CN103711990B - 用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，包括承受垂向振动和冲击载荷的金属橡胶网垫和碟形弹簧,承受横向振动和冲击载荷的中心网套，以及用于支撑和固定弹性元件的锁紧螺帽、压盖、导向座、安装座、底盘。本发明利用碟形弹簧的大承载能力和软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，金属橡胶网垫的硬刚度特性和与碟形弹簧间的库伦阻尼，实现在垂向承载方向的软硬刚度复杂特性和大的阻尼。本发明结构紧凑、质量轻巧，高温环境适应性强，垂向刚度具有较高的静刚度和较低的动刚度，较优的阻尼性能，隔振频率较低；并且能兼顾隔冲效果和限位作用，使三向冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围内。

Description

用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座

技术领域

本发明涉及隔振抗冲击装置设计技术领域，尤其涉及一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座。

背景技术

燃气轮机进排气管道系统在冲击环境下的冲击防护性能是一个比较薄弱的环节，直接影响整个舰船动力系统的运行功能，关系到全舰的生命力。实船爆炸试验结果表明，管路系统的抗冲击性能是一个不可忽视的重要问题，其抗冲击性能优劣直接关系到舰艇的生命力和战斗力。

在舰艇中，管道支座通常与管道吊架配合使用，被用作管道系统的弹性支撑元件。其首要的作用是为管道系统提供结构载荷支撑，调整和控制管道系统的固有频率，即通过正确设计计算管道系统弹性支撑元件的刚度，确保管道系统固有频率避开扰动频率，避免管道系统共振。第二，是振动隔离，隔离管道系统与其它结构及设备之间振动传递，以减小振动能量向艇体传递。第三，是冲击隔离，隔离爆炸产生冲击波对管道系统的冲击，减小冲击能量向管道系统的传递与交换。

根据采用材料，目前应用的管道支座主要是采用橡胶隔振器作为承载元件，橡胶类的隔振器易发生变形，并且需要在连接部件上增加隔热垫以适应高温要求，且目前大多数的支座只能起到隔振的作用。

发明内容

本发明为一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座,包括导向座、安装座、压盖、锁紧螺帽以及弹性机构，其中，

所述安装座呈中空状，所述导向座的下端设置在所述安装座内；

所述导向座的外侧壁与所部安装座的内侧壁之间形成一容置空间，所述弹性机构设置在所述容置空间内，且所述弹性机构套设在所述导向座上；

所述导向座的上端伸出所述安装座，所述压盖套设在所述导向座上并压在所述弹性机构上，所述锁紧螺母与所述导向座的上端相连且压在所述压盖的端面上；

所述弹性机构由若干碟形弹簧和若干金属橡胶网垫组成。

一些实施例中，所述导向座的内侧设置有一隔断结构，所述隔断结构将所述容置空间分割成上侧的主隔振抗冲区和下侧的副隔振抗冲区。

一些实施例中，所述主隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度大于所述副隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度。

一些实施例中，所述碟形弹簧采用对合和/或叠合的多片连接方式设置在所述容置空间内。

一些实施例中，所述金属橡胶网垫与所述碟形弹簧的直径和倾斜角相同，且所述金属橡胶网垫设置在相互叠合的碟形弹簧之间或碟形弹簧与所述压盖之间。

一些实施例中，所述碟形弹簧嵌入所述金属橡胶网垫内。

一些实施例中，还包括中心网套，所述导向座呈中空状，且所述中心网套内衬在所述导向座的内侧壁上。

一些实施例中，所述中心网套为环形金属橡胶体。

一些实施例中，还包括底盘，所述底盘与所述安装座的下端相连，且所述底盘上设置有安装孔，用于将所述用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座安装到目标位置上。

一些实施例中，所述锁紧螺帽、压盖以及导向座采用45号钢制造而成。

一些实施例中，所述锁紧螺帽、压盖、导向座以及安装座的外表面上涂有防锈漆。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有的优点和积极效果为：

（1）本发明利用碟形弹簧的大承载能力和加载时的软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，以及金属橡胶的库伦阻尼和硬刚度特性，实现支座在垂向承载方向的软硬刚度复杂特性和大的阻尼，并可以通过调整碟形弹簧的数目、尺寸和金属橡胶的尺寸、数目等实现不同的承载能力、刚度曲线和位移行程；

