CN108791708B - 一种双作用式压簧阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双作用式压簧阻尼器，涉及压簧阻尼器技术领域。为了解决大刚度双作用弹性元件问题。仅使用一种弹簧作为弹性元件，实现双作用阻尼功能。设计多层套筒与导向机构，无论阻尼器处于拉伸或压缩工况，弹簧均处在压缩状态，确保了弹簧的可靠性和安全性。本发明所述阻尼器为纯机械结构，不需使用气体、液体等作为工作介质，避免了密封、污染等问题。合理设计弹簧的刚度和弹簧组件的长度，可配置成不同刚度和行程的阻尼器。本发明适用于机械行业的各种阻尼器。

Description

一种双作用式压簧阻尼器

技术领域

本发明涉及压簧阻尼器技术领域，尤其涉及一种双作用式压簧阻尼器。

背景技术

浮式核电站、FPSO等平台在海上作业时需要系泊在某一固定海域，具体系泊形式有很多种，其中有一种自动复位弹性套筒式单点系泊系统具有诸多优点，有很大的推广应用空间。自动复位弹性套筒式单点系泊系统以大刚度双作用弹性元件作为其基本构成单元，因此解决大刚度双作用弹性元件问题是自动复位弹性套筒式单点系泊系统设计的关键。

在一般机械装置中，双作用阻尼器的应用很广泛。常用的双作用阻尼器一般是以液压或气压作为阻尼，由于液动和气动装置的局限性，常用的阻尼器尺寸一般不大，阻尼力较小，无法用作自动复位弹性套筒式单点系泊系统的弹性元件。

弹簧是一种很常见的弹性阻尼元件，具有结构简单、阻尼特性好等特点。一般弹簧仅用作单作用阻尼，如需用作双作用阻尼，需要使用组合弹簧或特制的弹簧挂钩，结构较复杂且浪费材料。同样的弹簧，双作用工况下的疲劳寿命约为单作用的一半；而且，弹簧受拉伸时，挂钩与簧丝连接处极易发生疲劳损坏。

目前，常规弹簧的生产工艺已经比较成熟，但是大型弹簧的生产难度很大。由于受到生产条件、型材长度等的限制，簧丝直径和弹簧长度不能无限制增大，因此无法直接生产大刚度，长行程的大型弹簧。

经过分析探讨，为解决大刚度双作用弹性元件问题，需要设计一种双作用式压簧阻尼器。

发明内容

本发明的实施例提供一种双作用式压簧阻尼器，为了解决大刚度双作用弹性元件问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种双作用式压簧阻尼器，所述双作用式压簧阻尼器可分为中心导向组件、弹簧组件、套筒组件三大部分；所述中心导向组件包括：预紧螺母、中心轴、导向连接轴、锁紧螺母、连接螺母；构成阻尼器轴向运动的中心轴，所述中心轴和导向连接轴相套合，具有单向限位凸台结构。

其中，所述弹簧组件包括：端部支承环、中间支承环、压缩弹簧；按先后顺序套在中心导向组件上，然后将其吊入内套筒内。

其中，所述套筒组件包括：内套筒、挡圈固定法兰、限位挡圈、外套筒、导向套筒、支承套筒、中间套筒，所述套筒组件腔体内安装有中心导向组件和弹簧组件，共同构成双作用式压簧阻尼器。

优选地，所述弹簧组件可采用单根压簧，也可采用多根压簧串联，当采用多根压簧时，使用中间支承环连接多个压簧；当采用单根压簧时，不需设置中间支承环。

其中，所述套筒组件可组成双层套筒结构或三层套筒结构，双层套筒结构由内套筒、外套筒、导向套筒、支承套筒组成；三层套筒结构由内套筒、外套筒、中间套筒组成。

优选地，所述内套筒上有限位环，外套筒或中间套筒上安装有挡圈固定法兰和限位挡圈，用于阻尼器受拉伸时单向限制相对运动。

其中，所述预紧螺母、锁紧螺母和连接螺母是可调整部件，用于安装弹簧组件时调整弹簧的预紧力。

本发明的有益效果为：①仅使用一种弹簧作为弹性元件，实现双作用阻尼功能。②设计多层套筒与导向机构，无论阻尼器处于拉伸或压缩工况，弹簧均处在压缩状态，确保了弹簧的可靠性和安全性。③本发明所述阻尼器为纯机械结构，不需使用气体、液体等作为工作介质，避免了密封、污染等问题。④合理设计弹簧的刚度和弹簧组件的长度，可配置成不同刚度和行程的阻尼器。⑤本发明适用于机械行业的各种阻尼器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅为本发明的一些实施例，对于本领域或普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的总体结构图；

