CN107420717B - 一种气囊型低刚度悬吊装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气囊型低刚度悬吊装置，所述气囊型低刚度悬吊装置包括气缸、活塞、气动系统和钢丝绳，其中，所述气缸包括缸体、弹性膜片、约束细丝和限位支柱，所述气动系统包括橡胶气囊、连接管路、储气罐和气源；所述橡胶气囊设置于缸体内，弹性膜片设置于缸体内且置于橡胶气囊的顶部，活塞的底部设置于弹性膜片的上表面，气缸通过钢丝绳悬吊于空中，活塞在悬吊的重物和自身重力的作用下紧紧的压在弹性膜片的上表面。本发明在气缸缸体内部增设了一个气囊，可以将高压气体完全封闭在缸体内部，克服了传统气体悬吊装置所固有的漏气问题，进而也解决了因漏气而导致的噪声问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种悬吊装置，尤其涉及一种气囊型低刚度悬吊装置，属于振动测量仪表领域。
背景技术
低刚度悬吊是指在试件的结构点上利用一个悬吊装置对结构本身的重量进行补偿,且不能施加任何约束力,实现无约束边界条件的模拟。工程上最常用的方法是机械悬吊，例如使用橡胶弹簧或金属弹簧。橡胶弹簧是由高分子材料制成，质地比较柔软，可以达到极低的刚度，传递声音的阻力很大，所以隔音比较好，工作时间噪音小，而且有着良好的气密性，防水性和电绝缘性。但由于材料问题，橡胶弹簧在耐高温性，耐低温性，耐油性能和抗老化方面存在着不足。金属弹簧的材质使用范围较广，质地较为坚硬，在耐高、低温和抗老化方面表现优异，但同时也存在工作噪音大，结构不够紧凑，在变形上面有一定的局限性等问题。在安装空间受限的情况下，橡胶弹簧和金属弹簧都无法有效发挥低刚度的作用。为了解决上述问题，气动悬吊得到了快速发展。
气动悬吊装置具有较高的功率重量比、低刚度、无污染和低成本等优点，比较适合航空航天和精密测试仪器领域的应用。气动悬吊装置主要包括气缸、无摩擦活塞、大直径管道和储气罐等。气缸垂直安装，一腔通大气，另外一腔通过大直径管道与储气罐相连，精确控制气缸容腔内的压力p0使之作用在活塞上的力始终与试件的重量平衡，自由悬浮在空气中，从而实现低刚度悬吊。目前，高性能的无摩擦气缸主要是利用空气静压润滑原理设计的。缸筒与活塞之间留有极小的间隙，并在活塞上设置多排均匀分布的节流孔，采用气缸自身容腔中的压缩空气作为润滑剂，使活塞在气缸中完全处于悬浮状态。但是，缸筒和活塞间隙会导致气体的泄漏，当泄漏量较大时不利于气体压力的高精度控制，并且间隙大小和节流孔尺寸等参数都会影响到气缸的无摩擦性能。此外，这种无摩擦气缸结构复杂，对加工精度要求很高，虽然在理论上可以实现活塞在任意位置都无摩擦力，但实际在启动过程中还是会有一定的摩擦，这就势必产生噪声。国内外很多学者都通过仿真对活塞的结构进行了各种改进，但始终无法彻底解决气体泄漏的问题。
发明内容
为了克服传统气动悬吊装置存在的漏气和噪声等缺点，本发明提供了一种气囊型低刚度悬吊装置，可以实现无气体泄漏和无噪声的低刚度悬吊功能。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种气囊型低刚度悬吊装置，其包括气缸1、活塞2、气动系统3和钢丝绳4，其中，
所述气缸1包括缸体11、弹性膜片12、约束细丝13和限位支柱14，所述弹性膜片12设置于所述缸体11内，所述限位支柱14设置于所述缸体11的上表面，所述缸体11的上表面有一开口，所述气缸1通过钢丝绳4悬吊于空中；
所述活塞2的一端悬置于所述限位支柱14上，另一端通过钢丝绳4悬吊重物，所述活塞2的一端和所述限位支柱14通过所述约束细丝13相互张紧连接，所述活塞2的一端设置于所述弹性膜片12的上表面，所述活塞2在悬吊的重物和自身重力的作用下紧紧的压在所述弹性膜片12的上表面；
所述气动系统3包括橡胶气囊31、连接管路32、储气罐33和气源34；所述橡胶气囊31设置于所述缸体11内，充气后二者紧密接触；所述弹性膜片12置于所述橡胶气囊31的顶部。
进一步的，至少两根约束细丝13平行排布构成细丝约束组，所述活塞2与所述限位支柱14之间至少通过三组所述细丝约束组张紧连接，所述细丝约束组绕所述限位支柱14周向均匀分布。
