CN110864075B - 垂直向隔振系统 - Google Patents

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Abstract

一种垂直向隔振系统，其包括：一承重座，其包括有在垂直方向位移的上平台；一导轨组体，其环绕在所述承重座周围，且设有多个弧形滑道；以及多个挫曲构件，每一挫曲构件的顶端部与上平台连动，而底端部则滑设至其对应的弧形滑道处，当上平台沿垂直方向位移时，挫曲构件会产生不同程度的挫曲现象，而挫曲构件的底端部会沿弧形滑道滑动。据此，所述垂直向隔振系统通过挫曲及滑动的力学机制，以提供非线性回复力，达到垂直隔振效果。

Description

垂直向隔振系统
技术领域
本发明具体涉及一种垂直向隔振系统。
背景技术
高科技厂房，随着制程技术的发展与设备的演进，其各项生产设备对于振动的要求随之提高。振动对于生产线的影响，可能降低产品的良率，也可能导致生产线的停摆，造成重大的经济损失。因此，发展相关的隔、减振技术，以降低生产机台或精密仪器所受到的振动刻不容缓。由于非线性隔振系统可突破传统线性隔振系统的隔振频率限制，故目前已陆续朝非线性隔振技术发展，以实现大范围频率隔振，进而提高隔振效果。
如中国专利案CN 102606673B提出的一种非线性隔振系统，其主要是利用一组垂直方向的电磁弹簧及两组水平方向的电磁弹簧，通过调整控制电流，使垂直和水平电磁弹簧的劲度满足一比例关系，以实现大范围频率隔振。然而，此隔振系统需使用永久磁铁及电磁铁，可能对某些精密仪器造成干扰，故应用性受限。此外，中国专利案CN 105179587B提出另一种非线性隔振系统，其于垂直向隔振方面主要利用垂直支撑梁及水平设置的负劲度调节器，以降低垂直向的隔振频率。虽然此系统同样可实现大范围频率隔振，但结构设计却较为复杂。
有鉴于现有的非线性隔振系统尚有许多待改进的空间，目前仍亟需发展各种新概念的系统结构设计，以实现非线性隔振技术的实际应用。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种垂直向隔振系统，其利用挫曲及滑动的力学机制，以达到非线性隔振效果，进而减低待隔振体受到垂直向振动波的破坏。
为达上述目的，本发明提供的垂直向隔振系统包括：一承重座，其包括一上平台、一导移机构及一下基底，所述上平台用于安设一待隔振体，而所述导移机构设置在所述上平台与所述下基底之间，使所述上平台可相对于所述下基底在一垂直方向位移；一导轨组体，其环绕在所述承重座周围，且设有多个弧形滑道，其中每一所述多数弧形滑道分别由一内侧位置向上并朝远离所述承重座的侧面方向延伸至一外侧位置；以及多个挫曲构件，每一所述多个挫曲构件具有一顶端部、一底端部及一本体部，每一所述多个挫曲构件的所述顶端部与所述上平台连动，而所述底端部则滑设至其分别对应的所述弧形滑道，当所述上平台沿所述垂直方向相对于所述下基底位移时，每一所述多个挫曲构件的所述顶端部随所述上平台在所述垂直方向位移，使得所述顶端部与所述底端部间的所述本体部产生不同程度的挫曲变形，当所述多个挫曲构件的所述挫曲变形达一预定程度时，每一所述多个挫曲构件的所述底端部会沿所述弧形滑道滑动至一平衡位置。
据此，本发明的垂直向隔振系统可应用于设备物(如精密仪器或设备)的隔振，其通过挫曲及滑动的力学机制，提供非线性回复力，减低待隔震体在垂直方向上的振动程度，避免待隔振体受到垂直向振动波的影响或破坏。
在本发明中，所述导移机构为任何能使上平台沿垂直方向相对位移的机构。例如，本发明一优选实施例即是利用导轨设计，以使上平台于外力作用下可沿垂直方向相对于下基底位移。
在本发明中，所述导轨组体用于提供滑动曲面，使挫曲构件的底端部可沿着滑动曲面作弧线运动，进而通过滑动力学机制，以提供系统回复力。在此，所述导轨组体包括多个滑轨座，且每一滑轨座具有一弧形滑道。为确保系统于对称的力学行为下作动，优选方案是，所述多个滑轨座对称设置在承重座周围。例如，在本发明的一优选实施例中，所述导轨组体由四个滑轨座所组成，其分别对称设置在承重座的四侧，且具有相同的弧形滑道设计。此外，所述导轨组体的弧形滑道可设计为由内侧位置至外侧位置呈斜率渐增的弧形，且弧形滑道的曲率及弧长可根据需求作适当设计，以达到所需的隔振效果。
在本发明中，所述多个挫曲构件利用其本体部的挫曲特性及底端部的滑动行为，以产生非线性的隔振效果。为确保系统于对称的力学行为下作动，优选方案是，所述多个挫曲构件对称设置在系统中，且具有相同的结构设计。例如，在本发明的一优选实施例中，所述垂直向隔振系统设有四个挫曲构件，且所述多个挫曲构件的顶端部分别对称连接至上平台的四侧，而设计成滑轮结构的底端部则分别滑设至对称设置的四个滑轨座。在此，挫曲构件的本体部由多个弹性片(如钢薄片)迭加而成，以加强挫曲构件的劲度。尤其，为控制挫曲构件受轴向外力作用时能朝预定方向挫曲变形，优选方案是，所述弹性片按照长度从长到短地朝远离所述承重座的侧面方向按照顺序迭加。由此，当挫曲构件的顶端部受到下压力时，所述多个挫曲构件的本体部便可变形成凹口朝向所述承重座的挫曲状。
