CN110230659B - 一种周期性垂向隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期性垂向隔振装置，属于机械结构隔振领域，其通过对应设置顶板组件、底板组件、多个承力杆和多个导杆，各承力杆可分别与顶板组件中的第一竖板和底板组件中的第二竖板匹配，并对应拼装成具有周期性结构的隔振装置，由其可有效实现精密仪器/设备在使用过程中对中低频竖向振动的隔振。本发明的周期性垂向隔振装置，其结构简单，设置简便，通过顶板组件与底板组件的对应设置，配合橡胶衬套、支撑杆、导杆等组件的对应工作，能有效实现中低频竖向振动的隔振，产生良好的隔振效果，且隔振装置的结构可靠性高，调整方便，能有效适用于有中低频隔振的各种场合，适用范围广，设置成本低，具有较好的应用前景和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于机械结构隔振领域，具体涉及一种周期性垂向隔振装置。
背景技术
在工业生产和科学研究中，精密仪器/设备的应用十分广泛。大多情况下，精密仪器在运行或者工作时对应用环境的要求均较高，需要尽量隔绝或减少外界因素对仪器的影响，以保证仪器的正常工作。
通常情况下，外界振动对精密仪器的正常使用会产生一定的影响，造成工作结果的失准，甚至无法正常工作。因此，精密仪器使用过程中的振动隔离问题也成为了较为棘手的问题。根据激振源的不同，精密仪器的隔振可看作是被动隔振，其与主动隔振相对应。被动隔振主要针对振源来自支承振动的情况，是为了减少外界振动传到系统中来，通常需要把系统安装在一个隔振的台座上，使之与振动基座隔离，其也被称为消极隔振。例如车辆的乘座、精密仪器的安装、环境运输的包装、舰艇上导弹发射架的隔振等大多都属此类。此外，根据振动频率的差异，可将设备的振动情况分为中低频振动和高频振动。
目前，精密仪器应用过程中的需要重点考虑的振动大多为中低频振动。而对于中低频振动的隔离，常规的被动隔振难以有较好的效果，尤其是对于200Hz以下的振动，振动衰减效果较差；虽然采用主动隔振技术可对一些小型精密设备的低频隔振产生一定的效果，但是主动隔振的成本高，装配复杂，装配空间有限；而对于一些大型设备，由于其静载荷较大，采用主动隔振的方式通常难以产生较大的能量去抵消、抑制振动，导致隔振效果较差，进而限制了大型设备的广泛应用。
简言之，如何解决中低频振动的隔离问题是精密仪器/设备应用过程中亟需解决的棘手问题，其极大地影响了精密仪器的正常使用，制约其的进一步发展和应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种周期性垂向隔振装置，其通过对应设置顶板组件、底板组件、多个承力杆和多个导杆，可对应拼装成具有周期性结构的隔振装置，由其有效实现中低频竖向振动的隔振，能对中低频振动产生较好的隔振效果，减少中低频振动对精密仪器/设备正常工作的影响，提升精密仪器/设备使用过程中的准确性和稳定性，确保精密仪器/设备的正常使用，减少使用误差的产生。
为实现上述目的，本发明提供一种周期性垂向隔振装置，其特征在于，包括可在竖向上对应匹配的顶板组件和底板组件，以及对应设置的多个承力杆和多个导杆；
所述顶板组件包括呈水平设置的顶板和多个平行间隔设置在所述顶板底面上的第一竖板，所述第一竖板沿竖向设置，且各所述第一竖板上分别间隔开设有多个贯穿板体两端面的第一通孔，多个所述第一通孔在板面上呈周期性矩阵排布，以及各所述第一竖板上开设的第一通孔的排布形式相同，并分别在水平方向上同轴对正；
所述底板组件包括呈水平设置的底板和多个平行间隔设置在所述底板顶面上的第二竖板，所述第二竖板沿竖向设置，且各所述第二竖板上分别间隔开设有多个贯穿板体两端面的第二通孔，各所述第二竖板上的第二通孔的排布形式与所述第一竖板上第一通孔的排布形式相同，并使得所述顶板组件和所述底板组件对应匹配时，相邻的两所述第一竖板之间间隔设置有一个所述第二竖板，且各所述第一竖板与所述底板之间、各所述第二竖板与所述顶板之间间隔有一定距离，以及各所述第二通孔分别在水平方向上与对应的第一通孔同轴对正，以使得所述承力杆可依次穿过水平间隔设置的所述第一通孔和所述第二通孔，并以两端分别突出最外侧两个竖板的端面；
