整套连接在所述底座上。本发明与已有准零刚度隔振器相比，具有承载量大、体积小、重量轻等优点，作为小体积的被动隔振器，又具有易维护、可靠性强等优点。

Description

碟形橡胶准零刚度隔振器

技术领域

    本发明涉低频或超低频隔振器领域，具体涉及一种碟形橡胶准零刚度隔振器。 

背景技术

    汽车、舰船、精密机床、航空航天器等对振动环境非常敏感，振动可严重影响汽车乘驾的舒适性、机床的加工精度、舰船的隐身性，甚至造成航空航天器的损坏。因此隔振技术尤其是低频宽频隔振技术具有重要的应用价值。现有的隔振器包括金属弹簧，油压式，空气弹簧以及钢丝绳隔振器等，这些减振器在低频范围内的隔振效果不是十分理想，无法满足超低频隔振的要求。 

经检索，申请号为201210145254.3的中国发明专利申请公开了一种名称为“滑动梁和弹簧组合非线性超低频隔振器”的发明专利申请，该申请的提供的技术方案是：主要由具有负刚度的滑动弹性梁和连接在其下方的具有正刚度的弹簧组成，并设有用于滑动弹性梁连接的连接部件和用于滑动弹性梁支撑的支撑结构，滑动弹性梁在变形时具有负刚度，弹簧为正刚度，两种弹性元件的组合使用使整个隔振器具有接近零刚度的特征。该隔振器具有较大的静刚度、却具有较小的动刚度, 整体系统具有近似动态准零刚度特性，可以对实现超低频率的振动隔离并兼有抗冲效果，从而拥有良好的低频隔振效果；并且较大的地扩展了隔振器的有效隔振范围，可实现大的衰减。但是该专利申请提供的隔振器的结构不够紧凑，承载量小，无法满足广范围的适用。 

发明内容

为了解决现有的准零刚度隔振器存在的结构不够紧凑、承载量小，无法满足广范围的适用的问题，本发明提供了一种碟形橡胶准零刚度隔振器。 

本发明的具体技术方案为： 

一种碟形橡胶准零刚度隔振器，包括底座、上盖和承载接头，所述上盖内壁连接有碟形橡胶，所述碟形橡胶与所述承载接头和所述上盖固定连接在一起组成具有负刚度的弹性元件，所述碟形橡胶内设有加强筋，所述承载接头通过压盖与具有正刚度的轴向橡胶连接，所述轴向橡胶通过调整套连接在所述底座上。

进一步的，所述碟形橡胶与所述上盖和所述承载接头采用硫化的方式连接为一体。

进一步的，所述压盖与所述承载接头螺纹连接，所述轴向橡胶以孔配合方式支撑所述压盖。 

进一步的，所述调整套与所述轴向橡胶之间还设有推力球轴承，所述推力球轴承以孔配合方式支撑所述轴向橡胶。 

进一步的，所述调整套设置在所述底座的中心位置，并且所述调整套与所述底座的连接方式为螺纹连接。 

进一步的，所述调整套底面设有六角调节孔。 

进一步的，所述碟形橡胶的数量为多个。 

下面对本发明的技术原理做详细分析。 

准零刚度产生的机理：在碟形橡胶中加筋，使之成为类似于碟簧的弹性元件，随着垂直向下加载，碟形橡胶斜锥面渐渐趋向水平面（平衡位置），可以产生负刚度（参考图5），而轴向橡胶则提供正刚度，依据他们的并联关系，系统合成刚度为： 

                 K= k _h + k _v （1.1）

      式中：

       K——系统合成刚度

       k _h ——碟形橡胶刚度

       k _v ——轴向橡胶刚度

只要在平衡位置（这里就是碟形橡胶面处于水平面位置时）所述碟形橡胶提供的负刚度和轴向橡胶的正刚度一致，就能产生零刚度。这里说的零刚度表示动刚度，当被隔振设备在平衡位置附近做小幅振动时，其动刚度很小，整个系统的固有频率很低，从而实现大范围频率隔振，具有良好的低频隔振效果。

在图5中，可以看出轴向橡胶的刚度不是一条水平线，是因为橡胶存在非线性，碟形橡胶的刚度从4.2mm左右就开始变为负刚度，但是通过组合后只有在平衡位置（S=10mm处）系统刚度K才为零。 

