CN104534013B - 一种可精确平衡三向刚度的减振器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可精确平衡三向刚度的减振器，由钢丝绳减振组和串联减振组组成；串联减振组由箱体套筒、套筒盖、粘弹性模块和定心轴棒组成；钢丝绳减振组Y方向一侧与外部支架固定连接，钢丝绳减振组Y方向另一侧固定安装在箱体套筒一端；套筒盖将箱体套筒另一端封闭，粘弹性模块置于箱体套筒内腔，粘弹性模块能够发生Y方向的弹性形变，定心轴棒一端固定于粘弹性模块中心部位，定心轴棒中部与套筒盖采用轴孔配合，定心轴棒另一端伸出套筒盖并与待减振部件固定连接。本发明具有三向刚度，通过调整部件的形状尺寸，实现三向刚度的精确平衡，同时有效隔离三向的振动干扰，与传统的金属减振器及橡胶减振器相比，具有隔振效果好，共振放大倍率低等优点。

Description

一种可精确平衡三向刚度的减振器

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体为一种可精确平衡三向刚度的减振器，用于光电稳瞄转塔内部传感器的减振。

背景技术

光电稳瞄系统的外界干扰一直是系统研制过程的关键问题，诸如运载体发动机的振动、环控设备的振动干扰、复杂环境下的载体颠簸等，都会对系统画面稳定性及瞄向准确性造成影响，影响操作人员对战场危险的准确识别及武器弹药的有效杀伤性，尤其是强度大和频谱宽的振动干扰，可能会使整套光电稳瞄系统的失效，甚至危及整个武器设备的战场生存率。为此通常会在光电稳瞄系统内部安装传感器的支架与外部框架间应用减振器，从而尽可能屏蔽外界干扰，提高稳瞄系统性能。

当前光电稳瞄系统的常用减振器主要分为橡胶减振器与金属减振器。

橡胶减振器主要是利用橡胶高分子材料在外载作用下产生原子间距离变化的普弹变形和大分子链段的高弹变形,从而把振动机械能转变成热能耗散,达到隔振、缓冲的目的，具有三向刚度一致性好、内摩擦比大及降低谐振振幅的优点。然而作为核心部件的橡胶材料易受环境影响，对油、热等不良因素耐性较差，且随着使用时间的增加，其核心成分橡胶材料会出现老化现象，进而会降低减振器系统的强度和使用寿命。

金属隔振器目前最常见的产品为钢丝绳减振器，它是一种具有非线性特性和干摩擦阻尼的新型隔器，公告号为CN2560790Y、名称为“钢丝绳减震器”的中国专利，公开了一种采用多股钢丝按一定方向缠绕而成的钢丝绳作为弹性元件，由上下两组刚性夹板夹紧的减震器。该装置具有固有频率低、寿命长、适用范围广，耐腐蚀性强等特点，能有效抑制高频驻波效应，且其特有的非线性特性也保证了它对低频振动具备良好的隔振效果，在被动隔离方面具有其他隔振器无法达到的优良特性。然而它最大的缺点在于其三个方向的刚度一致性较差，试验数据表明其中Y方向的刚度通常是X和Z方向的两倍以上，因此对于使用工况复杂多变的光电稳瞄系统而言影响很大，例如面对同型多方向干扰时，减震器某方向因刚度较好，有效发挥了减震作用，然而与之刚度差异较大的其它方向必然减振效果较差，极易出现系统谐振现象，所以该类减振器的选型较为困难。

因此急需一种综合性能优良的减振器来确保光电稳瞄系统在多种复杂使用环境下的高可靠性和准确性。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，给光电稳瞄系统提供一种寿命长、可靠性高、环境适用性强、三方向刚度一致性好的减振器模块，能将光电传感器与外部复杂干扰进行有效隔离，确保传感器的使用准确性和有效性，本发明提出了一种可精确平衡三向刚度的减振器。