（2）本发明提供的三向复合支座，由于其刚度特性为高静刚度低动刚度特性，在处于冲击状态时，碟形弹簧在大变形情况下为软特性，而金属橡胶为硬特性，因此，两者的组合可以实现如图12所示的软硬特性刚度曲线；这样在较大变形范围内，三向复合支座处于低刚度区域，对于冲击来临瞬间能够有效降低管路的加速度，满足冲击隔离的要求；当冲击变形大于一定程度时，刚度曲线变为硬特性，能够实现自动的软限位，因此，此三向复合支座能够保证较小的相对位移，实现较好的隔冲效果和软限位作用，使三向冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围。

（3）本发明利用内衬的金属橡胶中心网套的弹性变形实现横向承载方向的振动和抗冲击隔离；

（4）本发明采用碟形弹簧、金属橡胶网垫以及中心网套作为主要承力部件，利用其金属特性，使得本发明具有很好的高温环境适应性；

（5）本发明各组成部分之间结构紧凑，质量轻巧，可批量生产，成本较低。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2a、2b分别为本发明锁紧螺帽的主视图和俯视图；

图3a、3b分别为本发明压盖的主视图和俯视图；

图4a、4b分别为本发明金属橡胶网垫的主视图和俯视图；

图5a、5b分别为本发明导向座的主视图和俯视图；

图6a、6b分别为本发明碟形弹簧的主视图和俯视图；

图7a、7b分别为本发明安装座的主视图和俯视图；

图8a、8b分别为本发明中心网套的主视图和俯视图；

图9a、9b分别为本发明底盘的主视图和俯视图；

图10、11为本发明的安装结构示意图；

图12为本发明的垂向位移-力曲线（刚度曲线）图。

符号说明：

01-三向复合支座

011-主隔振抗冲区

012-副隔振抗冲区

02-过度接头

03-管路

1-锁紧螺帽

2-压盖

3-金属橡胶网垫

4-导向座

41-盘体

5-碟形弹簧

6-安装座

61-隔断结构

7-中心网套

8-底盘

81-安装孔

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1-12，本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，管路通过三向符合支座01固定设置在甲板或穿舱板上，用于提高舰艇燃气轮机进排气管道高温环境条件下的隔振抗冲性能。该三向复合支座01主要由锁紧螺帽1、压盖2、金属橡胶网垫3、导向座4、碟形弹簧5、安装座6、中心网套7和底盘8等部分组成。

具体的，如图5a、5b所示，导向座4呈上端开口的桶状，且其底部边缘设计为一凸出的盘体41。如7a、7b所示，安装座6呈上、下开口的桶状，导向座4的下端设置在安装座6内，且导向座4的外侧壁、安装座6的内侧壁以及盘体之间形成一容置空间，该容置空间内设置有由若干碟形弹簧5和金属橡胶网垫3组成的弹性机构，若干碟形弹簧5和金属橡胶网垫3套设在导向座4上。如3a、3b所示，压盖2呈一中间设有通孔的盖状，压盖2套设在导向座4上端的外侧壁上且压在弹性机构上，将碟形弹簧5和金属橡胶网垫3限制在导向座4与安装座6组成的容置空间内。锁紧螺母1下端通过螺纹与导向座4的上端相连，且锁紧螺母1的边缘压在压盖2上，通过将锁紧螺母1旋转向下运动，压紧压盖2，从而将若干碟形弹簧5和金属橡胶网垫3设定在导向座4与安装座6之间，且通过旋转锁紧螺母1可用来调整由碟形弹簧5和金属橡胶网垫3组成的弹性机构的压缩量。在本实施例中，安装座4的底部还安装有底盘8，底盘8四周上设置有安装孔81，如图9a、9b所示，三向复合支座01通过安装孔81固定安装到甲板或穿舱板上。

在本实施例中，若干碟形弹簧5以串联（对合）和/或并联（叠合）的多片连接形式设置在导向座4和安装座6之间，如图1中所示，其中相邻碟形弹簧与碟形弹簧存在库伦阻尼；当碟形弹簧5以串联的方式布置时，承载能力不变，变形量相对较大，当碟形弹簧5以并联的方式布置时，刚度、承载量相对较大，变形量不变；碟形弹簧5具有大承载能力和加载时的软刚度特性，且可通过碟形弹簧5的连接形式、设置数目以及尺寸来实现不同的刚度及可容许的最大变形和承载特性。