图2是本发明实施例1的拉伸极限位置示意图；

图3是本发明实施例1的压缩极限位置示意图；

图4是本发明实施例2的总体结构图；

图5是本发明实施例2的拉伸极限位置示意图；

图6是本发明实施例2的压缩极限位置示意图。

图中：1-内套筒；2-预紧螺母；3-端部支承环；4-中心轴；5-中间支承环；6-挡圈固定法兰；7-限位挡圈；8-外套筒；9-压缩弹簧；10-导向连接轴；11-锁紧螺母；12-连接螺母；13-导向套筒；14-支承套筒；15-中间套筒。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1：双作用式压簧阻尼器可配置为双层套筒型，其主要包括中心导向组件、弹簧组件、套筒组件三大部分组成。所述中心导向组件包括预紧螺母2，、中心轴4、导向连接轴10、锁紧螺母11、连接螺母12；弹簧组件包括端部支承环3、中间支承环5、压缩弹簧9；套筒组件包括内套筒1、挡圈固定法兰6、限位挡圈7、外套筒8、导向套筒13、支承套筒14。

所述中心导向组件是阻尼器工作时的内部导向机构，所述中心轴4端部设置有凹槽，导向连接轴10端部设置有凸台，中心轴4与导向连接轴10相套合，端部的凹槽与凸台接触，起到了单向限位的作用。预紧螺母2通过螺纹与中心轴4光轴一端连接，连接螺母12通过螺纹与中心轴4的凹槽一端连接，压紧外套筒8，锁紧螺母11通过螺纹与导向连接轴10的螺纹端连接，压紧支撑套筒14。

所述弹簧组件是阻尼器的弹性元件，多个压缩弹簧9可通过中间支撑环5连接，端部支承环3安装在弹簧组件端部，是主要受力部件。弹簧组件安装在中心导向组件外部，弹簧组件一端靠端部支承环3压紧预紧螺母2，另一端压紧外套筒8。

本实施例中套筒组件为双层套筒型，内层套筒包括内套筒1、导向套筒13，外层套筒包括外套筒8、挡圈固定法兰6、限位挡圈7、支撑套筒14。内套筒1安装在弹簧组件外部，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3，内套筒1外部设置有限位环。导向套筒13安装在导向连接轴10的外部，导向套筒13外部设置有限位环。外套筒8安装在内套筒1外部，外套筒8的一端与弹簧组件相接触并压紧，另一端安装限位挡圈7与挡圈固定法兰6，限位挡圈7与内套筒1外部的限位环构成一对单向限位结构，当阻尼器拉伸时，用于限制外套筒8拉伸。支撑套筒14一端与外套筒8连接，一端与导向套筒13外部的限位环构成一对单向限位结构，当阻尼器拉伸时，用于限制导向套筒13的拉伸极限位置。

本实施例所述双层套筒型双作用式压簧阻尼器工作状态可分为三种：预紧状态、拉伸状态、压缩状态。

预紧状态即阻尼器安装后未工作状态，如图1所示，阻尼器长度等于设计初始长度，两端不受任何作用力。预紧状态时，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3；限位挡圈7与内套筒1外部的限位环接触，起到限位作用；连接螺母12压紧外套筒8端部；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台接触，起到了单向限位的作用；支撑套筒14与导向套筒13外部的限位环分离。

拉伸状态即阻尼器被拉伸后的工作状态，阻尼器两端受到拉力，弹簧组件产生弹力，阻止阻尼器被拉伸。拉伸状态时，内套筒1的端部内法兰与弹簧组件的端部支承环3分离，限位挡圈7与内套筒1外部的限位环接触，起到限位作用；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台接触，起到了单向限位的作用；连接螺母12与外套筒8端部分离。阻尼器被拉伸至极限位置时，支撑套筒14与导向套筒13外部的限位环接触，起到限位作用，限制阻尼器被拉伸，如图2所示。