根据弹性力学理论，碟形弹簧的轴向载荷P与位移变形量f的关系是： 

  （1.2）  

 式中：

 P——单个弹簧的载荷，N

 t——弹簧厚度，mm

 D——碟形弹簧的外径，mm

 f——单片碟形弹簧的变形量，mm

 h ₀ ——碟形弹簧压平时的变形量的计算值，mm

 E——弹性模量，MPa

 ——泊松比

 K ₁ 、K ₄ ——计算系数

此处为无支撑面型，所以取K ₄ =1,对（1.2）式的位移求导：

    （1.3）

令，，，

则获得碟形橡胶刚度k的表达式:

（1.4）

由上式可以看出，当b>,刚度k可以取到负值,即负刚度,仿真结果参见图5的碟形橡胶负刚度曲线。

图2为负刚度产生的关键零件，其包含碟形橡胶和埋入橡胶中的筋，其特征是碟形橡胶相当于一个保持架，真正产生负刚度的是其中的筋，筋的作用类似于碟簧，由于采用加筋的方式，和碟簧相比碟形橡胶更容易获得负刚度，对外形尺寸要求低，可实现度高。 

图4为碟形橡胶的组合形式，组合的碟形橡胶数量根据具体情况而定。与单一碟形橡胶相比，优点是可以在有限的空间内提供更大的负刚度。 

本发明的有益效果是：与已有准零刚度隔振器相比，具有承载量大、体积小、重量轻等优点，作为小体积的被动隔振器，又具有易维护、可靠性强等优点。 

附图说明

图1 为本发明的整体结构示意图； 

图2 为本发明的碟形橡胶结构示意图；

图3 为本发明的调整套结构示意图；

图4 为本发明实施例2中多个碟形橡胶的结构示意图；

图5 为本发明负刚度、正刚度及其合成刚度曲线图；

其中：

1-底座；2-上盖；3-碟形橡胶；4-轴向橡胶；5-压盖；6-承载接头；7-推力轴承；8-调整套；9-加强筋;10-六角调节孔。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细叙述。 

实施例1 

如图1至图3所示，在实施例1中，一种碟形橡胶准零刚度隔振器，包括底座1、上盖2和承载接头6，所述上盖2内壁连接有碟形橡胶3，所述碟形橡胶3与所述承载接头6和所述上盖2固定连接在一起组成具有负刚度的弹性元件，所述碟形橡胶3内设有加强筋9，所述承载接头6通过压盖与具有正刚度的轴向橡胶4连接，所述轴向橡胶4通过调整套8连接在所述底座1上。所述碟形橡胶3与所述上盖2和所述承载接头6采用硫化的方式连接为一体。所述压盖5与所述承载接头6螺纹连接，所述轴向橡胶4以孔配合方式支撑所述压盖5。所述调整套8与所述轴向橡胶4之间还设有推力球轴承7，所述推力球轴承7以孔配合方式支撑所述轴向橡胶4。所述调整套8设置在所述底座1的中心位置，并且所述调整套8与所述底座1的连接方式为螺纹连接。所述调整套8底面设有六角调节孔10。

实施例2 

实施例2与实施例1的不同之处在于，为了在有限的空间内提供更大的负刚度，本发明中所述碟形橡胶3的数量可以为多个，如图4所示的具有3个碟形橡胶3的结构。

以上结合了附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，本领域的普通技术人员了解上述方案的内容后还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出种种变化。 

Claims (7)

1.一种碟形橡胶准零刚度隔振器，包括底座（1）、上盖（2）和承载接头（6），其特征在于，所述上盖（2）内壁连接有碟形橡胶（3），所述碟形橡胶（3）与所述承载接头（6）和所述上盖（2）固定连接在一起组成具有负刚度的弹性元件，所述碟形橡胶（3）内设有加强筋（9），所述承载接头（6）通过压盖（5）与具有正刚度的轴向橡胶（4）连接，所述轴向橡胶（4）通过调整套（8）连接在所述底座（1）上。

2.根据权利要求1所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述碟形橡胶（3）与所述上盖（2）和所述承载接头（6）采用硫化的方式连接为一体。

3.根据权利要求2所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述压盖（5）与所述承载接头（6）螺纹连接，所述轴向橡胶（4）以孔配合方式支撑所述压盖（5）。

4.根据权利要求3所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述调整套（8）与所述轴向橡胶（4）之间还设有推力球轴承（7），所述推力球轴承（7）以孔配合方式支撑所述轴向橡胶（4）。

5.根据权利要求4所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述调整套（8）设置在所述底座（1）的中心位置，并且所述调整套（8）与所述底座（1）的连接方式为螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述调整套（8）底面设有六角调节孔(10)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的碟形橡胶准零刚度隔振器，其特征在于，所述碟形橡胶（3）的数量为多个。