CN1066523C - 弹性材料和金属复合的弹簧隔振体及其使用方法 - Google Patents

Abstract

具有低固有频率的弹性材料-金属复合弹簧隔振器。一个完全结合夹层的托架(22)具有安装金属弹簧圈(30)的挖掉芯的穴道(28)。在夹层托架的下板(26L)和上板(26U)上的挤压的空腔(32)，伸入到在弹簧圈(30)内穴道(28)中，并安装一个拉紧螺栓(40)和双锁定螺母总成(42)，将分开的下空腔固定到隔振器。一个预加载荷锁紧螺母(48)接合拉紧螺栓(40)的突出部分，将弹簧圈(30)预加载荷到它们的静载荷。在安装大型柴油机(30吨)中，复合隔振器(20)具有特殊用途。隔振器总成具有在发动机的通常空载频率外的3-5Hz 的固有频率，使得避免共振。

Description

弹性材料和金属复合的弹簧隔振体及其使用方法

发明背景和发明综述

本发明涉及一种新型的隔振体，特别涉及，一种具有在额定负荷下低的固有频率的弹性材料和金属复合弹簧的隔振体。

这种隔振体可用于很多用途，在安装大型柴油发动机中，它特别具有优点，可将发动机的低频振动向它的支撑结构的传递降至最小，或消除。这些柴油发动机的特定用途包括，但不限于，牵引机车发动机和捕鱼船柴油机。

安装大型柴油机的目前情况是，有时，柴油机与配套的传动齿轮，发电机和辅助的设备重达30吨，故此制造一个具有外拱的支撑甲板(即，中部是向上的弓形的)。这将补偿当发电机总成在它们上就位时产生的竖直变形。这个外曲度显著增加发动机总成支撑垫的制造复杂程度。在所述垫可以加工前，平台必须弯曲到它最终的曲率。进行这些安装垫的制备的设备和工具是重型的、复杂的、昂贵的。而且，使用这些设备的工艺过程费时，劳动强度大，要用多到数天的时间完成。

一些安装使用具有7Hz或更高的固有频率的发动机总成弹性材料架。因为，大型柴油机的工作速度是200-2000rpm，空转振动一般在6-10Hz。因为安装系统的固有频率处在发动机的空转速度振动的范围内，在固有频率上的垫振动(共振)会在柴油机空转时发生。共振不仅造成发动机的振动向支撑的转移，如直接将发动机进行硬安装造成的那样，而且实际上可能将振动扩大到硬安装发动机总成的反作用的水平的十倍。显然，这样的放大会具有不希望的效果，因此，力图将系统的固有频率移出到发动机的工作频率之外是一个重要的设计考虑，或者如果不可能这样，移动到一个频率(如3-5Hz)，当发动机启动时快速通过这个频率，以避免有害的破坏振动发生。

能产生3-5Hz固有频率的弹性材料隔振器具有高的静扰曲和相关的塑性变形和偏移，而在某些柴油机应用中，由于相关的上下游硬件连接(如空气入口导管，排管，燃料管线，辅助电力连接，压力空气管线)，仅容许较小的(一英寸或更小)相对位移。而且，使问题加剧的是，这些常规弹性材料件安装在平台上，与发动机总成固定，使得聚焦和半聚焦固定托架困难。不用在低频支撑中的聚焦的某些形式，反作用的横向平移和旋转通常加倍合在一起(由于托架的定位完全在总成的重心下)，造成更大的不希望的摇动。

本发明的弹性材料-金属复合弹簧隔振器提供一个带有低固有频率(如3-5Hz)隔振系统。这个隔振器包括一个弹性材料夹层托，它包括一个大型的弹性材料部分，该弹性材料部分结合第一下和第二上金属板。弹性材料部分具有多个除去芯的穴道，穴道中安装螺旋金属弹簧。上下板具有模制到它们中的空腔，空腔伸入到通过弹簧中心的芯挖出的各穴道部。空腔的突出端表面有弹性材料涂层，它的作用是在压缩方向形成缓冲的减振。弹簧圈相对于上下板的下表面作用，在上板上形成一个保护支撑座，保护结合上的弹性材料。弹簧圈设计带有初始预负荷，完全支撑被支撑装置的静态重量，使得弹性材料仅经受动负荷。由于减少隔振器的动应力/应变水平，这显著延长隔振器的使用寿命。