压缩状态即阻尼器被压缩后的工作状态，阻尼器两端受到挤压，弹簧组件产生弹力，阻止阻尼器被压缩。压缩状态时，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3；限位挡圈7与内套筒1外部的限位环分离；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台分离；连接螺母12与外套筒8端部分离。阻尼器被压缩至极限位置时，内套筒1端部与外套筒8端部接触，起到限位作用，限制阻尼器被压缩，如图3所示。

实施例2：双作用式压簧阻尼器可配置为三层套筒型，其主要包括中心导向组件、弹簧组件、套筒组件三大部分组成。所述中心导向组件包括预紧螺母2，、中心轴4、导向连接轴10、锁紧螺母11；弹簧组件包括端部支承环3、中间支承环5、压缩弹簧9；套筒组件包括内套筒1、挡圈固定法兰6、限位挡圈7、外套筒8、中间套筒15。

所述中心导向组件是阻尼器工作时的内部导向机构，所述中心轴4端部设置有凹槽，导向连接轴10端部设置有凸台，中心轴4与导向连接轴10相套合，端部的凹槽与凸台接触，起到了单向限位的作用。预紧螺母2通过螺纹与中心轴4光轴一端连接，锁紧螺母11通过螺纹与导向连接轴10的螺纹端连接，压紧外套筒8。

所述弹簧组件是阻尼器的弹性元件，多个压缩弹簧9可通过中间支撑环5连接，端部支承环3安装在弹簧组件端部，是主要受力部件。弹簧组件安装在中心导向组件外部，弹簧组件一端靠端部支承环3压紧预紧螺母2，另一端压紧中间套筒15。

本实施例中套筒组件为三层套筒型，内层套筒包括内套筒1，中间层套筒包括中间套筒15、挡圈固定法兰6、限位挡圈7，外层套筒包括外套筒8。内套筒1安装在弹簧组件外部，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3，内套筒1外部设置有限位环。中间套筒15安装在内套筒1外部，中间套筒15的一端与弹簧组件相接触并压紧，另一端安装限位挡圈7与挡圈固定法兰6，限位挡圈7与内套筒1外部的限位环构成一对单向限位结构，当阻尼器拉伸时，用于限制中间套筒15拉伸。外套筒8安装在中间套筒15外部。

本实施例所述三层套筒型双作用式压簧阻尼器工作状态可分为三种：预紧状态、拉伸状态、压缩状态。

预紧状态即阻尼器安装后未工作状态，如图4所示，阻尼器长度等于设计初始长度，两端不受任何作用力。预紧状态时，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3；限位挡圈7与内套筒1外部的限位环接触，起到限位作用；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台接触，起到了单向限位的作用。

拉伸状态即阻尼器被拉伸后的工作状态，阻尼器两端受到拉力，弹簧组件产生弹力，阻止阻尼器被拉伸。拉伸状态时，内套筒1的端部内法兰与弹簧组件的端部支承环3分离，限位挡圈7与内套筒1外部的限位环接触，起到限位作用；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台接触，起到了单向限位的作用。阻尼器被拉伸至极限位置时，中心轴4端部与中间套筒15端部接触，起到限位作用，限制阻尼器被拉伸，如图5所示。

压缩状态即阻尼器被压缩后的工作状态，阻尼器两端受到挤压，弹簧组件产生弹力，阻止阻尼器被压缩。压缩状态时，内套筒1的端部内法兰压紧弹簧组件的端部支承环3；限位挡圈7与内套筒1外部的限位环分离；中心轴4端部的凹槽与导向连接轴10端部的凸台分离。阻尼器被压缩至极限位置时，内套筒1端部、中心轴4端部分别与中间套筒15端部接触，起到限位作用，限制阻尼器被压缩，如图6所示。

本发明所述双作用式压簧阻尼器是一种仅使用压缩弹簧作为弹性元件的双作用式阻尼器。本发明由中心导向组件、弹簧组件、套筒组件三大部分组成。

中心导向组件由预紧螺母、中心轴、导向连接轴、锁紧螺母、连接螺母构成，中心轴和导向连接轴相套合，具有单向限位凸台结构。中心导向组件安装于阻尼器的中心，在阻尼器工作时，起到了导向作用，防止弹簧产生侧向弯曲变形。在弹簧安装时，预紧螺母和锁紧螺母起到了调节弹簧预紧量的作用。