在本发明中，“内侧”及“外侧”指侧面方向(即水平方向)上的相对位置，其将较靠近承重座的位置定义为内侧，而较远离承重座的位置则定义为外侧。
在本发明中，“对称设置”指沿圆周方向等角度地间隔设置多个组成构件。例如，若于承重座周围对称设置四个滑轨座，即表示相邻两滑轨座间沿圆周方向相隔90度；若于承重座周围对称设置六个滑轨座，即表示相邻两滑轨座间沿圆周方向相隔60度。同样地，若设有四个挫曲构件对称连接至上平台，即表示相邻两挫曲构件间沿圆周方向相隔90度；若设有六个挫曲构件对称连接至上平台，即表示相邻两挫曲构件间沿圆周方向相隔60度。
为让上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以优选实施例配合附图进行详细说明。
附图说明
图1为本发明一具体实施例中垂直向隔振系统立体示意图；
图2为本发明一具体实施例中垂直向隔振系统侧面示意图；
图3为本发明一具体实施例中挫曲构件立体示意图；
图4为本发明一具体实施例中挫曲构件立体分解图。
垂直向隔振系统-100； 承重座-10；
上平台-11； 导移机构-13；
下基底-15； 导轨组体-30；
滑轨座-31； 弧形滑道-311；
挫曲构件-50； 顶端部-51；
底端部-53； 本体部-55；
第一弹性片-551； 第二弹性片-553；
第三弹性片-555； 待隔振体-M；
内侧位置-P1； 外侧位置-P2；
平衡位置-P3； 垂直方向-Z；
第一方向-D1； 第二方向-D2；
第三方向-D3； 第四方向-D4。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员通过本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。需注意的是，以下附图均为简化的示意图，附图中的组件数目、形状及尺寸可依实际实施状况而随意变更，且组件布局状态可更为复杂。本发明也通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一具体实施例中垂直向隔振系统100立体示意图。如图1所示，本具体实施例的垂直向隔振系统100包括一承重座10、一导轨组体30及四个挫曲构件50，其中承重座10的上平台11可沿垂直方向Z上下位移，而导轨组体30则环绕于承重座10周围，且挫曲构件50的顶端部51固定于承重座10，底端部53则滑设于导轨组体30的弧形滑道311处。据此，如图2所示的侧面示意图(为方便显示承重座10的整体结构，此图省略了设置在承重座10前后两侧的组件)，当将待隔振体M安设于承重座10的上平台11上时，上平台11于待隔振体M重量作用下会向下位移，并对挫曲构件50的顶端部51施加轴向下压力，进而导致挫曲构件50产生挫曲现象，且挫曲构件50的底端部53会沿着导轨组体30的弧形滑道311向上滑动至一平衡位置P3，以达力平衡状态。由于所述多个挫曲构件50可利用挫曲及滑动来提供非线性回复力，故当系统受到外力(如地震力)作用时，所述系统通过挫曲及滑动的力学机制，以降低振动波在垂直方向上对待隔振体M造成的影响。
下文将逐一详细说明本发明垂直向隔振系统100的主要构件结构及其连接关系。为方便说明，以图1中的承重座10为中心点，将四个相互垂直且远离承重座10的侧面方向(即朝外方向)分别定义为第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4。
所述承重座10包括一上平台11、一导移机构13及一下基底15(请见图2)，其中导移机构13设置在上平台11与下基底15之间，其通过导轨设计，使得上平台11可相对于下基底15在垂直方向Z上位移。
所述导轨组体30包括四个滑轨座31，其分别对称设置在承重座10的四侧(即前侧、后侧、左侧及右侧)，且每一滑轨座31设有一弧形滑道311。在此，每一滑轨座31的弧形滑道311由内侧位置P1向上并朝远离承重座10的侧面方向(即第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4)延伸至外侧位置P2，并由内侧位置P1至外侧位置P2呈斜率渐增的弧形。