进一步的，所述气缸1至少通过三根所述的钢丝绳4悬吊于空中，所述钢丝绳4绕所述气缸1周向均匀分布。
进一步的，所述橡胶气囊31的材料为三元乙丙合成橡胶，外形与所述缸体11内部相同。
进一步的，所述弹性膜片12为具有较强延展性的低刚度金属薄片，厚度为0.1mm～1mm，直径小于所述缸体11的内径但大于所述缸体11上表面所述开口的直径。
进一步的，所述活塞2与所述限位支柱14张紧连接的一端的下表面的直径略小于所述缸体11上表面的所述开口的直径，所述活塞2和所述缸体11同心但不发生直接接触。
进一步的，所述橡胶气囊31的底部设置有一个气嘴，和大直径所述连接管路32相连，所述连接管路32的另一端与所述储气罐33的出气口相连，所述储气罐33的进气口与所述气源34相连。
本发明的有益效果是：由于本发明中在气缸缸体内部增设了一个气囊，将高压气体完全封闭在缸体内部，克服了传统气体悬吊装置所固有的漏气问题，进而也解决了因漏气而导致的噪声问题。且约束细丝组合使得活塞只在沿重力方向上下运动，不会因倾斜或偏心而和气缸缸体产生直接接触，从而消除了因活塞和缸体接触而带来的噪声，弹性膜片防止了气囊因内部的高压而从间隙中蹦出，气囊材料采用三元乙丙合成橡胶，相比于天然橡胶具有更好的抗老化性能，避免了因气囊老化失效而带来的安全隐患和频繁更换的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍：
图1是本发明实施例的气囊型低刚度悬吊结构总体示意图；
图2是本发明实施例的活塞、弹性膜片和橡胶气囊的位置关系示意图；
图3是本发明实施例的活塞和缸体的位置关系及细丝约束示意图；
图中：气缸1、活塞2、气动系统3、钢丝绳4、缸体11、弹性膜片12、约束细丝13、限位支柱14、橡胶气囊31、连接管路32、储气罐33、气源34。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更见清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所述实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种气囊型低刚度悬吊装置，其包括气缸1、活塞2、气动系统3和钢丝绳4，其中，
所述气缸1包括缸体11、弹性膜片12、约束细丝13和限位支柱14，所述弹性膜片12设置于所述缸体11内，所述限位支柱14设置于所述缸体11的上表面，所述缸体11的上表面有一开口，所述气缸1通过钢丝绳4悬吊于空中；
所述活塞2的一端悬置于所述限位支柱14上，另一端通过钢丝绳4悬吊重物，所述活塞2的一端和所述限位支柱14通过所述约束细丝13相互张紧连接，所述活塞2的一端设置于所述弹性膜片12的上表面，所述活塞2在悬吊的重物和自身重力的作用下紧紧的压在所述弹性膜片12的上表面；
所述气动系统3包括橡胶气囊31、连接管路32、储气罐33和气源34；所述橡胶气囊31设置于所述缸体11内，充气后二者紧密接触；所述弹性膜片12置于所述橡胶气囊31的顶部。
工作时，在气源34的作用下，储气罐33和气囊31内部的压力不断增加，当橡胶气囊31产生的向上的推力和重物的重力相等时，活塞2会脱离限位支柱14而浮起来，此时将气源34关闭，让高压气体在橡胶气囊31、连接管路32和储气罐33内部不断循环。由于本发明中在气缸缸体内部增设了一个气囊，可以将高压气体完全封闭在缸体内部，不用担心传统气体悬吊装置所固有的漏气问题，进而也解决了因漏气而导致的噪声问题。
如图3所示，至少两根约束细丝13平行排布构成细丝约束组，所述活塞2与所述限位支柱14之间至少通过三组所述细丝约束组张紧连接，所述细丝约束组绕所述限位支柱14周向均匀分布。
约束细丝组13对所述活塞2的平面运动自由度进行约束，从而使活塞2只能沿重力方向运动。由于单根约束细丝不能真正实现非轴向零刚度约束，而约束细丝组合则能很好的达到沿重力方向零刚度、非重力方向刚度接近无穷大的目的，从而使得活塞只在沿重力方向上下运动，不会因倾斜或偏心而和气缸缸体产生直接接触，从而消除了因活塞和缸体接触而带来的噪声。