所述第一通孔和所述第二通孔内分别同轴设置有橡胶衬套，其内径等于所述承力杆的外径，以使得所述承力杆可依次穿过水平同轴对正的多个所述橡胶衬套；且所述顶板和所述底板上分别对应各所述导杆设置有套筒单元，所述套筒单元包括设置于所述顶板上的第一套筒和设置于所述底板上的第二套筒，所述第一套筒贯穿所述顶板的两端面，其内部中空且内壁光滑；继而所述导杆的顶部可对应穿过所述第一套筒并与其组成滑动副结构，且所述导杆的底部可对应伸入所述第二套筒中并与其固定连接；同时，对应所述导杆伸出所述第一套筒的端部设置有压紧螺母，其可对应套设在所述导杆上，实现所述顶板组件的竖向限位，通过各所述导杆的对应设置，可实现各所述承力杆与各竖板的对应压紧，从而形成适用于中低频隔振的周期性垂向隔振装置。
作为本发明的进一步改进，各所述承力杆的两端伸出对应竖板端面的长度相等。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔在所述第一竖板上呈4×4的矩阵排布，即所述第二通孔在所述第二竖板上呈4×4的矩阵排布。
作为本发明的进一步改进，所述承力杆的两端外周上分别开设外螺纹，并对应其两端分别设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母可对应旋紧在所述承力杆伸出最外侧两竖板端面的端部上，以防止所述承力杆沿轴向滑动。
作为本发明的进一步改进，在所述第一套筒与所述压紧螺母之间设置有压紧弹簧，所述压紧弹簧可对应套设在所述导杆的外周，并分别以其两端抵接所述第一套筒和所述压紧螺母。
作为本发明的进一步改进，所述橡胶衬套为丁腈橡胶衬套。
作为本发明的进一步改进，所述承力杆为实心的PVC圆棒。
作为本发明的进一步改进，所述承力杆的外径为8～12mm，所述橡胶衬套的厚度为0.5～2mm。。
作为本发明的进一步改进，所述第一竖板的长度与所述第二竖板的长度相等，和/或所述第一竖板的高度与所述第二竖板的高度相等。
作为本发明的进一步改进，所述第二套筒的设置形式与所述第一套筒的设置形式相同，即所述导杆的底部可对应穿过所述第二套筒，并可以所述压紧螺母对所述导杆伸出所述第二套筒的端部限位。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明的周期性垂向隔振装置，其通过对应设置顶板组件、底板组件、多个承力杆和多个导杆，可对应拼装成具有周期性结构的隔振装置，由其有效实现了中低频竖向振动的隔振，能对中低频振动产生较好的隔振效果，减少了中低频振动对精密仪器/设备正常工作的影响，提升了精密仪器/设备使用过程中的准确性和稳定性，确保了精密仪器/设备的正常使用，减少了使用误差的产生；
(2)本发明的周期性垂向隔振装置，其通过在顶板组件和底板组件之间对应设置多个导杆，对应导杆在顶板和底板上设置有套筒单元，通过套筒单元与导杆的对应匹配，可准确实现各承力杆与各竖板的对应压紧，设置简单，调节便捷，且通过压紧弹簧的对应设置，可进一步提升隔振效果，提升隔振装置的应用稳定性；
(3)本发明的周期性垂向隔振装置，其通过对应承力杆两端分别设置锁紧螺母，确保各承力杆长度相等的同时，各承力杆两端伸出最外侧两竖板端面的长度相等，有效防止了承力杆在工作过程中沿轴向的滑动，确保了各承力杆受力的一致性和稳定性，提升了周期性结构的稳定性，进一步提升了隔振效果；
(4)本发明的周期性垂向隔振装置，其结构简单，设置简便，通过顶板组件与底板组件的对应设置，配合橡胶衬套、支撑杆、导杆等组件的对应工作，能有效实现中低频竖向振动的隔振，产生良好的隔振效果，且隔振装置的结构可靠性高，调整方便，能有效适用于有中低频隔振的各种场合，适用范围广，设置成本低，具有较好的应用前景和推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例中周期性垂向隔振装置的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中周期性垂向隔振装置的结构正视图；
图3是本发明实施例中隔振装置在未装配承力杆和衬套时的立体结构示意图；
图4是本发明实施例中周期性垂向隔振装置未装配承力杆和衬套时的结构侧视图；
图5是本发明实施例中周期性垂向隔振装置未装配承力杆时的结构侧视图；
