CN104712696A - 一种库伦阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种库伦阻尼器，属于阻尼减振器技术领域。该阻尼器包括其中安装一对锥台安装座的壳座，所述锥台安装座的锥孔中配装阻尼副，所述阻尼副中央穿插中心轴，两锥台安装座以其锥形孔大端相对的位置安装在所述壳座的内孔中并留有调节间隔，两对阻尼副之间安装阻尼压簧。所述壳座由具有内部球凹的上、下壳体以及与上下壳体构成球铰结构的球座组成，所述球座中央穿孔具有安装锥台安装座的调节螺纹。本发明完全消除了阻尼波动，具有理想的随动性，避免了锁死现象，并显著缩减了阻尼器的轴向尺寸，结构十分紧凑，操作非常方便。

Description

一种库伦阻尼器
技术领域
本发明涉及一种阻尼器，尤其是一种库伦阻尼器，属于阻尼减振器技术领域。
背景技术
阻尼器是减振装置的关键器件，因为阻尼在减振系统中起着举足轻重的作用。库伦阻尼是一种稳定性较高、一致性较好的阻尼类型，申请号为ZL85 1 03709中国专利公开的《复合阻尼隔振器》公开的隔振器就应用了库伦阻尼结构，虽然据介绍可以“使得隔振系统在严酷的振动和冲击环境中能恰到好处地得到适当阻尼,在三个坐标轴方向上提供良好的隔离效果,并有效地限制共振振幅”，但随着科技的发展以及减振、隔振要求的提高，上述现有技术已反映出如下缺点：
1）阻尼器由两组阻尼副和两根压簧组成，结构尺寸大；
2）压簧的预紧力无法方便地按需调整；
3）由于分别上下设置的两根压簧的弹性特性难免存在差异，因此在随整体结构往复运动过程中，两根弹簧交替受压、释压所产生的阻尼难以一致（俗称阻尼波动较大）；
4）轴向振动时存在因压簧压缩量过大使阻尼力超过阈值导致机构锁死而导致刚性短路的风险，不适用于强振动环境下使用。
5）当减振器轴向与振动方向存在倾斜角度时，减振器的弹性特性和阻尼特性均会随着角度的变化而发生变化，导致振动系统参数不稳定。
发明内容
本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种可以消除阻尼波动、杜绝刚性短路现象，并且结构十分紧凑的库伦阻尼器，从而满足云台雷达等复杂环境下使用的高科技产品对阻尼器所提出的更高要求。
本发明进一步的目的在于：提出一种可以在较大偏转角度范围内保持阻尼器轴向与水平面垂直，从而自适应将其它方向的振动位移转换为轴向位移的万向库伦阻尼器。
为了达到以上首要目的，本发明库伦阻尼器的基本结构为：包括其中安装一对锥台安装座的壳座，所述锥台安装座的锥孔中配装阻尼副，所述阻尼副中央穿插中心轴，其特征在于：两锥台安装座以其锥形孔大端相对的位置安装在所述壳座的内孔中并留有调节间隔，两对阻尼副之间安装阻尼压簧。
由于本发明以一根同时作用于上下两对阻尼副的压簧取代了原先的两根压簧，因此无论哪个阻尼副受压，受到的都是同一压簧的作用，因而压力始终一致，避免了原先两根弹簧的弹性特性差异，完全消除了阻尼波动；同时，当出现强振动时，由于两对阻尼副分别位于同一压簧的两端，因此不会出现刚性短路现象。此外，省去一个压簧之后，可以显著缩减阻尼器的轴向尺寸，使其结构十分紧凑；同时通过调节压簧调节螺母可以非常方便地改变压簧预紧力从而获得理想的阻尼力。由此可见，采用本发明后，可以同时克服现有技术存在的诸多缺点，有益效果十分显著。
为了达到进一步的目的，所述壳座由具有内部球凹的上、下壳体以及与上下壳体构成球铰结构的球座组成，所述球座中央具有安装锥台安装座的内孔。
这样，当振动位移方向与输出轴原位方向存在偏角时，通过球铰链的自适应作用，可以保持阻尼器轴向与大地水平面始终处于垂直状态，从而获得所需的稳定阻尼，同时还消除了对中心轴的扭矩，有助于延长阻尼器的使用寿命。
进一步，所述锥台安装座的锥孔和阻尼副的外圆锥锥角分别等于锥台安装座与阻尼副之间摩擦系数对应的摩擦角的两倍。
更进一步，所述锥台安装座锥孔的半锥角取正公差，所述阻尼副外圆锥的半锥角取负公差。
再进一步，所述阻尼压簧的中径等于阻尼副小端内径和外径的平均值。
又进一步，所述阻尼副之间的调节间隙为0.25±0.05mm，阻尼副与中心轴之间的配合间隙为0.01—0.03mm。
还进一步，所述锥角为14±1°，所述阻尼压簧的刚度为7.5±0.5N/mm，且其预变形量9.5±0.5mm。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一个优选实施例的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1实施例的力学分析示意图。
图中：下壳座1、球铰体2、锥台安装座3、阻尼副4、阻尼压簧5、压簧调节螺母6、锁紧螺母7、中心轴8、上壳座9。
具体实施方式
实施例一
本实施例的库伦阻尼器如图1所示，包括其中安装一对锥台安装座3的壳座，该壳座由具有内部球凹的上壳体9和下壳体1以及与上、下壳体构成球铰结构的球座2组成，上壳体9和下壳体1的对合端分别径向外延出法兰边，通过螺钉10固定连接。球座2的中央具有安装锥台安装座的内孔，该内孔的一端具有轴向限位挡肩2-1，另一端具有调节螺纹。两锥台安装座3以锥孔大端相对的位置装入球座2的内孔中，相互之间留有调节间隔S，下锥台安装座的底面定位于限位挡肩2-1，上锥台安装座的顶面被旋拧在调节螺纹中的空心调节螺栓6压持，该调节螺栓6的外螺纹上旋拧锁紧螺母7。锥台安装座3的锥孔中配装合金材质的阻尼副4，阻尼副4中央穿插中心轴8，两对阻尼副4的相对端分别具有环槽，环槽之间安装阻尼压簧5。
