CN107939898B - 一种波纹管式缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波纹管式缓冲器，包括：上端板、下端板、外波纹管、活塞、内波纹管、质量块、变截面油针和限位块。其中，上端板与下端板分别通过通孔与机械设备或安装基础固定连接。外波纹管两端分别固定连接上端板与下端板，起隔振支撑作用。内波纹管安装在外波纹管内，其两端分别固定连接上端板与质量块。内波纹管中间部分为一直圆管，直圆管内壁两端设置限位块，活塞安装于此直圆管内作轴向运动并受限位块限制，起调节轴向刚度作用。同时，在下端板上安装有变截面油针，其与质量块配合起到变阻尼的作用，可对缓冲器的性能进行控制。本发明的波纹管式新型缓冲器结构简单可靠、密封性好、适用范围广且检修方便，具有很高的实用价值。

Description

一种波纹管式缓冲器
技术领域
本发明涉及机械减振领域，尤其涉及一种波纹管缓冲器。
背景技术
目前，许多机械结构存在着机械振动问题，导致在工作过程中由于结构自身的振动产生的能量不能及时传递而对结构产生损伤。因此，在有振动的机械结构中需要设置缓冲器。
现一般采用弹簧式、筒式或者两者结合的减振结构。弹簧可以通过形变吸收振动能量，但是其阻尼小，自身吸振时会有往复运动。筒式减振一般内腔充液压油或者气体，这种减振器在应对冲击振动时，阻尼大，动态响应慢，常因无法及时吸收振动能量而导致设备受损。此外也有将弹簧减振与筒式减振结合的减振方式，但一般都是简单的叠加，比如将弹簧套在筒体外部，集成度不高。
中国专利CN101236119A，2008.公开了“一种新型波纹管缓冲器”，其罐体内部的波纹管与罐盖组成的腔体内设置弹簧并充入气体，与波纹管一道吸收物料的振动能量，保证泵压测量准确。此缓冲装置将弹簧设置在了筒内，如前述，只是弹簧式与筒式的叠加，其系统阻尼不可调节，不具有普遍的适用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠、集成度高、检修方便、密封性好、阻尼可自调节并具有普遍适用性的波纹管式缓冲器。不仅可满足常规需求，对于耐温耐压性要求高、有腐蚀等特殊场合也尤为适用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种波纹管式缓冲器，包括上端板、下端板、外波纹管、活塞、内波纹管、质量块、变截面油针和限位块。
所述上端板与下端板分别与外波纹管的两端固定连接。
所述内波纹管位于外波纹管内，由两段波纹管与一段直圆管组成，直圆管位于两段波纹管之间。内波纹管一端与上端板固定连接，另一端与质量块固定连接，质量块开有通孔。
所述活塞位于内波纹管直圆管段内，作轴向运动。
所述变截面油针安装在下端板上，其尖端与质量块通孔的中心相对。
优选地，上端板与下端板的外缘沿周向均布用于与机械设备或安装基础固定连接的通孔。
优选地，由两段波纹管与一段直圆管组成的内波纹管为一体式结构。
优选地，所述上端板、下端板、外波纹管、活塞、内波纹管、质量块、质量块的通孔及变截面油针同轴线。
优选地，所述外波纹管和内波纹管采用金属或非金属材料。
优选地，由上端板、活塞和内波纹管组成的空腔内部充可压缩气体，包括空气、氮气或氦气。
优选地，所述内波纹管的波纹管段和外波纹管均是带有横向波纹的圆柱形壳体。
优选地，由上端板、下端面、活塞、内波纹管和外波纹管组成的空腔内部充液压油。
优选地，在内波纹管直圆管段的两端内壁上，活塞的两边设置限位块，对作轴向运动的活塞进行限位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一、适用范围广：波纹管材质可根据物料特性选择采用金属或非金属材料，装置阻尼可根据工况变化，不仅可满足常规需求，对耐温耐压性要求高、有腐蚀等特殊场合也尤为适用；
二、简单可靠：结构简单，有效部件集成于外波纹管内，传力路径短保证了缓冲减震高效可靠性；
三、密闭性能好：除活塞外均采用固定连接方式；
四、检修方便：通过外部观察是否有油液漏出即可判断装置是否损坏并可在外部对漏点进行修补。
附图说明
附图1为本发明的波纹管式缓冲器的剖视图。
附图2为本发明的波纹管式缓冲器性能模拟实验结果。
图1中：1-上端板；2-下端板；3-外波纹管；4-活塞；5-内波纹管；6-质量块；7-变截面油针；8-限位块；m1-上端板1的质量；m2-质量块6的质量。
图2中：m1-上端板1的质量；m2-质量块6的质量；k1-外波纹管3的轴向刚度；k2-内波纹管5的轴向刚度；c-阻尼系数；t-系统的响应时间；a1-m1 的加速度幅值；a2-m2的加速度幅值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示的一种波纹管式缓冲器，是一种基于波纹管技术的缓冲装置，包括上端板1、下端板2、外波纹管3、活塞4、内波纹管5、质量块6、变截面油针7和限位块8。
外波纹管3的两端分别焊接在上端板1和下端板2上，上端板1与下端板2的外缘沿周向均布用于与机械设备或安装基础固定连接的通孔。内波纹管5位于外波纹管3内，其由两段波纹管与一段直圆管焊接而成，直圆管位于两段波纹管之间。内波纹管5的一端焊接在上端板1上，其另一端焊接质量块6，质量块6的中心位置开有通孔（阻尼孔）。活塞4在内波纹管5的直圆管段内，限位块8设置在直圆管两端内壁上，活塞4可在圆管内作轴向移动并受两边的限位块8的限制。变截面油针7安装在下端板2上，其尖端与质量块6通孔的中心相对。上端板1、下端板2、外波纹管3、活塞4、内波纹管5、质量块6、质量块6的通孔及变截面油针7同轴线。在由上端板1、活塞4和内波纹管5组成的空腔内部充满了可压缩气体，起到气体弹簧的作用，并可通过活塞4的上下运动来控制该装置的轴向刚度。在由上端板1、下端板2、外波纹管3、活塞4和内波纹管5组成的空腔内部充满了不可压缩的油液。当该装置工作时，可通过安装在下端板2上的变截面油针7与质量块6配合来改变阻尼，以达到控制该装置缓冲性能的目的。
本发明的工作原理在于：
机械设备产生的扰动力通过上端板1作用于外波纹管3时，外波纹管3可自由发生轴向变形，提供隔振所需的弹性恢复力，使传递到下端板2也就是缓冲器基础上的振动能量大大减少。在由上端板1、下端板2、 外波纹管3、内波纹管5和质量块6组成的空腔中的油液会受到压缩，油液通过质量块6的通孔（阻尼孔）进入由活塞4、内波纹管5和质量块6组成的空腔内，而且，当变截面油针7进入质量块6的通孔（阻尼孔）时，会产生不同的阻尼。空腔内部油液压力增大，使活塞4向上运动，以调节缓冲器的轴向刚度，活塞4受限位块8限制。同时，在由上端板1、活塞4和内波纹管5组成的空腔内的气体会受到压缩，起到气体弹簧的作用。
如图2所示的本发明的波纹管式缓冲器性能模拟实验结果，振动过程中两块端板的受力及运动情况在上端板1和下端板2上粘贴应变片进行测量。缓冲器的缓冲性能主要由内外波纹管3的轴向刚度k1、质量块6的质量m2和系统的阻尼系数c决定。增大波纹管的刚度，增大质量块6的质量可以明显提高系统的减振性能。在一定范围内，增大系统阻尼c可以提高系统的减振性能，但是当阻尼大到一定程度时，系统的减振性能会随着系统阻尼c的增大而下降。
此外，由流体力学知识可知质量块6通孔（阻尼孔）的直径以及变截面油针7的高度和锥顶角会影响流体通流时的阻尼，从而对系统减振产生影响。
因此，合理设计各波纹管的轴向刚度、质量块6的质量m2、质量块6通孔（阻尼孔）的直径以及变截面油针7的高度和锥顶角，既能大幅度减小传递到基础上的机械扰动力，又能降低机械设备自身的振动响应，达到较好的缓冲隔振效果。
应当指出的是，以上所述实施方式仅为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，如内波纹管采用分体可拆卸式、缓冲器结构采用非对称式等，这些改进也应视为本发明的保护范围。。