图6是本发明另一个实施例中周期性垂向隔振装置的立体结构示意图；
图7是本发明实施例中周期性垂向隔振装置应用时的频响函数示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.顶板组件，101.顶板，102.第一竖板，103.第一通孔；2.底板组件，201.底板，202.第二竖板，203.第二通孔；3.承力杆，4.衬套，5.导杆，501.压紧弹簧，502.压紧套筒，503.压紧螺母；6.锁紧螺母。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明优选实施例中的周期性垂向隔振装置如图1中所示，由图示不难看出，隔振装置包括对应设置的顶板组件1和底板组件2，两者通过多个导杆5对应匹配连接，并分别对应顶板组件1和底板组件2设置有多个承力杆3和多个衬套4，进而组装成如图1中所示的隔振装置。
具体地，优选实施例中的顶板组件1包括水平设置的顶板101和多个平行间隔设置在顶板101底面上的第一竖板102，第一竖板102沿竖向设置，即第一竖板102与顶板101的板面垂直设置；进一步地，各第一竖板102上分别间隔开设有多个贯穿其两侧板面的第一通孔103，且各第一竖板102上的第一通孔103分别在水平方向上同轴对正，以用于承力杆3的对应设置；进一步地，多个第一通孔103在第一竖板102上呈矩阵排列，在优选实施例中，第一通孔103进一步优选呈4×4的矩阵排布，如图4中所示。
显然，两个横向相邻的第一通孔103之间的距离可以等于或者不等于两个竖向相邻的第一通孔103之间的距离，即依次相邻的四个第一通孔103的连线为可以呈正方形或者呈长方形，这在优选实施例中为长方形。进一步优选地，横向相邻的两个第一通孔103之间的间距为70mm，纵向相邻的两个第一通孔103之间的间距为30mm。
进一步地，优选实施例中的底板组件2对应顶板组件1设置，其包括水平设置的底板201和多个平行间隔设置在底板201顶面上的第二竖板202，各第二竖板202分别沿竖向设置，且顶板组件1与底板组件2对应匹配时，各第一竖板102分别平行于各第二竖板202，且相邻两个第一竖板102之间间隔设置有一个第二竖板202，即在优选实施例中，第一竖板102的设置数量比第二竖板202的设置数量多一个，在优选实施例中，第一竖板102的设置数量为三个，第二竖板202的设置数量为两个，任意两相邻的第一竖板102之间间隔设置有一个第二竖板202。
显然，两种竖板的设置数量不局限于上述一种形式，第一竖板102的设置数量也可以等于或者小于第二竖板202的设置数量，只要保证顶板组件1与底板组件2对应匹配后，相邻的两第一竖板102之间夹有一个第二竖板202，且相邻两第二竖板202之间夹有一个第一竖板102即可，确保两种竖板在水平方向上设置时的周期性。
进一步具体地，优选实施例中的第二竖板202上对应第一竖板102上的多个第一通孔103间隔开设有多个第二通孔203，以使得底板组件2与顶板组件1对应匹配时，第二竖板202上的各第二通孔203可分别与该第二竖板202两侧的两第一竖板102上的各第一通孔103在水平方向上同轴对正，继而使得两种竖板上的各通孔可在两组件对应匹配后在水平方向上同轴对正，以用于承力杆3的对应设置。进一步地，当同轴设置的各第一通孔103与同轴设置的各第二通孔203同轴对正时，第一竖板102的底部与底板201的顶面之间间隔有一定的距离，且第二竖板202与顶板101的底面之间间隔有一定的距离；进一步优选地，第一竖板102和第二竖板202的长度尺寸、高度尺寸相等，即第一竖板102与底板201的距离等于第二竖板202与顶板101的距离。
进一步地，承力杆3对应在水平方向上同轴对正的第一通孔103和第二通孔203设置，其可同轴穿过同轴对正的第一通孔103和第二通孔203，并使得其两端分别突出于位于最外侧的两板体的板面，在优选实施例中对应突出于最外侧的两个第一竖板102的板面。进一步地，在各第一通孔103和各第二通孔203中分别同轴设置有衬套4，其为橡胶衬套，并可进一步优选为丁腈橡胶衬套，继而使得承力杆3可同轴穿过各依次对正的第一通孔103和第二通孔203，并由各通孔中的衬套4对应支撑，如图1中所示。
