CN109538678A - 一种高静刚度的液弹隔振器 - Google Patents

一种高静刚度的液弹隔振器 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种种高静刚度的液弹隔振器，属于直升机振动控制技术领域。括连接隔振设备的第一外筒(1)，连接固定端的第二外筒(2)，以及设置在第一外筒(1)及第二外筒(2)之间的内筒(3)，所述内筒(3)的外侧设置有凹槽，所述第一外筒(1)内壁设置有突起(8)，所述突起(8)能够深入所述凹槽，并与所述凹槽之间通过橡胶垫(9)压紧，本申请采用层压填充橡胶相比于传统的剪切橡胶填充能提供的更大静刚度，同时由于橡胶在承压时体积不变，该种设计不会产生橡胶脱离的问题，安全性更好。

Description

一种高静刚度的液弹隔振器
技术领域
本申请属于直升机振动控制技术领域，具体涉及一种高静刚度的液弹隔振器。
背景技术
机械设备均存在振动问题，过高的振动会降低结构和电子设备的使用寿命，降低设备的操控和使用精度，影响操纵、乘坐人员的乘坐舒适性等，液-弹隔振器利用了反共振隔振原理，隔振效率非常高，同时采用液体作为惯性元件，液-弹隔振器在重量效率、可靠性、维护性等方面又优于传统的机械式动力反共振隔振器，同时为了避免过大的结构变形，液-弹隔振器需要保证足够的静态刚度。
液弹隔振器为实现高静态刚度和特定频率下低动态刚度通常采用弹性橡胶硫化连接，利用橡胶的剪切刚度来提供静刚度。橡胶的剪切刚度与橡胶厚度和橡胶外径相关。当液弹隔振装置要求的静刚度比较高时，采用剪切刚度来提供静刚度的容易导致橡胶尺寸过大，不利于液弹隔振器的设计。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本发明的液-弹隔振器主要由金属外壳、弹性橡胶和液体组成，可通过端部接口安装在机械设备上，可达到隔振的目的，同时液-弹隔振器内的橡胶采用纯压的方式来提供静刚度，在提供高静刚度的同时，由于橡胶的不可压缩性，液弹隔振装置在遇到突变的大载荷时不会有脱开的危险，增加了其安全性。根据隔振设计要求，液弹隔振装置可同时具备弹簧隔振、阻尼减振和动力反共振吸振的功能，具有结构简单，重量轻，静态刚度大、减振效率高、隔振频带宽、安全性高等优点。
本发明高静刚度的液弹隔振器，包括连接隔振设备的第一外筒，连接固定端的第二外筒，以及设置在第一外筒及第二外筒之间的内筒，其中，所述内筒与所述第一外筒之间形成上液腔，所述内筒与所述第二外筒之间形成腔室，所述腔室被弹性件隔离两部分，分别包括靠近内筒侧的下液腔以及靠近第二外筒侧的气腔，所述上液腔与所述下液腔之间设置有惯性通道，所述上液腔、下液腔及惯性通道内充满有流体，所述内筒在惯性通道的外侧设置有凹槽，所述第一外筒内壁设置有突起，所述突起能够深入所述凹槽，并与所述凹槽之间通过橡胶垫压紧。
优选的是，所述惯性通道的截面直径小于上液腔的截面直径。
优选的是，所述惯性通道的截面直径小于下液腔的截面直径。
优选的是，所述凹槽沿所述惯性通道的通道方向设置有多个，所述第一外筒的内壁上适配设置有多个突起。
优选的是，所述弹性件包括橡胶薄膜。
优选的是，所述气腔内填充有压缩空气。
优选的是，所述流体包括硅油。
优选的是，所述第一外筒与内筒螺纹连接。
优选的是，所述第二外筒与内筒螺纹连接。
本发明高静刚度的液-弹隔振器，包括上液体腔壳、下液体腔壳、外筒、内筒、弹性橡胶和填充液体，既能有效传递静载荷，提供很好的静态支撑，又能在特定频率下大幅隔离动态载荷，降低振动传递率，同时维护更换非常方便。
附图说明
图1为按照本发明高静刚度的液弹隔振器的一优选实施例的隔振器结构示意图。
其中，1-第一外筒，2-第二外筒，3-内筒，4-上液腔，5-下液腔，6-气腔，7-惯性通道，8-突起，9-橡胶垫，10-橡胶薄膜。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的目的是采用层压填充橡胶构型代替现有的剪切式橡胶构型，在保证结构载荷对称性的基础上，大幅提高隔振器静刚度，且橡胶材料不会发生脱落或破坏，提高了液弹隔振器的可靠性与安全性。
本发明提供了一种高静刚度的液弹隔振器，如图1所示，包括连接隔振设备的第一外筒1，连接固定端的第二外筒2，以及设置在第一外筒1及第二外筒2之间的内筒3，其中，所述内筒3与所述第一外筒1之间形成上液腔4，所述内筒3与所述第二外筒2之间形成腔室，所述腔室被弹性件隔离两部分，分别包括靠近内筒侧的下液腔5以及靠近第二外筒2侧的气腔6，所述上液腔4与所述下液腔5之间设置有惯性通道7，所述上液腔4、下液腔5及惯性通道7内充满有流体，所述内筒3在惯性通道的外侧设置有凹槽，所述第一外筒1内壁设置有突起8，所述突起8能够深入所述凹槽，并与所述凹槽之间通过橡胶垫9压紧。
在一些可选实施方式中，所述弹性件包括橡胶薄膜10。
