CN109780132B - 一种周期结构机械滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种周期结构机械滤波器，属于振动噪声控制技术领域。该滤波器包括基座、外连螺柱、阻尼橡胶、支撑连接柱和弹性片；弹性片和阻尼橡胶、支撑连接柱交替连接，上下端面两个螺纹柱可分别与安装结构和被隔振对象连接，振动控制对象发生运动后将力通过外连螺柱传递给基座，进而将载荷传递到弹性片、阻尼橡胶，弹性片发生弹性变形起到弹簧的作用，橡胶被剪切时产生输出阻尼力，从而实现减隔振的功能。本发明能够在占用较小空间的情况下实现大承载宽频隔振，有效抑制宽频带线谱扰动问题且隔振效率高、鲁棒性强、可靠性高、附加质量小。

Description

一种周期结构机械滤波器

技术领域

本发明涉及振动噪声控制技术领域，特别是指一种周期结构机械滤波器。

背景技术

对于高精度设备仪器，稳定工作过程中由于外界干扰，使得其工作性能和精度均受到严重影响。此外，由于实际产品安装空间有限，且被隔振设备重量较大需要一种能够满足小尺寸大承载的宽频隔振器，例如：核辐射环境下进行状态监测的高精度测量仪、高档汽车驾驶员座椅、战时车载医疗担架等均需实现宽频隔振却又不能让隔振器占有太大安装空间。针对此类隔振需求，常规的线性隔振器难以同时满足大承载小型化宽频域的多种功能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种周期结构机械滤波器，能够实现大承载小型化宽频隔振，在占用较小空间的情况下实现大承载宽频域隔振，有效抑制宽频带线谱扰动的问题且隔振效率高、鲁棒性强、可靠性高、附加质量小。

该滤波器包括外连螺柱、基座、支撑连接柱、弹性片和阻尼橡胶；其中，基座分为上基座和下基座，上基座和下基座分别设置在滤波器上下两端，上基座和下基座通过外连螺柱分别连接两个被隔振对象，上基座和下基座分别与大于三个支撑连接柱连接，支撑连接柱围绕基座中心均匀分布；支撑连接柱的另一侧与弹性片连接，弹性片另一侧连接另一组支撑连接柱，支撑连接柱和弹性片间隔布置，每一组支撑连接柱之间布置阻尼橡胶。

其中，弹性片两侧的支撑连接柱数量相同，弹性片一侧的支撑连接柱的中心轴对应弹性片另一侧支撑连接柱之间的空隙中间部位。

基座可以为被隔振对象的一部分，进而使得机械滤波器的体积进一步缩小；基座厚度不小于弹性片厚度，最大厚度无特殊要求，基座的横截面形状可以是三角形、四边形，五边形以及其他多边形结构，也可以为圆形。如果横截面形状是三角形、四边形，和其他多边形，横截面形状可以是规则的也可以是不规则的。

支撑连接柱高度不低于弹性片厚度的二倍，支撑连接柱高度小于弹性片最大尺寸方向尺寸。支撑连接柱的横截面形状可以是三角形、四边形，五边形以及其他多边形结构，也可以为圆形，支撑连接柱的横截面形状是规则的，不同横截面形状的支撑连接柱都可以加工有圆形孔也可以没有。

弹性片可厚可薄，弹性片的厚度视弹性片的形状以及被隔振对象的具体情况和隔振要求而定，弹性片的横截面形状可以是三角形、四边形，五边形以及其他多边形结构，也可以为圆形，其横截面形状可以是规则的形状也可以是不规则的形状，无论是上面提到的哪种形状横截面的弹性片都可以有孔也可无，如果有孔，孔的形状可以为三角形、四边形，五边形以及其他多边形结构，也可以为圆形。

阻尼橡胶贴敷于两个弹性片中间部位，此时，阻尼橡胶高度与支撑连接柱相同。

阻尼橡胶也可以围绕于弹性片周围布置，此时，阻尼橡胶高度高于支撑连接柱。

滤波器金属部分主要采用增材制造方式加工成型，也可以采用焊接成型，或采用数控加工成型，或单独制造部件最后装配成型。

该滤波器中，振动控制对象振动后将力通过外连螺柱传递给基座，进而将载荷传递给弹性片、阻尼橡胶，弹性片发生弹性变形起到弹簧的作用，橡胶被剪切时产生输出阻尼力，从而实现减隔振的功能。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明采用周期结构，弹性片代替螺旋弹簧在相同承载条件下达到占用较小空间的目的。相比于螺旋弹簧力学性能稳定，材料蠕变不明显；再者，本发明设计结构简单、安装方便、鲁棒性强、可靠性高。

