CN111649087A - 一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，属于电子设备的隔振器领域，解决了现有隔振器对变摩擦阻尼中心位置不可调节，当负载的实际重量与隔振器的额定承载量不同时，隔振器的振动中心偏离阻尼弹簧片的低摩擦阻尼力中心位置，从而减弱隔振器对高频振动载荷的隔振能力的问题。本发明的变摩擦阻尼隔振器，包括：底座、卡簧、摩擦导轨、上盖、负载安装座、摩擦压力弹簧、摩擦头和主隔振弹簧；摩擦导轨与卡簧通过摩擦导轨高度调节锥面配合，上盖压设于摩擦导轨上。本发明通过调节上盖的预紧力，使得摩擦导轨的中心位置可以上下移动，实现了隔振器中心位置的调节。

Description

一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器

技术领域

本发明涉及一种电子设备用的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，尤其涉及一种长期受到振动载荷作用(如车载、机载)的电子机柜等电子设备的隔振器。

背景技术

基于变摩擦阻尼的隔振器由于较高的低频阻尼以及较低的高频阻尼，使其同时具有较好的高频以及低频振动隔离效果，因而在电子机柜等电子设备的隔振领域上应用非常广泛。

现有干摩擦型隔振器的摩擦副通常使用一组变曲率弹簧片与摩擦块提供干摩擦阻尼，变曲率弹簧片在振动中心位置曲率大，两端曲率小；系统振动幅值小时，摩擦阻尼力小，振动幅值大时，摩擦阻尼大。但是当系统负载质量与隔振器额定负载质量有一定偏差时，系统的振动中心位置会发生偏移，导致系统的高频低振幅振动也具有较大的阻尼，削弱了隔振器对高频振动的隔振能力；同时在恶劣的振动环境中，弹簧片的磨损非常剧烈，使得隔振器的性能及使用寿命急剧下降。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，用以解决现有技术中隔振器使用寿命低、摩擦阻尼性能差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，包括：底座、卡簧、摩擦导轨和上盖；摩擦导轨具有摩擦导轨高度调节锥面，摩擦导轨与卡簧通过摩擦导轨高度调节锥面配合；上盖压设于摩擦导轨上。

进一步地，摩擦导轨主体为空心圆柱体，所述圆柱体的中间部具有第一壁厚，为摩擦导轨低摩擦阻尼段，所述圆柱体的两端具有第二壁厚，为摩擦导轨高摩擦阻尼段，第一壁厚小于第二壁厚。

进一步地，卡簧由弹簧钢材料制成，整体结构为一带豁口的圆环，卡簧上有锥面。

进一步地，所述变摩擦阻尼隔振器还包括负载安装座和主隔振弹簧，负载安装座包括主隔振弹簧安装槽，负载安装座通过主隔振弹簧安装槽压在主隔振弹簧上。

进一步地，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦压力弹簧，为螺旋弹簧或蝶形弹簧。

进一步地，在底座与负载安装座之间设有第二金属橡胶。

进一步地，在负载安装座与上盖之间设有第一金属橡胶。

进一步地，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦头，所述摩擦头与摩擦导轨接触的一端面设有倒角。

进一步地，摩擦导轨、摩擦头的材料与摩擦压力弹簧的材料不同。

进一步地，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦头导套，摩擦头通过摩擦头导套安装在负载安装座内。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.本发明的摩擦副(摩擦导轨、摩擦头)与摩擦压力弹簧相对独立，摩擦副的材料不受摩擦压力弹簧材料的限制，可选用耐磨性能好、摩擦阻尼高的材料，如耐磨合金钢、TiNi基马氏体形状记忆合金等，可以明显提高隔振器的寿命、摩擦阻尼性能以及可以缓解在长时间振动后的阻尼力减小等问题。

2.本发明的摩擦压力弹簧可采用常规的螺旋弹簧，也可根据实用工况选用碟形弹簧等，并且弹簧无需通过镀层、热处理等方式加强耐磨性能，可以降低隔振器的制造成本。

3.本发明的变阻尼摩擦结构的中心位置可以通过调节上盖的预紧力来调节，可以提高隔振器的变阻尼特性(振幅大时阻尼大，振幅小时阻尼小)，尤其是可以提高实际负载质量与隔振器额定负载质量有一定差别时隔振器的变阻尼特性。