一个带有的长度超过上下板空腔间的正常距离的拉紧螺栓装有一对负荷转移金属垫圈，垫圈接合有弹性材料涂层减振表面，减振表面在扩张方向，又形成夹层托架上下板间的相对运动的缓冲的减振。另外，内部涂层表面减少在拉紧螺栓和空腔裸露表面间的金属对金属接触的声音。拉紧螺栓和它的相关固定螺母形成隔振器的弹簧预压缩约束的第一水平，限制伸长的相对变形，并固定该总成在一起。一个特殊的锁紧螺母接合拉紧螺栓的突出端，将金属弹簧预压到较高的第二水平，它大致等于隔振器承受的静载荷。这个锁紧螺母设计在发动机安装到隔振器平台前去掉。

阅读以下说明将明了本发明的特征，优点。

附图的简要说明

结合下列附图详细说明优选的实施例，其中相同数码表示相同部件。

图1A是沿图1C的A-A线观察的弹性材料-金属复合弹簧隔振器的侧视剖面图；

图1B是沿图1C的B-B线观察的隔振器的端视剖面图；

图1C是图1A隔振器的顶视图；

图2是支撑一个柴油机的本发明隔振系统侧视图；

图3是根据图2，发动机在位的隔振系统的端视图。

优选实施例的详细描述

在图1A,1B和1C示出弹性材料和金属弹簧隔振器20的第一实施例。如图1A所示，隔振器20包括一个夹层的托架22，它包括一个大的弹性材料部分24，它在第一下金属板26L和第二上金属板26U之间。板26L和26U最好分别结合到弹性材料部分24的下和上表面。

弹性材料部分24具有多个挖出芯的穴道28，如图1A所示三个。穴道的实际数目取决于使用的具体需要，可在两个到五个之间变化，在此对这个具体用途选择三个。穴道28的形状一般是截圆锥形，从顶到底锥度缩小。对一些应用，穴道28可替换地具有圆柱形。第一多个穴道28安装第二同样多个螺旋金属弹簧30，它们在板26L和26U下表面间起作用。设置圆弧的弹簧座31，防止弹簧圈30在弹性材料部分24中发生应力断裂。弹簧圈30设计成完全支撑被支撑件的的静负荷，在柴油机总成中，该系统为三十吨重(通常)。部分24中的弹性材料不经受静负荷，这显著减小应变负荷，延续弹性材料使用寿命。

在隔振体20用作安装大型柴油机的系统的部件时，通过将系统的固有频率(SNF)降低到3-5Hz，SNF从柴油机的空转速度范围到启动时的快速运动通过的速度范围除去。这实际上消除了持续的系统共振，和形成与此相随的破坏力的可能性。

下板和上板26L和26U具有多个挤压的空腔32，容纳在弹簧30内的穴道28。图示的空腔32U是与板26U整体铸造的，空腔32L是与板26L分开的，它们的凸缘36L安装在凹部34内，使得凸缘36L与板26L的外表面齐平。图示的空腔32是截圆锥形，在某些应用中，可以是圆柱体形。选择截圆锥形，使得在相关部件相对运动时部件接触最小。空腔32L和32U的突出端具有一层(38L,38U)结合的弹性材料，提供压缩运动的缓冲减振。压缩运动的第一阶段由弹性材料和金属复合弹簧的结构缓冲，一些能量作为热消散，但主要能量通过复合弹簧的恢复作用，返回到系统。假如发动机的冲撞或振动使上板26U向下板26L的向下运动以超过设计的水平进行，例如，3/8英寸，弹性材料层38L和38U将缓冲空腔32L和32U的相对突出端的减振作用，将界面的冲击减小，并将整个的垂直扰曲限制到约1/2英寸。