2、本发明的外连螺柱和基座可有可无，可以根据被隔振物体的结构形式和空间要求灵活采用，使得其空间利用率达到最高，隔振性能达到最优效果。

3、本发明根据不同扰源抑制振动频带和幅值的要求，可通过调整弹性片的厚度、层数、形状及支撑连接柱的个数和间隔来实现不同隔振要求。

4、本发明整体结构可采用对称结构或非对称结构，使其应用范围更广泛，适应性更强。

5、本发明可以采用增材制造方式一体化成型，使得整个结构更为紧凑，占用空间更小，性能更为稳定，进而还可以进行局部强度优化设计使材料的利用率更为高效。

附图说明

图1为本发明的周期结构机械滤波器安装橡胶的设计方案一结构示意图；

图2为图1的局剖视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明的周期结构机械滤波器安装橡胶的设计方案二结构示意图；

图5为本发明的周期结构机械滤波器安装橡胶的设计方案三结构示意图；

图6为本发明不安装阻尼橡胶情况下一种五边形弹性片的周期结构机械滤波器设计方案示意图；

图7为图1不安装阻尼橡胶情况下的装配式机械滤波器设计方案示意图；

图8为周期结构机械滤波器的安装状态示意图。

其中：11-基座A，12-阻尼橡胶A，13-外连螺柱A，14-支撑连接柱A，15-弹性片A，51-基座B，52-支撑连接柱B，53-弹性片B，54-阻尼橡胶B，55-约束板，56-外连螺柱B；61-基座C，62-外连螺柱C，63-支撑连接柱C，64-弹性片C，71-基座D，72-连接小螺栓，73-连接小螺母，74-外连螺柱D，75-支撑连接柱D，76-弹性片D，81-被隔振对象，82-周期结构机械滤波器，83-安装基础结构。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种周期结构机械滤波器。

该滤波器包括外连螺柱、基座、支撑连接柱、弹性片和阻尼橡胶；其中，基座分为上基座和下基座，上基座和下基座分别设置在滤波器上下两端，上基座和下基座通过外连螺柱分别连接两个被隔振对象，上基座和下基座分别与大于三个支撑连接柱连接，支撑连接柱围绕基座中心均匀分布；支撑连接柱的另一侧与弹性片连接，弹性片另一侧连接另一组支撑连接柱，支撑连接柱和弹性片间隔布置，每一组支撑连接柱之间布置阻尼橡胶。

如图1、图2和图3所示，具体设计的滤波器中，基座A11分为上基座和下基座，上下基座之间间隔布置支撑连接柱A14和弹性片A15，基座外侧分别连接外连螺柱A13，弹性片A15之间布置阻尼橡胶A12。

如图4所示，改变基座的形状，具体结构设计如图所示。

如图5所示，在图4基础上，增设了约束板55。基座B51分为上基座和下基座，上下基座之间间隔布置支撑连接柱B52和弹性片B53，基座外侧分别连接外连螺柱B56，弹性片B53周围布置阻尼橡胶B54，阻尼橡胶B54外设置约束板55。

如图6所示，不安装阻尼橡胶情况下一种五边形弹性片的周期结构机械滤波器设计方案示意图，弹性片C64为五边形，基座C61为圆形，弹性片C64和支撑连接柱C63间隔布置，基座C61两侧连接外连螺柱C62。

如图7所示，为图1不安装阻尼橡胶情况下的装配式机械滤波器结构示意图，基座D71一侧布置支撑连接柱D75，另一侧连接外连螺柱D74，弹性片D76和支撑连接柱D75间隔布置，支撑连接柱D75通过连接小螺栓72和连接小螺母73连接在弹性片D76上。