4.本发明的隔振器设有第一金属橡胶和第二金属橡胶，在隔振器承受瞬时强冲击时，可减少主隔振弹簧、负载安装座和上盖所受的冲击力，提高了隔振器的使用寿命。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例的负载安装座结构示意图；

图3为本发明实施例的摩擦导轨结构示意图；

图4为本发明实施例的卡簧结构示意图；

图5为本发明实施例的摩擦头导套结构示意图；

图6为本发明实施例二的结构示意图。

附图标记：

1-底座，2-卡簧，3-摩擦导轨，4-上盖，5-负载安装座，6-摩擦压力弹簧，7-第一金属橡胶，8-摩擦头导套，9-摩擦头，10-主隔振弹簧，11-第二金属橡胶，12-调节导轨，31-摩擦导轨低摩擦阻尼段，32-摩擦导轨高摩擦阻尼段，33-摩擦导轨高度调节锥面，51-负载安装螺孔，52-摩擦压力弹簧安装窗口，53-摩擦头导轨安装螺孔，54-主隔振弹簧安装槽，81-导向孔，82-安装辅助孔，83-外螺纹。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明的一个实施例，公开了一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器(下称隔振器)，如图1至图5所示，包括：弹簧隔振系统、摩擦压力系统和摩擦中心位置调节系统。

弹簧隔振系统包括底座1、主隔振弹簧10和负载安装座5。底座1用来连接隔振器和设备平台；负载安装座5用来提供负载的安装窗口；主隔振弹簧10可设置一个或多个。当设备平台上有振动激励时，振动通过主隔振弹簧10传递到负载上，主隔振弹簧10对高频振动激励具有隔振作用。

摩擦压力系统包括摩擦导轨3、摩擦压力弹簧6、摩擦头导套8和摩擦头9。其中摩擦导轨3和摩擦头9组成摩擦副，摩擦压力弹簧6为摩擦副提供正压力；当底座1与负载安装座5(或设备与负载)之间具有相对振动时，摩擦导轨3和摩擦头9之间产生摩擦阻力，为系统提供阻尼，消耗振动能量。

摩擦中心位置调节系统包括卡簧2、摩擦导轨3和上盖4。当上下调节上盖4时，上盖4对摩擦导轨3的压力产生变化，摩擦导轨3和卡簧2相互作用，通过卡簧2直径的变化，推动摩擦导轨3上下移动，从而实现了摩擦中心位置的调节。

底座1为整个隔振器的基体，底座1由水平底板和垂直的圆柱形套筒两部分组成，套筒的外表面上部设有螺纹，水平底板上设有隔振器的安装通孔和主隔振弹簧安装槽。卡簧2和摩擦导轨3依次安装在底座1的水平底板上，上盖4的水平部分直接压在摩擦导轨3上。上盖4的垂直部分内表面设有螺纹，与底座1的垂直套筒外表面配合，通过旋转上盖4，可以调节上盖4的预紧力，从而可以调节摩擦导轨3在振动方向上的位置。主隔振弹簧10安装在底座1的弹簧安装槽内且位于摩擦导轨3内。

摩擦导轨3用于提供隔振器的变摩擦阻尼力。摩擦导轨3的主体结构为空心圆柱体，底部设有摩擦导轨高度调节锥面33，内侧壁上为变曲率的摩擦导轨，摩擦导轨中间位置处具有第一壁厚，为摩擦导轨低摩擦阻尼段31，两端具有第二壁厚，为摩擦导轨高摩擦阻尼段32，第一壁厚小于第二壁厚。摩擦导轨3的材料选用耐磨性能好、摩擦阻尼高的材料，如耐磨合金钢、TiNi基马氏体形状记忆合金等，可以明显提高隔振器的寿命、摩擦阻尼性能，减少摩擦损耗，可以缓解在长时间振动后的阻尼力减小的问题。

卡簧2由弹簧钢材料制成，整体结构为一带豁口的圆环，卡簧2设有锥面，锥面的斜度与摩擦导轨高度调节锥面33的斜度相同。在没有外力作用时，卡簧2的内径大于摩擦导轨3的内径。当隔振器上盖4向下调节时，摩擦导轨3的摩擦导轨高度调节锥面33压紧卡簧2，使得卡簧2直径收缩，从而可以使得摩擦导轨3向下移动；当隔振器上盖4向上调节时，在弹性恢复力的作用下，卡簧2的直径变大(最大不超过自然状态时的直径大小)，摩擦导轨3的摩擦导轨高度调节锥面33受到卡簧2的锥面施加的方向向上的压力，使得摩擦导轨3向上移动。

