CN104047989A - 正负压隔振减振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型的隔振减振器，很好地改善了对低频振动的隔振性能，提高了减振隔振的频带宽度，降低了弹簧刚度和振动频率。本正负压隔振减振器主要由分布式空气弹簧，负压弹簧，上下支架系统和上下固定面板组成。分布式空气弹簧上连接上固定面板，下连接分布式空气弹簧的橡胶固定支座，橡胶固定支座上留有进气调节接口，与外部伺服充气站相连，分布式空气弹簧内设立2个相连的腔室，腔室之间有阻尼阀孔，橡胶固定支座和支架系统连接。负压弹簧悬挂在支架系统中，留有排气口与外部伺服抽气站连接，内有多孔橡胶垫。本发明突破该领域现有的技术方案，极大地消除了低频振动信号，提高了减振隔振频带宽度，衰减振动。

Description

正负压隔振减振器

技术领域：

本发明涉及一种隔振减振器。特别地，本发明涉及一种新型的低频振动隔振技术和低刚度宽频带振动的减振器。

背景技术：

目前国内外生产的汽车、工业设备等大都采用液压减振器或者空气弹簧减振器，但随着我们对汽车舒适性要求的提高以及对我们的仪器设备加工精度的严格要求，现有的技术方案已不足以解决在低频振动控制和宽频带振动方面的要求。

我们已知空气弹簧的刚度和固有频率与其隔振减振性能存在直接联系，通常弹簧刚度或者固有频率越低，则隔振器效果越好。目前国内外研究领域多采用附加气室的办法改变弹簧的刚度特性，另一种就是设计复合式的弹簧，例如空气液压复合或者空气电磁复合来调节弹簧刚度。

采用附加气室的方案一般存在以下问题，一是，气室体积大，难以布置，同时增加负载重量和成本；二是，当空气弹簧受压时反应速度慢，可能导致设备发生侧移过大，影响舒适度或者加工精度；三是，对低频振动几乎没有隔离作用。采用空气电磁复合虽能降低运动刚度，但鉴于其结构的特性也不能对低频振动起到隔离作用，同时其安装条件苛刻，在实际应用中受到极大限制。

发明内容：

本发明的目的在于降低隔振器的刚度，获得对低频振动良好的隔振效果，同时提高减振器的频带宽度，衰减振动，增加其环境适应性，缓解或消除减振隔振领域的一些缺点。

根据本发明，提供如在所附权利要求中阐述的方法、原理和正负压隔振减振器。通过从属权利要求以及随后的说明，本发明的具体特征将显而易见。

本发明提供的一种正负压隔振减振器，包括分布式空气弹簧，负压弹簧，上下支架系统和圆盘状面板、支架上面板、支架下面板组成，分布式空气弹簧由2个相互连接的腔室组成，气腔下方链接橡胶固定支座，在支座的一侧留有进气口，分布式空气弹簧支座和上支架通过螺栓和橡胶弹性垫圈链接，负压弹簧采用特殊抗拉橡胶制成，内腔为负压状态，腔内有多孔橡胶垫，负压弹簧和上支架杆、下支架杆仅通过轮毂式法兰圆盘和螺栓夹紧密封链接，支架的上面板通过上支架杆和下轮毂式法兰圆盘连接，支架的下面板通过下支架杆和上轮毂式法兰圆盘连接。分布式空气弹簧体作为减振的主体部分，用于降低弹簧刚度，起到缓冲的作用。负压弹簧作为低频振动隔振的主体部分，用于隔离设备仪器等所受的来自外界的低频振动信号。两者相互配合，可达到对低频振动良好的隔振效果和提高减振器的频带宽度。具体为，针对不同模态的机械设备，可通过调节分布式空气弹簧和负压弹簧的压力值，即改变两者的刚度参数配比，达到既定的隔振减振目的。