在具体应用中，上、下基座通过外连螺柱分别连接两个需要隔离振动相互传递的物体，连接形式不局限于螺柱连接，根据被隔振对象确定最佳连接方式，图示只是提供了其中一种。每个基座分别与大于等于三个支撑连接柱连接，支撑连接柱围绕基座中心呈现均匀分布形式。支撑连接柱的另外一面与弹性片相连接，弹性片的另外一侧再次相连之前一侧连接数量的支撑连接柱，且同样围绕弹性片中心均匀分布，但该支撑连接柱的中心轴正好对应前面支撑连接柱之间的空隙中间部位，以此类推最终连接到另一基座，中间连接弹性片的数量视情况而定。振动控制对象发生运动后将力通过外连螺柱传递给基座，通过支撑连接柱进而传递给弹性片、阻尼橡胶，从而实现减隔振的作用。

如图1、4、5所示，阻尼橡胶的安装方式并不唯一，附图中提供了三种形状的橡胶结构及安放方式，其他安放方式视结构隔振性能要求而定。侧面安装橡胶层时分两种情况，一种是只有一层橡胶，另一种是在橡胶层的外侧额外粘贴约束板，约束板的材料可以为铝合金或者不锈钢。

如图1、6所示，弹性片的形状并不唯一，可以为圆形、五变形、三角形、四边形以及其他多边形结构。基座与支撑连接柱与弹性片情况类似。

整个结构可以采用增材制造方式加工成型，上下基座、支撑连接柱、弹性片最好做成一体式结构，上下基座上打有螺纹孔以便插入外连螺柱，外连螺柱选用标准件。其中，图7提供了一种装配式的周期结构机械滤波器，基座、支撑连接柱、弹性片均额外加工有小孔用于连接小螺栓通过进而连接整体结构装配。

如果采用装配方案，在装配过程中，首先将连接小螺栓穿过一个基座，连接小螺栓的六角头均位于基座安装外连螺柱的一侧，然后在每个连接小螺栓上套上支撑连接柱，之后在弹性片上插入连接小螺柱，数量为弹性片上孔的一半并每隔一个孔间隔插入，并使得连接小螺柱的六角头均位于弹性片的一侧，然后将插入好连接小螺柱的弹性片连接小螺柱六角头所在的一侧对向刚才放置好支撑连接柱的一方，将弹性片上剩余的孔穿过已经穿过支撑连接柱的连接小螺柱，用上述同样的方法将弹性片、支撑连接柱交替连接在一起直到满足所要求的弹性片数量为止，最后再连接上另一基座，另一基座有外连螺柱的那一侧向外。

如图8所示，为最终的安装状态示意图。周期结构机械滤波器82安装在安装基础结构83上，周期结构机械滤波器82上连接被隔振对象81。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种周期结构机械滤波器，其特征在于：包括外连螺柱、基座、支撑连接柱、弹性片和阻尼橡胶；其中，基座分为上基座和下基座，上基座和下基座分别设置在滤波器上下两端，上基座和下基座通过外连螺柱分别连接两个被隔振对象，上基座和下基座分别与大于三个支撑连接柱连接，支撑连接柱围绕基座中心均匀分布；支撑连接柱的另一侧与弹性片连接，弹性片另一侧连接另一组支撑连接柱，支撑连接柱和弹性片间隔布置，每一组支撑连接柱之间布置阻尼橡胶；

所述弹性片两侧的支撑连接柱数量相同，弹性片一侧的支撑连接柱的中心轴对应弹性片另一侧支撑连接柱之间的空隙中间部位；

所述支撑连接柱高度不低于弹性片厚度的二倍，支撑连接柱高度小于弹性片最大尺寸方向尺寸；

所述阻尼橡胶贴敷于两个弹性片中间部位，此时，阻尼橡胶高度与支撑连接柱相同；

所述阻尼橡胶围绕于弹性片周围布置，此时，阻尼橡胶高度高于支撑连接柱。

2.根据权利要求1所述的周期结构机械滤波器，其特征在于：所述基座为被隔振对象的一部分，基座厚度不小于弹性片厚度。

3.根据权利要求1所述的周期结构机械滤波器，其特征在于：滤波器金属部分采用增材制造方式加工成型，或采用焊接成型，或采用数控加工成型，或单独制造部件最后装配成型。

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