四个挫曲构件50分别具有一顶端部51、一底端部53及一本体部55，其顶端部51分别对称固定于上平台11的四侧，而底端部53为滑轮部，其分别滑设至其对应滑轨座31的弧形滑道311。据此，当上平台11沿垂直方向Z相对于下基底15位移时，每一挫曲构件50的顶端部51会随上平台11在垂直方向Z位移，使得顶端部51与底端部53间的本体部55产生不同程度的挫曲变形，当挫曲构件50的挫曲变形达一预定程度时，挫曲构件50的底端部53会沿弧形滑道311滑动至平衡位置，以达到力平衡状态。
更进一步地说，图3、图4分别为挫曲构件50的立体示意图及分解图。挫曲构件50的本体部55呈长条状，其由顶端部51延伸至底端部53，并由多个不同长度的弹性片迭加而成，以加强本体部55的劲度，并控制挫曲构件50受轴向外力时可朝预定方向弯曲。在此，组成本体部55的弹性片举例为钢薄片，但不限于此，且弹性片的个数及断面尺寸并无特殊限制，本领域人员可依实际需求变化，而本具体实施例以三个宽度相同但长度不同的弹性片作示例性说明，其分别为第一弹性片551、第二弹性片553及第三弹性片555，其中第一弹性片551的长度由顶端部51延伸至底端部53，而第二弹性片553长度小于第一弹性片551长度，第三弹性片555长度则小于第二弹性片553长度。为控制挫曲构件50受轴向外力时能如图2所示变形成凹口朝向所述承重座10的挫曲状，每一挫曲构件50中的弹性片按照长度从长到短地朝远离承重座10的侧面方向(即第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4)按照顺序迭加，也就是说，第二弹性片553锁固于第一弹性片551的外侧面(即第一弹性片551背向承重座10的所述侧面)，而第三弹性片555则锁固于第二弹性片551的外侧面(即第二弹性片553背向承重座10的所述侧面)。
在实际应用中，滑轨座31及挫曲构件50的个数并不限于本具体实施例所示的个数，本领域人员可依需求，对称设置所需数量的滑轨座31于承重座10周围，并对称设置所需数量的挫曲构件50，以分别对应滑轨座31。
综上所述，本发明的垂直向隔振系统可应用于设备物(如精密仪器或设备)的隔振，其通过挫曲及滑动的力学机制，提供非线性回复力，减低待隔震体在垂直方向上的振动程度，避免待隔振体受到垂直向振动波的破坏。
上述实施例仅用来例举本发明的实施例，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求界定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种垂直向隔振系统，其特征在于，包括：
一承重座，其包括一上平台、一导移机构及一下基底，所述上平台用于安设一待隔振体，而所述导移机构设置在所述上平台与所述下基底之间，使所述上平台可相对于所述下基底在一垂直方向位移；
一导轨组体，其环绕在所述承重座周围，且设有多个弧形滑道，其中每一所述弧形滑道分别由一内侧位置向上并朝远离所述承重座的侧面方向延伸至一外侧位置；以及
多个挫曲构件，每一所述多个挫曲构件具有一顶端部、一底端部及一本体部，每一所述多个挫曲构件的所述顶端部与所述上平台连动，而所述底端部则滑设至其分别对应的所述弧形滑道，当所述上平台沿所述垂直方向相对于所述下基底位移时，每一所述多个挫曲构件的所述顶端部随所述上平台在所述垂直方向位移，使得所述顶端部与所述底端部间的所述本体部产生不同程度的挫曲变形，当所述多个挫曲构件的所述挫曲变形达一预定程度时，每一所述多个挫曲构件的所述底端部会沿所述弧形滑道滑动至一平衡位置。
2.根据权利要求1所述的垂直向隔振系统，其特征在于，所述弧形滑道由所述内侧位置至所述外侧位置呈斜率渐增的弧形。
3.根据权利要求1所述的垂直向隔振系统，其特征在于，每一所述多个挫曲构件的所述底端部为一滑轮部。
4.根据权利要求1所述的垂直向隔振系统，其特征在于，当每一所述多个挫曲构件的所述顶端部受到下压力时，每一所述多个挫曲构件的所述本体部变形成凹口朝向所述承重座的挫曲状。
5.根据权利要求4所述的垂直向隔振系统，其特征在于，每一所述多个挫曲构件的所述本体部由多个不同长度的弹性片迭加而成。
6.根据权利要求5所述的垂直向隔振系统，其特征在于，所述弹性片按照长度从长到短地朝远离所述承重座的所述侧面方向按照顺序迭加。
7.根据权利要求1所述的垂直向隔振系统，其特征在于，所述导轨组体包括多个滑轨座，且每一所述多个滑轨座具有所述弧形滑道。
8.根据权利要求7所述的垂直向隔振系统，其特征在于，所述多个滑轨座为四个滑轨座，而所述多个挫曲构件为四个挫曲构件。
9.根据权利要求8所述的垂直向隔振系统，其特征在于，所述多个滑轨座分别对称设置在所述承重座的四侧，而所述多个挫曲构件的所述顶端部则分别对称连接至所述上平台的四侧。
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