本发明的正负压隔振减振器具有：减振部件和隔振部件柔性连接，上下配置，分布式空气弹簧在承受外载荷时发生弹性形变，其内的2腔室共同提供所需的运动刚度，达到缓冲衰减外部冲击的作用，即降低弹簧刚度而又不影响弹簧的横向稳定性，由于2腔室所受的力及空间大小不同，阻尼阀孔两侧形成对流，引起阻尼作用。低频振动信号的传播在负压弹簧处受到隔离，为了增加在平衡位置时的稳定性和负压空间的大小，腔内设有多孔橡胶垫。

在本发明的正负压隔振减振器中，分布式空气弹簧在受到负载作用时产生形变，各腔室压力开始变化，阻尼阀孔引入阻尼，其结果，衰减振动能量，降低了弹簧刚度。另外，在本发明的负压弹簧中，外部载荷的变化改变其负压值的大小，外部力越大，负压值越大，多孔橡胶垫对横向力起到一定的改善作用，其结果，隔离低频振动信号，增加频带宽度。如上所述，根据本发明的正负压隔振减振器，可以实现一种低刚度宽频带隔低频的隔振减振器。

在上述正负压隔振减振器中，负压弹簧的腔室呈现负压状态，另外，上下支座仅通过负压弹簧相连接。由此，外部负载的振动波传播受到隔离，其结果，能够有效抑制低频振动信号。

在上述正负压隔振减振器中，分布式空气弹簧设置为2个相互连接的气室，并且各腔室受力面积不同，气室设置为流线型过渡曲面，由此，整体振动单元被划分为2个，其结果，能使空气弹簧的刚度降低，一定程度的提高横向稳定性。

在上述正负压隔振减振器中，由于多孔橡胶垫的支撑，使得弹簧在平衡位置时不易发生侧移量过大，其结果，可提高设备加工精度。

在上述正负压隔振减振器中，阻尼阀孔分布在空气弹簧的各腔室之间，阻尼阀孔在各腔室受到压力时引起气体对流，由此，产生阻尼力，其结果，能够衰减振动能量。

在该技术方案正负压隔振减振器中，鉴于支架系统仅通过负压弹簧相连接，即，载荷和振动施力物体之间仅通过负压弹簧连接，理论上在负压弹簧腔室中的压力为0Pa时，其平衡运动刚度参数接近于0，此时隔振效果最好。

在上述正负压隔振减振器中，也可以根据机械设备的固有频率调整分布式空气弹簧和负压弹簧的压力值，设计成不同刚度系数的正负压隔振减振器。由此，能够做成不同规格的产品，提高本发明的实用性。以安装在汽车悬架为例，整车装配完成后测出其模态，根据模态参数，调整正负压力值，设计正负压隔振减振器的模态参数抵消汽车固有频率或者避开其固有频率。由此，可用于高档减振设备中。

在上述正负压隔振减振器中，也可以把进气口和排气口外接伺服控制器或微处理器。由此，能够实时调整分布式空气弹簧和负压弹簧的腔内压力，调整本发明的对外刚度参数和高度值。其结果，可以做到自适应具体环境的特性，进一步增加车辆的舒适性或机械设备的稳定性。

在上述正负压隔振减振器中，也可以根据具体应用环境，把分布式空气弹簧做成多曲式，把负压弹簧和空气弹簧的布置调换或增加其中一部分。由此，可得到不同刚度的隔振减振器。

在上述正负压隔振减振器中，也可以根据具体应用环境，把分布式空气弹簧单独使用。由此，可增加环境实用性。

在上述正负压隔振减振器中，也可以根据所受的外负载力和振动信号的类型，把分布式空气弹簧和负压弹簧置换位置，由此，可进一步提高对低频振动的隔振效果。

在上述正负压隔振减振器中，也可以把分布式空气弹簧的腔室划分为其他适当的数值，由此，可调节分布式空气弹簧的刚度。

通过上述技术方案，根据本发明的正负压隔振减振器，通过腔室的划分和对流阻尼小孔的设计，加上负压弹簧对低频的隔离作用，克服了现有相关技术对低频振动信号不可隔离的缺陷，改善了空气弹簧的刚度参数和频带宽度，衰减振动。在具体应用中能够减小低频振动和噪声，调节适应能力，增加舒适度和精确度。通过伺服控制器，得到对弹簧刚度的实时调节，能进一步增加舒适度。