本实施例库伦阻尼器的力学分析参见图2，其中：
α-锥台锥角角度，单位：度；
Ft-弹簧作用于阻尼副的弹力,单位：N；
Fu1-锥面与阻尼副锥形盘壳体的摩擦力, 单位：N；
N1-锥形盘壳体对阻尼副锥面的正压力, 单位：N；
F-锥面与阻尼副锥形盘壳体的摩擦力与正压力形成的合力, 单位：N；
Fu2-阻尼副圆柱面与中心轴的摩擦力, 单位：N；
N2-中心轴对阻尼副圆柱面的正压力, 单位：N；
根据力平衡公式可以得到：
Ft= Fu2 + Fu1 cosα    （1）
N1 = Fsinα          （2）
因为：Fu1 = N1u1        （3）
其中：μ1为锥面与阻尼副锥形盘壳体材料间的摩擦系数；
Fu2 = N2u2          （4）
其中：u2为阻尼副圆柱面与中心轴材料间的摩擦系数；
Ft  =kδ            （5）
其中: k-阻尼副中压簧的刚度，单位：N/mm；
     δ-压簧的变形量，单位mm
所以：
Fu2 = kδu2sinα（cosα-u1 sinα）/〔1+u2sinα（cosα-u1 sinα）〕 （6）
本实施例根据式（6）确定的摩擦力与锥台锥角、阻尼副两侧材料之间摩擦系数和压簧刚度及预变形量关系，结合试验验证，设定锥角α为14.73°，压簧刚度为7.8N/mm，预变形量9.5mm。
同时借助以上理论计算和试验进行优化设计得到，阻尼副之间的调节间隙为0.25mm，阻尼副与中心轴之间的配合间隙为0.01—0.03、最好0.02mm；锥台安装座3的锥孔和阻尼副4的外圆锥锥角等于锥台安装座与阻尼副之间摩擦系数对应的摩擦角的两倍，即锥台安装座或阻尼副的半锥角a等于两者之间的摩擦角b，这样可以使阻尼副具有最强的位移趋势敏感度，并且最好锥台安装座锥孔的半锥角取正公差，阻尼副外圆锥的半锥角取负公差，这样更有利于阻尼副在工作时保持平衡，与中心轴产生的阻尼作用最佳。试验证明，当需减震设备在规定的振动环境下工作时，采用本实施例后，阻尼力得以在较宽的频率范围内保持平稳，从而使设备始终处于平稳状态。此外，在本实施例例中通过对阻尼副两侧摩擦系数的匹配，将阻尼压簧5的中径Dd设计等于阻尼副4小端内径d和外径D的平均值，从而使阻尼副受力状态处于最佳作用状态，当中心轴上下运动时，阻尼副两侧面受力均匀，磨损均衡，大大提高了阻尼副的使用寿命。
试验证明，本实施例的库伦阻尼器可以归纳出如下显著优点：
1）一个压簧把两组锥形阻尼副由中间向两端撑开，因此在保证获得所需阻尼力的情况下大大减小了轴向尺寸；
2）在往复运动过程中，保持了阻尼力稳定，有效抑制了阻尼的波动；
3）杜绝了刚度短路现象；
4）采用了螺纹调节机构，可以通过改变压簧的预变形量，方便地实现阻尼的无级调节；
5）采用球铰链结构，使得基础发生一定倾斜时，中心轴仍保持原有工作位置，并保证了阻尼效果不变。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种库伦阻尼器，包括其中安装一对锥台安装座的壳座，所述锥台安装座的锥孔中配装阻尼副，所述阻尼副中央穿插中心轴，其特征在于：两锥台安装座以其锥形孔大端相对的位置安装在所述壳座的内孔中并留有调节间隔，两对阻尼副之间安装阻尼压簧。
2.根据权利要求1所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述壳座由具有内部球凹的上、下壳体以及与上下壳体构成球铰结构的球座组成，所述球座中央具有安装锥台安装座的内孔。
3.根据权利要求1或2所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述锥台安装座的锥孔和阻尼副的外圆锥锥角分别等于锥台安装座与阻尼副之间摩擦系数对应的摩擦角的两倍。
4.根据权利要求3所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述锥台安装座锥孔的半锥角取正公差，所述阻尼副外圆锥的半锥角取负公差。
5.根据权利要求4所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述阻尼压簧的中径等于阻尼副小端内径和外径的平均值。
6.根据权利要求5所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述阻尼副之间的调节间隙为0.25±0.05mm，阻尼副与中心轴之间的配合间隙为0.01—0.03mm。
7.根据权利要求6所述的库伦阻尼器，其特征在于：所述锥角为14±1°，所述阻尼压簧的刚度为7.5±0.5N/mm，且其预变形量9.5±0.5mm。
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