本发明的技术方案为：

所述一种可精确平衡三向刚度的减振器，其特征在于：由钢丝绳减振组和串联减振组组成；串联减振组由箱体套筒、套筒盖、粘弹性模块和定心轴棒组成；钢丝绳减振组Y方向一侧与外部支架固定连接，钢丝绳减振组Y方向另一侧固定安装在箱体套筒一端；套筒盖将箱体套筒另一端封闭，粘弹性模块置于箱体套筒内腔，粘弹性模块能够发生Y方向的弹性形变，定心轴棒一端固定于粘弹性模块中心部位，定心轴棒中部与套筒盖采用轴孔配合，定心轴棒另一端伸出套筒盖并与待减振部件固定连接；其中Y方向为钢丝绳减振组刚度最大方向，X方向为钢丝绳减振组轴向，XYZ三个方向满足右手定则，钢丝绳减振组X方向和Z方向刚度一致，串联减振组Y向刚度k₁与钢丝绳减振组刚度满足以下关系：

$\frac{1}{k}=\frac{1}{k_0}+\frac{1}{k_1}$

其中k₀为钢丝绳减振组X方向和Z方向的刚度，k为钢丝绳减振组Y方向的刚度。

有益效果

本发明设计合理，结构简单，充分发挥了钢丝绳减振器使用寿命长、环境适应性强、可靠性高等优点，并且根据所选钢丝绳的不同，可兼顾其刚度特性与阻尼特性，后续引入的粘弹性减振模块在兼顾所需方向的刚度特性与阻尼特性的同时，可有效地修正钢丝绳减振器的刚度不一致问题，并因本发明所选的安装方式，能确保粘弹性免受外界灰尘等杂质干扰，因此所得的三向等刚度减振器具有寿命长、环境适应性好、隔振性能优异，共振放大倍率低等特点，可满足当下光电稳瞄系统的多种复杂应用环境。

附图说明

图1本发明所述三向等刚度减振器内部结构示意图。

图2本发明钢丝绳减振部分结构示意图

图3本发明粘弹性减振部分结构示意图。

图4本发明所述三向等刚度减振器实施实例示意图。

图5本发明所述三向等刚度减振器立体示意图。

1.上连接板、2.钢丝绳、3.下连接板、4.箱体套筒、5.套筒盖、6.下紧固螺钉、7.定心轴棒、8.粘弹性模块、9.上紧固螺钉、10.减振器、11.光电传感器、12.光电传感器支座、13.固定螺母、14.光电传感器外框架。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

如图1所示，本实施例中的可精确平衡三向刚度的减振器由钢丝绳减振组和串联减振组组成。

钢丝绳减振组由上连接板1、钢丝绳2、下连接板3组成。上、下连接板均为矩形平板，中部有可穿过钢丝绳的通孔，钢丝绳2将上连接板1和下连接板3相连。串联减振组由箱体套筒4、套筒盖5、粘弹性模块8和定心轴棒7组成。上紧固螺钉9将下连接板3与箱体套筒4的上端相连。套筒盖通过下紧固螺钉6将箱体套筒下端封闭。粘弹性模块8置于箱体套筒4内腔，粘弹性模块能够发生Y方向的弹性形变。定心轴棒7一端固定于粘弹性模块中心部位，定心轴棒中部与套筒盖采用轴孔配合，定心轴棒另一端伸出套筒盖并与待减振部件固定连接。套筒盖中心孔限制定心轴棒只能进行Y方向直线运动，当定心轴棒7进行Y向位移时，粘弹性模块8将随之进行Y向的弹性形变。

本发明所选粘弹性模块是种区别于金属减振器及橡胶减振器的新型减振器类型，具有使用性能可靠，构造方便，刚度及阻尼适应性好的特点，其形变位移与力的滞回曲线近似于椭圆形，耗能能力强，在较小的振动条件就能发生屈服变形或克服摩擦力消耗外界干扰，可有效衰减外界减干扰的能量，并且其位移方向的刚度通常小于其它方向的刚度量值。

如前所述，钢丝绳减振器最大的问题在于三方向的刚度一致性较差，尤其体现在某方向的刚度是其余两个方向的二倍以上，若能采用辅助结构对其刚度较强的方向进行修正，最终将得到所需的三向等刚度减振器。如图1所示，本发明的上部为Y方向刚度较大的钢丝绳减振器，为此其下部增设有仅能在Y方向进行弹性形变的粘弹性减振模块进行刚度的串联修正，从而获得三方向对外界同型干扰下减振效果一致的新型减振器。