多个拉紧螺栓40通过在空腔32的端部中的孔延伸，并将分开的下腔32L固定到隔振器总成20。双固定螺母42从螺栓头部41在螺栓上上紧到的特定的设计距离。这个距离，为隔振器总成20确定一个最大的扩张距离，并与弹簧圈30的预负荷的水平相关。一对钢垫圈44L和44U用于限制板26U在伸长方向的运动。空腔32L和32U的内部有弹性材料涂层46，当垫圈44L和44U在伸长方向限制相对运动时，对垫圈44L和44U进行的减振形成缓冲。假如被支撑的件使得板26U运动到设计距离外，例如，向上1/2英寸，每个垫圈44L和44U将接触各自的涂层46，从而缓冲相对运动的减振。而且，下板26L的纵周边带有一对加强棱45，当隔振器20遭到向上(伸长)的负荷时，它抵抗下板26L的弯曲。另外，涂层46防止螺栓头41或固定螺母42分别与空腔32L和32U内的金属对金属的碰撞。

预负荷锁紧螺母48安装到延伸在固定螺母42外的螺栓40的部分上。每个锁紧螺母48带有一个在板接合表面上的导向器49，以便容易对准空腔32U。当接合时，锁紧螺母48将弹簧圈30充分预加负荷到隔振器将遇到的静负荷的50％-100％的水平。一旦隔振器20由通过下板26L的孔50的螺栓(未示出)固定在甲板11的位置上(图3)，使空腔32L不能移动，固定螺母48被除去。由于在弹簧圈储存的力，弹簧隔振器20将膨胀到固定螺母42允许的程度，从预负荷的第一水平(最好是，等于全部的静负荷)到由在螺栓40上的固定螺母42位置确定的第二较小水平。被支撑件13然后通过的螺栓进入上板26U中的孔52中被定位固定在隔振器总成20上。隔振器20返回到它们的充分加荷位置。如上所述，这使得弹性材料部分24不带任何静负荷(完全去掉荷载)。

图2和3示出用于将一个30吨的柴油机总成13垫起来的多对隔振器20。这样大型的发动机用在牵引机车和船上。隔振器的纵轴线或力的作用线通常与垂直方向倾斜20-30度(图3)，半聚焦隔振器的力作用线，从而消除反作用的平移和旋转模式的相互影响。完全聚焦要求力的作用线相对于纵横轴线都倾斜，以消除所有三个旋转与它们的相应的平移间的相互影响。但此例中，仅要半聚焦，使得作用线相对于竖直轴线倾斜，仅使得柴油机13的横向的振动与围绕其纵轴滚动的反作用相互影响消除。隔振器20以相对的对在发动机纵中心线的两侧定位，图2中示出五对隔振器。要求的数目随具体的发动机13而变化。上板26U的上表面27具有的倾斜角，等于聚焦角，使得表面27水平延伸，接合发动机13的安装翼15的下表面。带锥度的孔52以一个余角钻入到顶板26U，使得安装螺栓(未示出)可竖直上紧到它们中，将翼15固定到隔振器20。

被支撑的发动机13实质上在弹性材料和金属复合弹簧隔振器20上浮动。弹性材料24和弹簧圈30可自由地动态地对付振动力，使得如果有也是很小的振动跨过隔振器传递，假如作为压缩或伸长减振器的接合的结果，任何振动被传递的话，这些接合被缓冲。在空腔32L和32U的突出端38L和38U上分别形成弹性材料缓冲层的压缩减振器，由接合弹性材料层46的金属垫圈44L和44U缓冲的拉紧螺栓形成伸长减震器。压缩减震器，与伸长减震器一起将发动机13实际的整个振辐限制到±1/2英寸，或希望的任何其他有限运动的水平。总成20的隔振作用进一步通过形成在三到五Hz范围的设计的固有频率而得以强化，安装的发动机仅暖机时的短时的过渡中通过这个范围，消除了共振的破坏作用的形成。

在了解了上述说明后，业内人士会进行种种改变，但所有在权利要求范围内的改变，应理解为是本发明的部分。

Claims (11)