弹簧组件由端部支承环、中间支承环、压缩弹簧构成。对于大型阻尼器，可使用中间支撑环将多根弹簧串联成一组大型弹簧组件；对于小型阻尼器，可使用一根弹簧，无需使用中间支撑环。

套筒组件由内套筒、挡圈固定法兰、限位挡圈、外套筒、导向套筒、支承套筒和中间套筒构成。套筒组件作为阻尼器的外壳，起到了保护内部构件的作用；内外层套筒相互套合，起到了外部导向的作用；外套筒端部设置有限位挡圈和挡圈固定法兰，内套筒外表面焊接有限位环，起到了单向限制阻尼器极限运动范围的作用。

本发明所述双作用式压簧阻尼器工作时，弹簧均处于被压缩状态。阻尼器被拉伸时，中心轴与外套筒的单向限位装置发挥限位作用，中心导向组件拉动端部支承环，向被拉伸方向挤压弹簧组件；阻尼器被压缩时，中心轴与外套筒的单向限位装置被脱离，内套筒顶推端部支承环，向被压缩方向挤压弹簧组件。

本发明所述双作用式压簧阻尼器具有弹簧的力学特征。在整个拉伸和压缩行程中，阻尼器的阻尼系数始终不变，阻尼力大小只与压缩或拉伸的行程有关。

本发明所述双作用式压簧阻尼器可配置成不同刚度和行程的阻尼器。通过改变弹簧元件的刚度，匹配相应尺寸的套筒组件，可设计为不同刚度的阻尼器；通过中间支撑环连接几段短弹簧，匹配相应尺寸的套筒组件，可设计为不同行程的阻尼器。

本发明具有以下有益效果：①仅使用一种弹簧作为弹性元件，实现双作用阻尼功能。②设计多层套筒与导向机构，无论阻尼器处于拉伸或压缩工况，弹簧均处在压缩状态，确保了弹簧的可靠性和安全性。③本发明所述阻尼器为纯机械结构，不需使用气体、液体等作为工作介质，避免了密封、污染等问题。④合理设计弹簧的刚度和弹簧组件的长度，可配置成不同刚度和行程的阻尼器。⑤本发明适用于机械行业的各种阻尼器。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种双作用式压簧阻尼器，所述双作用式压簧阻尼器可分为中心导向组件、弹簧组件、套筒组件三大部分；所述中心导向组件包括：预紧螺母(2)、中心轴(4)、导向连接轴(10)、锁紧螺母(11)、连接螺母(12)；构成阻尼器轴向运动的中心轴，所述中心轴(4)和导向连接轴(10)相套合，具有单向限位凸台结构；其特征在于：所述弹簧组件包括：端部支承环(3)、中间支承环(5)、压缩弹簧(9)；按先后顺序套在中心导向组件上，然后将其吊入内套筒(1)内；所述套筒组件包括：内套筒(1)、挡圈固定法兰(6)、限位挡圈(7)、外套筒(8)、导向套筒(13)、支承套筒(14)、中间套筒(15)，所述套筒组件腔体内安装有中心导向组件和弹簧组件，共同构成双作用式压簧阻尼器；所述内套筒(1)上有限位环，外套筒(8)或中间套筒(15)上安装有挡圈固定法兰(6)和限位挡圈(7)，用于阻尼器受拉伸时单向限制相对运动。

2.根据权利要求1所述的双作用式压簧阻尼器，其特征在于：所述弹簧组件可采用单根压簧，也可采用多根压簧串联，当采用多根压簧时，使用中间支承环(5)连接多个压簧；当采用单根压簧时，不需设置中间支承环(5)。

3.根据权利要求2所述的双作用式压簧阻尼器，其特征在于：所述套筒组件可组成双层套筒结构或三层套筒结构，双层套筒结构由内套筒(1)、外套筒(8)、导向套筒(13)、支承套筒(14)组成；三层套筒结构由内套筒(1)、外套筒(8)、中间套筒(15)组成。

4.根据权利要求1所述的双作用式压簧阻尼器，所述预紧螺母(2)、锁紧螺母(11)和连接螺母(12)是可调整部件，用于安装弹簧组件时调整弹簧的预紧力。

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