附图说明：

图1是正负压隔振减振器的概略剖视图。

图2是负压弹簧的局部剖视图。

图3是负压弹簧腔室内的支撑多孔橡胶垫立体图。

图4是用于说明本发明实施方式1的负压弹簧概略剖视图。

图5是用于说明本发明实施方式2的分布式空气弹簧概略剖视图。

图6是用于说明本发明实施方式3的负压弹簧概略剖视图。

具体实施方式：

在下面的说明中描述了诸多具体细节，便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用不同于此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围不受下面的公开具体实施例的限制，而是由权利要求书示出的，包含与权力要求书等同的内容及其范围内的全部变更。

下面，基于附图，说明本发明的多个实施例。首先，本发明应用于隔振减振器。其次，本发明应用于振动试验台，并且最后应用于船舶潜艇消声器，出于解释和保护本发明的目的，将所有这些装置认为是隔振减振器。

参照图1、图2，本实施方式的正负压隔振减振器主要有：作为安装固定的圆盘状上面板2，其上有固定螺栓孔1,同时还有与分布式空气弹簧4的上顶面连接的固定螺栓孔1；作为分布式空气弹簧4，其内设置为2个相互连通的腔室，即第一腔室3和第二腔室5，各腔室通过阻尼阀孔6连通，阻尼阀孔6为阻尼调节器；分布式空气弹簧4的底座采用橡胶固定支座7和支架上面板9连接，橡胶固定支座一侧留有进气口8，伺服充气站22；负压弹簧11放置在上下支架之间，上螺栓17和轮毂式法兰圆盘连接，螺栓分布在圆盘中间，轮毂式法兰圆盘分为上面板21和下面板14，负压弹簧11留有排气口15，伺服抽气站23，其内腔室12有多孔橡胶垫24；作为支架系统，上支架系统由上支架杆10，支架上面板9，下连接圆盘19以及下螺栓18组成，下支架系统由下支架杆16，支架下面板20，上连接圆盘13以及上螺栓17组成。

其中，分布式空气弹簧4采用膜式气囊，能有效抑制横向偏移，气室之间留有对流阻尼阀孔6，起到衰减振幅的作用。橡胶固定支座7内为金属橡胶做成，外部为耐磨橡胶，避免刚性连接。进气口8与外部伺服充气站22连接，实时调节腔内压力。上支架杆10、下支架杆16与上连接圆盘13、下连接圆盘19刚性连接，可以根据受力大小适当增加支架杆的数量，本设计为4根且均匀分布。负压弹簧11放置于分布式空气弹簧4下侧，上支架杆10、下支架杆16仅通过负压弹簧11相互连接，负压弹簧11上留有排气口15与外部伺服抽气站23连接，实时调节腔内压力，腔内还放有多孔橡胶垫24。

具体而言，根据本发明，当受到负载力的作用时，分布式空气弹簧4产生形变，分布式空气弹簧4的第一气室3的压力大于分布式空气弹簧4的第二气室5，此时气体在阻尼阀孔6两侧产生压力差，气体流动引入阻力，并且当压力增大时，阻尼相应的也变大，中高频的振动信号基本衰减。接下来低频振动信号传导给负压弹簧11，由于上支架杆10、下支架杆16仅通过负压弹簧11相互连接，所以低频信号在这里得到隔离。轮毂式法兰圆盘用于夹紧密封负压弹簧11，让负压弹簧11内气压保持稳定。多孔橡胶垫24如图3、图4，用于维持平衡时的位置和横向受力变形。

当然，本技术方案中采用了分布式空气弹簧4在上，负压弹簧11在下的布置方式，但可以由具体环境改变布置方式。另外，本发明本身就具有低刚度宽频带减振隔振的效果，但为了进一步增加车辆的舒适性或机械设备的稳定性。也可以把进气口8和排气口15外接伺服控制器或微处理器。由此，能够实时调整分布式空气弹簧4和负压弹簧11的腔内压力，在不同路况不同负载下通过对正负压隔振减振器刚度的调节，达到更加理想的隔振减振效果。