负载安装座5安装在主隔振弹簧10的上端且位于摩擦导轨3内，并穿过上盖4上的孔；负载安装座5用于提供隔振器与负载的安装接口；负载安装座5设有负载安装螺孔51、摩擦压力弹簧安装窗口52、摩擦头导轨安装螺孔53以及主隔振弹簧安装槽54。

负载安装螺孔51用来连接外部负载。负载安装座5通过主隔振弹簧安装槽54压在主隔振弹簧10上，负载、负载安装座5与主隔振弹簧10组成一个单自由度系统，该单自由度系统的频率与负载的质量和主隔振弹簧10的刚度相关，可通过调节负载的质量与主隔振弹簧10的刚度的比值来调节系统的频率，从而可针对不同质量的负载设计系列化的隔振器产品。

摩擦压力弹簧安装窗口52用来安装摩擦压力弹簧6，摩擦头导轨安装螺孔53的直径大于摩擦压力弹簧安装窗口52的直径，方便摩擦压力弹簧6的安装。

摩擦压力弹簧6采用常规的螺旋弹簧就可以满足要求。摩擦压力弹簧6安装在负载安装座5的摩擦压力弹簧安装窗口52内。

需要说明的是，摩擦压力弹簧6也可采用碟形弹簧，相比于普通的螺旋弹簧，蝶形弹簧的弹力和刚度较大，且可以根据使用场景自由组合，满足不同摩擦力的需求，更换的成本较低。

摩擦头9为柱形结构，一端部设有凸台，限制摩擦头9的轴向位移，另一端部的上、下部分别设置倒角，便于摩擦头9沿摩擦导轨3上下移动。摩擦头9的材料不受摩擦压力弹簧6的材料限制，可使用耐磨性好、摩擦阻尼高的材料，如耐磨合金钢、TiNi基马氏体形状记忆合金等，从而提高隔振器的使用寿命和摩擦阻尼性能。

摩擦头导套8为摩擦头9的运动提供导向；摩擦头导套8设有导向孔81、安装辅助孔82以及外螺纹83。安装辅助孔82用来在安装时，辅助旋转摩擦头导套8。外螺纹83与摩擦头导轨安装螺孔53配合。安装完成后，摩擦头9设有倒角的一端穿过导向孔81与摩擦导轨3接触，设有凸台的一端位于摩擦压力弹簧安装窗口52，压紧摩擦压力弹簧6。

摩擦导轨3摩擦中心位置的高度可通过上盖4来调节，当隔振器额定频率为f_额、额定承载质量为M_额、实际承载质量为M时，可将上盖4上下调节使得摩擦中心位置与隔振器振动中心位置(摩擦头9所在位置)保持一致，调节高度δ通过下式计算：

当隔振器的实际承载质量大于额定承载质量时，主隔振弹簧10受到的压缩力大于实际设定值，使得与主隔振弹簧10连接的负载安装座5及摩擦头9的位置向下移动，摩擦头9的位置偏离振动中心的位置；此时，将上盖4往下调，摩擦导轨3的摩擦导轨高度调节锥面33压紧卡簧2，使得卡簧2直径收缩，从而可以使得摩擦导轨3也向下移动，保证摩擦导轨3的中心位置与摩擦头9的位置一致。

当隔振器的实际承载质量小于额定承载质量时，主隔振弹簧10受到的压缩力小于实际设定值，使得与主隔振弹簧10连接的负载安装座5及摩擦头9的位置向上移动，摩擦头9的位置偏离振动中心的位置；此时，将上盖4往上调，在弹性恢复力的作用下，卡簧2的直径变大(最大不超过自然状态时的直径大小)，摩擦导轨3的摩擦导轨高度调节锥面33受到卡簧2的锥面施加的方向向上的压力，使得摩擦导轨3向上移动，从而使摩擦导轨3的中心位置与摩擦头9的位置一致。