金属橡胶网垫3设置在叠合的碟形弹簧5之间或碟形弹簧5与压盖2之间，如图1所示，当然并不以图1中所示的排列方式为限，可根据具体情况进行分布；其中，碟形弹簧5和金属橡胶网垫3的尺寸相同，即碟形弹簧5与金属橡胶网垫3的直径以及倾斜角度相同，相互间连接紧凑，质量轻巧；在本实施例中，碟形弹簧5可以翻边并嵌入金属橡胶网垫3内，使得两者之间固定连接，从而增大振动、冲击时碟形弹簧5与金属橡胶网垫3之间的库伦阻尼。

在本实施例中，碟形弹簧5具有大承载能力和加载时的软刚度特性，是三向复合支座01的主要承力部件；金属橡胶网垫3本身具有弹性，具有硬刚度特性，碟形弹簧5和金属橡胶网垫3一起设置能够提供软硬组合的刚度特性，当冲击引起的支座变形量大于一定程度时，刚度曲线变为硬特性，能够实现自动软限位。本发明并不仅以图1中的设置方式为限，具体运用时可通过选用不同尺寸的金属橡胶网垫3与碟形弹簧5并采取不同碟形弹簧排布方式，来调整金属橡胶网垫3和碟形弹簧5构成的弹性机构达到所需要的刚度特性，此处不作限制。

在本实施例中，安装座6的内侧壁上设置有一隔断结构61，该隔断结构61将安装座6与导向座4之间形成的容置空间分割成上侧的主隔振抗冲区011和下侧的副隔振抗冲区012；其中，主隔振抗冲区011和副隔振抗冲区012内均设置有由金属橡胶网垫3和碟形弹簧5构成的弹性机构，且主隔振抗冲区011内的弹性机构的刚度大于副隔振抗冲区012内的弹性机构的刚度，副隔振抗冲区012内的弹性机构的允许变形量大于主隔振抗冲区011内的弹性机构的允许变形量。

在管路受到振动、冲击时，冲击载荷通过过渡接头传递以及伸出杆传递给压盖2和导向座4，使得压盖2和导向座4向下运动，使得主隔振抗冲区011内的金属橡胶网垫3和碟形弹簧5首先受到压力；刚性较大的主隔振抗冲区011内的金属橡胶网垫3和碟形弹簧5起到较好的冲击隔离效果，并通过金属橡胶网垫与碟形弹簧间的摩擦以及碟形弹簧与碟形弹簧间库伦阻尼的作用吸收一部分能量；另外由于主隔振抗冲区011内的金属橡胶网垫和碟形弹簧刚度较大、变形量相对较小，使得金属橡胶网垫3和碟形弹簧5在较大冲击载荷的作用下位移量较小，从而防止冲击载荷作用导致管路位移过大。而后在主隔振抗冲区011内金属橡胶网垫3和碟形弹簧5的弹性恢复力的作用下，导向座4向上运动，副隔振抗冲区012内的金属橡胶网垫3和碟形弹簧5受压缩作用；一方面由于刚度较低，能够实现较大的位移量，消耗大量的冲击剩余能量；另一方面通过金属橡胶网垫3与碟形弹簧5间以及金属橡胶网垫3、碟形弹簧5与导向座4间的摩擦阻尼进一步吸收冲击剩余能量。

在本实施例中，导向座的内侧设置有中心网套7，如图8a、8b所示，中心网套7呈上下开口的桶状，内衬在导向座4的内侧壁上；中心网套7为环形金属橡胶体，其提供的弹性变形能够实现三向复合支座01在横向承载方向的振动和冲击隔离。

在本实施例中，锁紧螺帽1、压盖2、导向座4均采用45号钢制作而成，且其外表面涂有防锈漆以防腐蚀，安装座6外表面上也涂有防锈漆。另外，本发明以金属橡胶网垫、碟形弹簧以及中心网套作为承力部件，利用其金属性质，使得本发明具有很好的高温适应性，适用范围广且耐用。

本发明提供的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其装配以及工作原理如下：

在装配前检查三向复合支座01中各零件外观是否有损坏，螺纹部位是否完好等；并将所有零件清洗干净，并用压缩空气吹干，表面涂机油，用于润滑和防锈蚀。然后按照顺序将个零件装配成三向复合支座01，具体的，先将副隔振抗冲区012内金属橡胶网垫、碟形弹簧套设在导向座4的下端上，导向座4从安装座6的下端伸进安装座6；将主隔振抗冲区011内金属橡胶网垫、碟形弹簧套设导向座4的上端上，再将压盖2套设在导向座4的上端上；锁紧螺帽1通过螺纹与导向座4的顶端相连，且其边缘压在压盖2上，安装完毕，此时压盖2的底部与安装座6的顶部之间存在一定的间隙，为压盖2受压运动预留空间。