进一步地，各承力杆3两端伸出板面的长度相等，且相互平行的各承力杆3的两端在竖向平面内平齐。同时，为确保各承力杆3在工作过程中不产生轴向滑动，优选实施例中的承力杆3两端外周上分别开设有外螺纹，并对应两端分别设置有锁紧螺母6，通过承力杆3两端锁紧螺母6的对应限位，可将承力杆3对应锁定，并确保承力杆3两端伸出板面的长度始终得以保持，确保隔振装置的隔振稳定性；进一步地，优选实施例中的承力杆3为一定尺寸的PVC实心圆棒，其外径优选为8～12mm，即衬套4的内径优选为8～12mm，相应地，衬套4的厚度尺寸优选为0.5～2mm，进一步优选为1mm，继而第一竖板102和第二竖板202上对应开设的通孔尺寸便可对应确定。
进一步地，对应竖向依次设置的顶板组件1和底板组件2设置有若干导杆5，其优选为沿竖向设置的四根，四根导杆5分别设置在顶板101和底板201的四角处，如图1中所示，导杆5的底部固定连接在底板201上，其顶部突出于顶板101的顶面；具体地，在底板201的顶面上，对应导杆5的底部设置有连接套筒，连接套筒与导杆5的底部通过螺纹连接，继而导杆5的一端可稳定连接在底板201的顶面上；相应地，在顶板101上对应导杆5设置有压紧套筒502，其内部中空且内壁光滑，以及压紧套筒502贯穿顶板101的两端面设置，使得导杆5可对应穿过压紧套筒502，并与之形成滑动副结构。进一步地，对应导杆5伸出顶板101顶面的端部设置有压紧螺母503，其可对应套设在导杆5的端部，并对应抵接压紧套筒502的端部，以将顶板组件1和底板组件2竖向压紧，防止导杆5的竖向滑动；进一步优选地，在压紧螺母503与压紧套筒502之间设置有压紧弹簧501，其套设在导杆5的一端，并以两端分别抵接压紧套筒502的端部和压紧螺母503的端面，如图1中所示。
当然，导杆5与顶板101和底板201的连接形式也不局限于上述一种形式，上述设置形式势必会使得隔振装置的安装具有一定方向性，即底板201设置在下方，并以其与基座连接。而在另一个优选实施例中，隔振装置的设置形式如图6中所示，即导杆5的两端分别穿过顶板101和底板201，两板上对应设置有多个压紧套筒502，并在导杆5的两端上分别设置有压紧弹簧501和压紧螺母503，通过导杆5两端压紧弹簧501的设置，使得各承力杆3和各竖板之间处于压紧状态。继而在隔振装置安装时，不管顶板101在上，还是底板201在上，都能实现隔振装置的安装，但相应地，需要对应顶板101或者底板201设置一定高度的安装基台，使得隔振装置以底板201或者顶板101安装在安装基台上后，其导杆5的底部处于悬空状态，即安装基台的高度不低于导杆5伸出对应板体端面的长度。
综上，通过上述设置，使得顶板组件1和底板组件2对应匹配连接，且各承力杆3可通过各衬套4承受来自各竖板的压力，从而形成三维空间内沿竖向的周期性结构，即形成沿振动传播方向的三维周期结构。从波的传播理论可知，弹性波在周期结构中传播时会形成特殊的阻带和通带特性。当弹性波的频率处于阻带范围内，弹性波及振动的传播得以被阻隔。利用该原理，本发明中的隔振装置设计成上述沿着振动传播方向的三维周期结构。继而将该隔振装置对应安装连接在振动源基座上，并将被隔振装置安装在该隔振装置的顶部，如此，基座传递来的垂向振动可依次通过底板及与底板相连的各竖板经由橡胶衬套传至各承力杆，承力杆再将振动传至与顶板固连的竖板及顶板。其中弹性波在周期性的承力杆与竖板之间传递产生来回反射、透射和散射，处于该周期隔振结构内频率带隙内的激励频率成分会得到大幅衰减，从而产生隔振的效果。
本发明中的周期性垂向隔振装置在应用时，通过对周期性垂向隔振装置进行隔振测试，可以得出其在0～200Hz内的频响函数，如图7中所示，从图示中不难看出，在70～130Hz频段内频响函数幅值均低于-50dB，即隔振装置在该频段内具有良好的隔振效果。
本发明中的周期性垂向隔振装置，其结构简单，设置简便，通过顶板组件和底板组件的对应设置，结合衬套、支撑杆、导杆等组件，能有效实现中低频竖向振动的隔振，产生良好的隔振效果，且隔振装置的结构可靠性高，调整方便，能有效适用于有中低频隔振的各种场合，适用范围广，设置成本低，具有较好的应用前景和推广价值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种周期性垂向隔振装置，其特征在于，包括可在竖向上对应匹配的顶板组件和底板组件，以及对应设置的多个承力杆和多个导杆；