假设上腔的顶部面积为Au，下腔的底部面积为Ad，惯性通道的面积为A0，液室顶部橡胶弹簧的动态刚度为K1，液室底部的空气等效刚度为K2，惯性通道中的液体质量为m，外壳的质量为M2，需减振的机械设备的质量为M1。
在垂向力fw的作用下，上端设备M1的位移为x1，内筒M2的位移为x2。惯性通道内液体移动的位移为x0，下腔液体相对于外壳移动的位移为xd。规定向上为正。下腔底部所受液体的压力记为fd，下腔的压强记为pd，上腔顶部所受液体的压力记为fu，上腔的压强记为pu，液体的压力方向与它作用面的法向同向，故压强为标量，没有方向，压强的正负表示相对于原平衡位置时压强的增大或减小。
通过推导得到整个系统的力学方程，矩阵形式如下：
求解上述方程，即可得到液弹隔振系统的无阻尼隔振频率：
其中：f为隔振频率，K1、K2分别为橡胶弹簧和橡胶薄膜的刚度，R1，R2分别为上、下液腔与惯性通道的面积比，m为惯性通道内流动的液体质量。
可以理解的是，m越大，频率越小，因此备选实施方式中，流体一般采用高密度高粘稠的液体，例如硅油、重水、二甘醇、二氯乙烯等。
同理，也可以看出，通过调整液体通道的直径和长度，即可调整液-弹隔振装置的隔振频率，从而在某个特定的频率范围内，极大的降低振动传递率。例如增大R1，R2的值来降低频率，因此，在一些可选实施方式中，所述惯性通道7的截面直径小于上液腔4的截面直径，以及在一些可选实施方式中，所述惯性通道7的截面直径小于下液腔5的截面直径。
同时可推导处液弹隔振器的静刚度为：
出于设计角度考虑，液-弹隔振器的静刚度主要由橡胶K1提供，
当液弹隔振器承受较大静载时，层压填充橡胶相比于传统的剪切橡胶填充能提供的更大静刚度。同时由于橡胶在承压时体积不变，该种设计不会产生橡胶脱离的问题，安全性更好。
在一些可选实施方式中，所述凹槽沿所述惯性通道7的通道方向设置有多个，所述第一外筒1的内壁上适配设置有多个突起8。
在一些可选实施方式中，所述弹性件包括橡胶薄膜10。
在一些可选实施方式中，所述气腔6内填充有空气，例如压缩的空气。
在一些可选实施方式中，所述第一外筒1与内筒3螺纹连接，所述第二外筒2与内筒3螺纹连接。例如图1所示，内筒3的两个端部均具有外螺纹，第一外筒1及第二外筒2具有内螺纹。备选实施方式中，第一外筒1及第二外筒2内壁还具有环状凸起，当内筒通过螺纹连接在第一外筒1及第二外筒2上时，内筒的端部顶在所述环状凸起上，通过在内筒的端部及环状凸起之间设置密封垫，可以对上液腔、下液腔进行密封。
本发明的优点是：液弹隔振器能在特定的频率点或频率范围内，液体在弹性橡胶的作用下，在惯性通道内高速来回流动，类似于一个动力反共振吸振器，从而实现特定频率下大幅降低振动的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，包括连接隔振设备的第一外筒(1)，连接固定端的第二外筒(2)，以及设置在第一外筒(1)及第二外筒(2)之间的内筒(3)，其中，所述内筒(3)与所述第一外筒(1)之间形成上液腔(4)，所述内筒(3)与所述第二外筒(2)之间形成腔室，所述腔室被弹性件隔离两部分，分别包括靠近内筒侧的下液腔(5)以及靠近第二外筒(2)侧的气腔(6)，所述上液腔(4)与所述下液腔(5)之间设置有惯性通道(7)，所述上液腔(4)、下液腔(5)及惯性通道(7)内充满有流体，所述内筒(3)在惯性通道的外侧设置有凹槽，所述第一外筒(1)内壁设置有突起(8)，所述突起(8)能够深入所述凹槽，并与所述凹槽之间通过橡胶垫(9)压紧。
2.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述惯性通道(7)的截面直径小于上液腔(4)的截面直径。
3.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述惯性通道(7)的截面直径小于下液腔(5)的截面直径。
4.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述凹槽沿所述惯性通道(7)的通道方向设置有多个，所述第一外筒(1)的内壁上适配设置有多个突起(8)。
5.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述弹性件包括橡胶薄膜(10)。
6.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述气腔(6)内填充有压缩空气。
7.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述流体包括硅油。
8.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述第一外筒(1)与内筒(3)螺纹连接。
9.如权利要求1所述的高静刚度的液弹隔振器，其特征在于，所述第二外筒(2)与内筒(3)螺纹连接。
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