进一步的，所述气缸1至少通过三根所述的钢丝绳4悬吊于空中，所述钢丝绳4绕所述气缸1周向均匀分布。
进一步的，所述橡胶气囊31的材料为三元乙丙合成橡胶，外形与所述缸体11内部相同。三元乙丙合成橡胶相比于天然橡胶具有更好的抗老化性能，避免了因气囊老化失效而带来的安全隐患和频繁更换的问题。
如图2所示，进一步的，所述弹性膜片12为具有较强延展性的低刚度金属薄片，厚度为0.1mm～1mm，直径小于所述缸体11的内径但大于所述缸体11上表面所述开口的直径。
所述活塞2与所述限位支柱14张紧连接的一端的下表面的直径略小于所述缸体11上表面的所述开口的直径，所述活塞2和所述缸体11同心但不发生直接接触。
弹性膜片12位于橡胶气囊31和活塞2的中间且与橡胶气囊31和活塞2同轴心，防止橡胶气囊31从活塞2和缸体11的缝隙处蹦出来。
进一步的，所述橡胶气囊31的底部设置有一个气嘴，和大直径所述连接管路32相连，所述连接管路32的另一端与所述储气罐33的出气口相连，所述储气罐33的进气口与所述气源34相连。储气罐有效扩充了气囊本身的体积，通过大直径管路的连接二者可以进行充分的气体交换，进一步降低系统的垂向刚度。
本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气囊型低刚度悬吊装置，其包括气缸（1）、活塞（2）、气动系统（3）和钢丝绳（4），其中，
所述气缸（1）包括缸体（11）、弹性膜片（12）、约束细丝（13）和限位支柱（14），所述弹性膜片（12）设置于所述缸体（11）内，所述限位支柱（14）设置于所述缸体（11）的上表面，所述缸体（11）的上表面有一开口，所述气缸（1）通过钢丝绳（4）悬吊于空中；
所述活塞（2）的一端悬置于所述限位支柱（14）上，另一端通过钢丝绳（4）悬吊重物，所述活塞（2）的一端和所述限位支柱（14）通过所述约束细丝（13）相互张紧连接，所述活塞（2）的一端设置于所述弹性膜片（12）的上表面，所述活塞（2）在悬吊的重物和自身重力的作用下紧紧的压在所述弹性膜片（12）的上表面；
所述气动系统（3）包括橡胶气囊（31）、连接管路（32）、储气罐（33）和气源（34）；所述橡胶气囊（31）设置于所述缸体（11）内，充气后二者紧密接触；所述弹性膜片（12）置于所述橡胶气囊（31）的顶部。
2.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：至少两根约束细丝（13）平行排布构成细丝约束组，所述活塞（2）与所述限位支柱（14）之间至少通过三组所述细丝约束组张紧连接，所述细丝约束组绕所述限位支柱（14）周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：所述气缸（1）至少通过三根所述的钢丝绳（4）悬吊于空中，所述钢丝绳（4）绕所述气缸（1）周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：所述橡胶气囊（31）的材料为三元乙丙合成橡胶，外形与所述缸体（11）内部相同。
5.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：所述弹性膜片（12）为具有较强延展性的低刚度金属薄片，厚度为0.1mm~1mm，直径小于所述缸体（11）的内径但大于所述缸体（11）上表面所述开口的直径。
6.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：所述活塞（2）与所述限位支柱（14）张紧连接的一端的下表面的直径略小于所述缸体（11）上表面的所述开口的直径，所述活塞（2）和所述缸体（11）同心但不发生直接接触。
7.根据权利要求1所述的气囊型低刚度悬吊装置，其特征在于：所述橡胶气囊（31）的底部设置有一个气嘴，和大直径所述连接管路（32）相连，所述连接管路（32）的另一端与所述储气罐（33）的出气口相连，所述储气罐（33）的进气口与所述气源（34）相连。
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