Claims (8)

1.一种波纹管式缓冲器，其特征在于：包括上端板（1）、下端板（2）、外波纹管（3）、活塞（4）、内波纹管（5）、质量块（6）、变截面油针（7）和限位块（8）；
上端板（1）与下端板（2）分别与外波纹管（3）两端固定连接；
内波纹管（5）由两段波纹管与一段直圆管组成，直圆管位于两段波纹管之间；
活塞（4）位于内波纹管（5）直圆管段内作轴向运动；
内波纹管（5）位于外波纹管（3）内；
内波纹管（5）的一端与上端板（1）固定连接；
内波纹管（5）的另一端与质量块（6）固定连接；
质量块（6）开有通孔；
变截面油针（7）安装在下端板（2）上，变截面油针（7）的尖端与质量块（6）通孔的中心相对；
上端板（1）、下端板（2）、外波纹管（3）、活塞（4）、内波纹管（5）、质量块（6）、质量块（6）的通孔及变截面油针（7）同轴线；
由上端板（1）、活塞（4）和内波纹管（5）组成的空腔内部充可压缩气体，包括空气、氮气或氦气；
由上端板（1）、下端板（2）、外波纹管（3）、活塞（4）和内波纹管（5）组成的空腔内部充液压油。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，上端板（1）与下端板（2）的外缘沿周向均布通孔，用于与机械设备或安装基础固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，由两段波纹管与一段直圆管组成的内波纹管（5）为一体式结构。
4.根据权利要求1或2所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，所述外波纹管（3）和内波纹管（5）采用金属或非金属材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，所述内波纹管（5）的波纹管段和外波纹管均是带有横向波纹的圆柱形壳体。
6.根据权利要求1或2所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，在内波纹管（5）的内壁上，活塞（4）的两边设置限位块（8）。
7.根据权利要求6所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，在内波纹管（5）直圆管段的内壁上，活塞（4）的两边设置限位块（8）。
8.根据权利要求6所述的一种波纹管式缓冲器，其特征在于，在内波纹管（5）直圆管段的内壁两端，活塞（4）的两边设置限位块（8）。
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