在另一种具体实施方式2中，如图5，可以把分布式空气弹簧4做成分布式多曲囊式的，用于布置在图1中的分布式空气弹簧4上。根据现有技术和材料特点，制作成囊式的可以增加使用寿命但牺牲了弹簧的刚度，本发明通过设置分布式多曲囊式空气弹簧，以及引入对流小孔，改善了弹簧的刚度特性，本申请人观察到，低频时振动振幅很小，非线性度比现有空气弹簧有较大改善。另外，分布式多曲囊式结构，两气室的压力差较大，阻尼力较大，对振幅的衰减作用大。

在另一种具体实施方式3中，如图6，可以把负压弹簧11做成多曲式的，多曲式的可以增加负压腔室的容积大小，用于布置在图1中的负压弹簧11上。本申请人观察到，负压弹簧11的腔室容积大小与负压弹簧的刚度和固有频率大小之间存在一种正向的接近线性的关系，腔室越大隔离低频振动信号效果越好。

综上，根据本发明的分布式空气弹簧4，通过各腔室压力差和阻尼小孔的作用或者在外接伺服控制器的作用下实现的不同刚度变化，克服了现有技术的刚度大频带低的缺点，实现了低刚度宽频带的减振功能。通过负压弹簧11的负压气室隔离低频振动信号，结合不同负压对不同低频信号的隔离作用，以及多空橡胶垫24的横向支撑作用，克服了现有技术对低频隔振效果不好的弊端，实现了对低频振动良好的隔振效果，同时消除了低频噪声。本发明整体实现了，低刚度宽频带，对低频有良好隔振效果的功能。在精密设备，特别是低频振动、隔低频噪声设备领域有广泛应用，在车辆悬架系统中、工业及船舶设备的减振隔振领域都可使用。

尽管已示出并描述了几个优选实施例，但对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变更和变化。凡在本发明的发明思路之内，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.正负压隔振减振器，其特征在于：圆盘状上面板(2)上有对外的连接螺栓孔(1)，分布式空气弹簧(4)在圆盘状上面板(2)的下方，承受外载负荷后可产生弹性变形，分布式空气弹簧(4)内有第一气腔室(3)和第二气腔室(5)，第一气腔室(3)和第二气腔室(5)之间留有阻尼阀孔(6)，第二气腔室(5)放置于橡胶固定支座(7)上，其内为金属橡胶做成，外部为耐磨橡胶，其上留有进气口(8)；负压弹簧(11)悬挂于上、下支架系统中，多空橡胶垫(24)放置于负压弹簧(11)腔内，上支架系统由上支架杆(10)，支架上面板(9)，下连接圆盘(19)以及下螺栓(18)组成，下支架系统由下支架杆(16)，支架下面板(20)，上连接圆盘(13)以及上螺栓(17)组成，负压弹簧(11)由轮毂式法兰圆盘的下面板(14)和上面板(21)夹紧密封连接，其上留有排气口(15)。

2.根据权利要求1所述的正负压隔振减振器，其特征在于:所述分布式空气弹簧(4)的腔内分成2个相连的第一腔室(3)和第二腔室(5)，并且各腔室受力面积不同；可根据需要划分成多个气室；也可单独作为减震器使用。

3.根据权利要求1所述的正负压隔振减振器，其特征在于：橡胶固定支座(7)和支架上面板(9)通过螺栓连接，属于柔性连接，其上留有的进气口(8)与外接伺服充气站(22)连接。

4.根据权利要求1所述的正负压隔振减振器，其特征在于：所述负压弹簧(11)的腔内为负压状态，且配置有多空橡胶垫(24)，采用轮毂式法兰圆盘(13)夹紧密封连接，且仅有位于圆盘中心的上螺栓(17)和下螺栓(18)固定。

5.根据权利要求1所述的正负压隔振减振器，其特征在于：所述负压弹簧(11)上留有排气口(15)与外接伺服抽气站(23)连接。