所述顶板组件包括呈水平设置的顶板和多个平行间隔设置在所述顶板底面上的第一竖板，所述第一竖板沿竖向设置，且各所述第一竖板上分别间隔开设有多个贯穿板体两端面的第一通孔，多个所述第一通孔在板面上呈周期性矩阵排布，以及各所述第一竖板上开设的第一通孔的排布形式相同，并分别在水平方向上同轴对正；
所述底板组件包括呈水平设置的底板和多个平行间隔设置在所述底板顶面上的第二竖板，所述第二竖板沿竖向设置，且各所述第二竖板上分别间隔开设有多个贯穿板体两端面的第二通孔，各所述第二竖板上的第二通孔的排布形式与所述第一竖板上第一通孔的排布形式相同，并使得所述顶板组件和所述底板组件对应匹配时，相邻的两所述第一竖板之间间隔设置有一个所述第二竖板，且各所述第一竖板与所述底板之间、各所述第二竖板与所述顶板之间间隔有一定距离，以及各所述第二通孔分别在水平方向上与对应的第一通孔同轴对正，以使得所述承力杆可依次穿过水平间隔设置的所述第一通孔和所述第二通孔，并以两端分别突出最外侧两个竖板的端面；
所述第一通孔和所述第二通孔内分别同轴设置有橡胶衬套，其内径等于所述承力杆的外径，以使得所述承力杆可依次穿过水平同轴对正的多个所述橡胶衬套；且所述顶板和所述底板上分别对应各所述导杆设置有套筒单元，所述套筒单元包括设置于所述顶板上的第一套筒和设置于所述底板上的第二套筒，所述第一套筒贯穿所述顶板的两端面，其内部中空且内壁光滑；继而所述导杆的顶部可对应穿过所述第一套筒并与其组成滑动副结构，且所述导杆的底部可对应伸入所述第二套筒中并与其固定连接；同时，对应所述导杆伸出所述第一套筒的端部设置有压紧螺母，其可对应套设在所述导杆上，实现所述顶板组件的竖向限位，通过各所述导杆的对应设置，可实现各所述承力杆与各竖板的对应压紧，从而形成适用于中低频隔振的周期性垂向隔振装置。
2.根据权利要求1所述的周期性垂向隔振装置，其中，各所述承力杆的两端伸出对应竖板端面的长度相等。
3.根据权利要求2所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述第一通孔在所述第一竖板上呈4×4的矩阵排布，即所述第二通孔在所述第二竖板上呈4×4的矩阵排布。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述承力杆的两端外周上分别开设外螺纹，并对应其两端分别设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母可对应旋紧在所述承力杆伸出最外侧两竖板端面的端部上，以防止所述承力杆沿轴向滑动。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，在所述第一套筒与所述压紧螺母之间设置有压紧弹簧，所述压紧弹簧可对应套设在所述导杆的外周，并分别以其两端抵接所述第一套筒和所述压紧螺母。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述橡胶衬套为丁腈橡胶衬套。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述承力杆为实心的PVC圆棒。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述承力杆的外径为8～12mm，所述橡胶衬套的厚度为0.5～2mm。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述第一竖板的长度与所述第二竖板的长度相等，和/或所述第一竖板的高度与所述第二竖板的高度相等。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的周期性垂向隔振装置，其中，所述第二套筒的设置形式与所述第一套筒的设置形式相同，即所述导杆的底部可对应穿过所述第二套筒，并可以所述压紧螺母对所述导杆伸出所述第二套筒的端部限位。
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