根据钢丝绳减振器三方向刚度性质，X、Y、Z三向刚度的刚度比值为：

k_x:k_y:k_z≈1:2:1

可知钢丝绳减振器X方向和Z方向刚度一致,Y方向刚度近似是另外两方向的2倍。

在选配时，首先根据光电稳瞄系统工作状态下的外部干扰频谱特性，稳定平台质量及伺服带宽范围，对本发明上部的钢丝绳减振器进行X和Z向的刚度选取，确保上述两方向的频率特性一致，远离外部干扰频率，此外，应保证由钢丝绳减振器造成的内环振动放大频率也处在设计伺服带宽内。

其次，测量所选钢丝绳减振器的Y向刚度，及系统的Y向固有频率。比较Y向与X和Z向的刚度差异，通过公式

$\frac{1}{k}=\frac{1}{k_0}+\frac{1}{k_1}$

$k_1=\frac{{\mathrm{kk}}_0}{k_0-k}$

计算所需串联减振器的Y向刚度k₁，其中k₀为钢丝绳减振组X方向和Z方向的刚度，k为钢丝绳减振组Y方向的刚度。

最后，根据上述计算值选择合适的粘弹性模块，与钢丝绳减振组进行如图1所示的串联，得到本发明所述的三向等刚度减振器。

如图2所示，本发明中的钢丝绳减振部分因其结构特点，将在X和Z方向拥有适宜的刚度及良好的阻尼特性，但是Y方向的刚度却相对较大；如图3所示，本发明的粘弹性减振部分中，定心轴棒7作为主要连接件仅能在Y方向做相对自由的直线运动，其余X和Z方向的运动均被套筒盖5限制，因此其将在Y方向拥有适宜的刚度和阻尼特性，因此将图2和图3中的结构按照图1所示使用上紧固螺钉进行串联后，即可得到预期的三向等刚度减振器。

图4所示为本发明所述三向等刚度减振器的应用实例，如图所示的光电稳瞄系统中，光电传感器11被安装于光电传感器支座12上，后者四个犄角处通过固定螺母13与减振器10固定连接，减振器10则通过上连接板1与光电传感器外框架14相连，而外框架14作为光电稳瞄系统的最外侧部件，用于连接运输载体。实际工作中，外部扰动首先传递给光电传感器外框架14，经由减振器10传递至光电传感器支座12，最终到达光电传感器。传递过程中大部分部件均为刚性连接，对外界干扰的屏蔽作用有限，因此光电稳瞄系统的隔振和抗干扰主要由减振器10完成。复杂使用环境中，光电系统所受外界干扰振动难以忽略，稳瞄及观察性能与隔振效果高度相关，然而因运输载体运行姿势的变化，光电稳瞄系统的作用方向会发生改变，由此造成干扰源某时刻针对稳瞄系统的X方向进行扰动，到下一时刻，其主要干扰方向会变为Y方向，因此各向刚度不一致的减振器很难有效确保光电传感器11的工作性能和图像质量，而三向等刚度减振器则能有效可靠的应对该问题。

此外，对于机载光电稳瞄系统而言，光电传感器的外部扰动多源于运输载体本身，因此根据其与外界的连接特性，所受主要干扰的谐振频率基本固定，用户还可根据实测数据率先选择刚度及阻尼特性合适的钢丝绳减振部分，再以此为依据选择匹配的粘弹性减振部分，最终获得合理的三向等刚度减振器，使光电传感器所受的扰动干扰影响降到最低。

Claims (1)

1.一种可精确平衡三向刚度的减振器，其特征在于：由钢丝绳减振组和串联减振组组成；串联减振组由箱体套筒、套筒盖、粘弹性模块和定心轴棒组成；钢丝绳减振组Y方向一侧与外部支架固定连接，钢丝绳减振组Y方向另一侧固定安装在箱体套筒一端；套筒盖将箱体套筒另一端封闭，粘弹性模块置于箱体套筒内腔，粘弹性模块能够发生Y方向的弹性形变，定心轴棒一端固定于粘弹性模块中心部位，定心轴棒中部与套筒盖采用轴孔配合，定心轴棒另一端伸出套筒盖并与待减振部件固定连接；其中Y方向为钢丝绳减振组刚度最大方向，X方向为钢丝绳减振组轴向，XYZ三个方向满足右手定则，钢丝绳减振组X方向和Z方向刚度一致，串联减振组Y向刚度k₁与钢丝绳减振组刚度满足以下关系：

$\frac{1}{k}=\frac{1}{k_0}+\frac{1}{k_1}$

其中k₀为钢丝绳减振组X方向和Z方向的刚度，k为钢丝绳减振组Y方向的刚度。