安装完毕后，可旋转锁紧螺帽对金属橡胶网垫、碟形弹簧组成的弹性机构进行预紧，根据压盖底端距离底盘的位置确定预压缩量，从而确定锁紧螺帽是否旋紧到位。在预紧时，能够保证主、副隔振抗冲区012内的金属橡胶网垫和碟形弹簧组均处于压缩状态，使得三向复合支座01整个的总刚度较小，这样在小位移振动时的隔振频率较低，隔振效果较优。

预紧工作完成后，在锁紧螺帽上连接拉杆，施加推拉力，检查导向座4是否有位移，防止卡死，并在三向复合支座01表面喷银灰漆，以适用于舰船管路系统的安装。参考图10-11，三向复合支座01通过伸出杆和万向球铰与管路03相连；具体的，伸出杆穿过压盖2、中心网套7伸进导向座4的内部，并与导向座4通过螺纹连接；伸出杆的上端再通过万向球铰与一过渡接头02相连，过度接头02连接到管路03上，且使得三向复合支座01的中心轴与管路03的中心轴平行设置。

在三向复合支座01处于冲击状态时，由于碟形弹簧在大位移情况下为软特性，而金属橡胶的刚度特性为硬特性，因此，两者的组合可以实现如图12所示的软硬特性刚度曲线；这样在较大位移范围内时，三向复合支座01处于低刚度区域，对于冲击来临瞬间能够有效降低管路的加速度，能够满足冲击隔离的要求；当位移大于一定程度时，刚度曲线变为硬特性，能够实现自动的软限位。因此，此三向复合支座能够保证较小的相对位移，实现较好的隔冲效果和软限位作用，使三向冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围

综上所述，本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，由金属橡胶和碟形弹簧复合而成的全金属隔振、抗冲击结构，该隔振结构包括承受垂向振动和冲击载荷的金属橡胶网垫、碟形弹簧，承受横向振动和冲击载荷的中心网套，以及用于支撑和固定这些弹性元件的锁紧螺帽、压盖、导向座、安装座、底盘以及与管路相连接的伸出杆、万向球铰。本发明利用碟形弹簧的大承载能力和加载时的软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，以及金属橡胶的库伦阻尼和硬刚度特性，实现支座在垂向承载方向的软硬刚度复杂特性和大的阻尼，并可以通过调整碟形弹簧的数目、尺寸和金属橡胶的尺寸、数目等实现不同的承载能力、刚度曲线和位移行程。同时，本发明结构紧凑，质量轻巧，具有很好的高温环境适应性。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，包括导向座、安装座、压盖、锁紧螺帽以及弹性机构，其中，

所述安装座呈中空状，所述导向座的下端设置在所述安装座内；

所述导向座的外侧壁与所部安装座的内侧壁之间形成一容置空间，所述弹性机构设置在所述容置空间内，且所述弹性机构套设在所述导向座上；

所述导向座的上端伸出所述安装座，所述压盖套设在所述导向座上并压在所述弹性机构上，所述锁紧螺母与所述导向座的上端相连且压在所述压盖的端面上；

所述导向座的内侧设置有一隔断结构，所述隔断结构将所述容置空间分割成上侧的主隔振抗冲区和下侧的副隔振抗冲区；

所述弹性机构由若干碟形弹簧和若干金属橡胶网垫组成。

2.根据权利要求1所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述主隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度大于所述副隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度。

3.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述碟形弹簧采用对合和/或叠合的多片连接方式设置在所述容置空间内。

4.根据权利要求3所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述金属橡胶网垫与所述碟形弹簧的直径和倾斜角相同，且所述金属橡胶网垫设置在相互叠合的碟形弹簧之间或碟形弹簧与所述压盖之间。

5.根据权利要求4所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述碟形弹簧嵌入所述金属橡胶网垫内。

6.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，还包括中心网套，所述导向座呈中空状，且所述中心网套内衬在所述导向座的内侧壁上。

7.根据权利要求6所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述中心网套为环形金属橡胶体。

8.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，还包括底盘，所述底盘与所述安装座的下端相连，且所述底盘上设置有安装孔，用于将所述用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座安装到目标位置上。

9.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述锁紧螺帽、压盖以及导向座采用45号钢制造而成。

10.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属三向复合支座，其特征在于，所述锁紧螺帽、压盖、导向座以及安装座的外表面上涂有防锈漆。