1．弹性材料-金属复合弹簧隔振器(20)，在一般用途和特殊用途用于支撑大型内燃机(13)，将低频振动隔离，所述隔振器包括：

a)一个弹性材料夹层托架(22)，包括一个大型的弹性材料部分(24)，它位于第一下金属板(26L)和第二上金属板(26U)之间，所述部分具有第一多个芯挖出的金属弹簧安装穴道(28)；

b)一个第二多个金属螺旋弹簧圈(30)，被安装在所述芯挖出的区域，所述第二多个金属螺旋弹簧圈的数量与所述第一多个安装穴道的数量相等；

c)隔振器预加荷装置(40,48)，将所述弹性材料和金属弹簧隔振器预加负荷到，当所述隔振器支撑所述大型内燃机时承受的静负荷的50％-100％。

2．根据权利要求1所述的隔振器，其中所述弹性材料部分结合到所述第一和第二板上。

3．根据权利要求1所述的隔振器，其中所述第一和第二板每个还包括一系列挤压出的空腔(32L,32U)，它们伸入到通过所述弹簧圈所述多个芯挖出的穴道处，以便接纳所述隔振器预加荷装置。

4．根据权利要求3所述的隔振器，其中在所述第一(26L)和第二(26U)板上的所述系列空腔(32L,32U)每个具有基本从圆柱和截圆锥组成的群组中选出的形状的横截面。

5．根据权利要求3所述的隔振器，其中在所述第一板上的的所述系列空腔还包括缓冲减振装置，所述装置对向着和离开所述第二板上所述系列空腔的每个方向运动，在运动大约半英寸后，形成缓冲的减振。

6．根据权利要求5所述的隔振器，其中所述缓冲减振装置，对所述第一板上系列空腔在向着所述第二板上的系列空腔的运动提供缓冲减振，包括一层结合到每系列空腔的端部的弹性材料(38L,38U)，以便缓冲减振接合，防止金属对金属的接触。

7．根据权利要求5所述的隔振器，其中所述缓冲减振装置，对所述第一板上系列空腔，离开所述第二板上的系列空腔的运动提供缓冲减振，包括一个拉紧螺栓(40)，它带有配套的锁紧螺母(42)和两个金属垫圈(44U,44L)，其中一个靠近所述螺栓头部，另一个靠近所述固定螺母，所述金属垫圈与弹性材料层(46)接合，而后者又结合到空腔(32L,32U)的内部。

8．根据权利要求7所述的隔振器，其中所述隔振器预加荷装置，包括一个预加荷锁紧螺母(48)，它被固定到所述拉紧螺栓的一端部，所述拉紧螺栓突出到所述固定螺母外，所述锁紧螺母接合所述第一和第二板的一部分，所述拉紧螺栓的头部接合在所述另一板上的所述系列空腔内。

9．根据权利要求8所述的隔振器，其中所述预加荷锁紧螺母还包括一个基本圆柱形中心导向件(49)，它安装在一个它的相应的系列空腔内。

10．根据权利要求1所述的隔振器，其中所述弹簧圈承担所有静负荷，以致，所述弹性材料部分没有静负荷。

11．一种安装柴油机(13)的方法，包括步骤：

ⅰ〕形成一个支撑平台(11)，它不要求形成拱结构的复杂的安装垫的加工；

ⅱ〕形成多个弹性材料-金属复合弹簧的多个隔振器(20)；

ⅲ〕用一个固定装置(40)，将每个所述隔振器预加载荷到一个第一水平，它等于当它支撑所述柴油机时它分担的静载荷，所述固定装置(40)具有一个第一固定件(48)，用于产生所述第一水平的预载荷，和一个第二固定件(42)，它产生第二较低水平的预载荷；

ⅳ〕将所述多个隔振器中的每个固定到所述滑橇上；

ⅳ〕除去所述隔振器每个的所述第一固定件，使得所述隔振器扩张到所述第二水平的预载荷；

ⅴ〕再压缩所述隔振器到等于所述第一水平的预加载荷，将所述柴油机定位在所述多个隔振器上；

ⅵ〕在所述多个隔振器上的固定位置中，将所述柴油机固定到所述支撑平台。

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