当隔振器的实际承载质量等于额定承载质量时，摩擦头9的位置与摩擦导轨3的中心位置一致，不需要调节上盖4。

通过调节上盖4，使隔振器摩擦导轨3的中心位置可调，当实际负载质量与隔振器额定负载质量不一致时，摩擦头9的位置仍与摩擦导轨3的中心位置一致，从而保证隔振器的工作性能。

摩擦压力弹簧6、摩擦头9、摩擦头导套8和摩擦导轨3组成摩擦压力系统，为摩擦副提供正压力。使用时，摩擦压力弹簧6处于被压缩状态，摩擦头9通过摩擦压力弹簧6压紧在摩擦导轨3上。当负载及负载安装座轴向振动时，由于摩擦导轨3的变曲率形状，使得摩擦头9内外移动。当振幅较小时，摩擦头9在摩擦导轨低摩擦阻尼段31，摩擦压力弹簧6被压缩的量较小，受到的压力较小，摩擦阻尼力较小；当振幅较大时，摩擦头9在摩擦导轨高摩擦阻尼段32，摩擦压力弹簧6被压缩的量较大，受到的压力较大，摩擦阻尼力较大，从而使得在大振幅振动时摩擦阻尼力较大，在小振幅振动时摩擦阻尼力较小。

为了削弱瞬时强冲击对隔振器的影响，延长隔振器额定使用寿命，本实施例的隔振器设有第一金属橡胶7和第二金属橡胶11。第一金属橡胶7为圆环形，套在负载安装座5的外表面，置于摩擦头导轨安装螺孔53上；第二金属橡胶11为圆柱形，安装在底座1的水平底板上且位于主隔振弹簧10内；当隔振器受到瞬时强冲击时，负载安装座5在冲击力的作用下上下运动，当负载安装座5的下表面碰到第二金属橡胶11时，第二金属橡胶11限制负载安装座5向下的最大位移，从而保证主隔振弹簧10不会因为被过度压缩而造成不可逆的变形；当负载安装座5向上反弹到一定量时，第一金属橡胶7与上盖4的下表面接触，可以保证负载安装座5不与上盖4接触，减少负载安装座5与上盖4之间的冲击力，提高隔振器的使用寿命。

作为本实施例的改进方案，将摩擦导轨3和上盖4替换为调节导轨12，同时取消卡簧2，如图6所示。调节导轨12由顶盖和导轨段组成，其中顶盖与上盖4的结构相同，导轨段与摩擦导轨3的结构相同。相比于图1所示实施例，此种结构安装较为简单。调节隔振器的中心位置时，根据需要调节的量，相应的向上或向下旋转调节导轨13，可保证较高的调节精度，同时，避免长时间的使用后，由于卡簧2的塑性变形而导致隔振器的中心位置不能向上调节。

另外，图1所示实施例的中心位置的调节幅度受限于卡簧直径的变形度，本实施例的最大调节幅度由安装完成后，调节导轨13的导轨段的下端离底座1的水平底板的距离决定，根据隔振器使用场景负载变化的大小，设计不同长度的导轨段，可实现较大的调节幅度。

本发明的变阻尼隔振方式为：

(1)隔离振动：当设备平台振动时，振动通过底座1传递给隔振器，主隔振弹簧10在负载安装座5和自身弹性力的作用下被反复压缩伸长，摩擦头9与摩擦导轨3之间相互摩擦，消耗能量，使得振幅逐渐减小。振动幅值小时，摩擦阻尼力小，振动幅值大时，摩擦阻尼大。

(2)削弱瞬时强冲击：负载受到瞬时强冲击时，负载安装座5在瞬时强冲击和主隔振弹簧10的弹性力作用下，产生剧烈的上下运动，第一金属橡胶7和第二金属橡胶11分别限制了负载安装座5向上和向下的最大位移，同时，摩擦头9与摩擦导轨3之间相互摩擦，消耗能量，使得振幅逐渐减小。

综上所述，本发明提供一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，通过调节上盖4的预紧力，可调节摩擦导轨3的摩擦中心位置，从而保证负载质量与额定负载质量不一致时，摩擦头9的位置始终与摩擦导轨3的中心位置一致；本发明的摩擦副与摩擦压力弹簧6分离，使得摩擦副的使用材料不受摩擦压力弹簧6材料的限制，摩擦副可以使用耐磨性能好、摩擦阻尼高的材料，从而提高隔振器的使用寿命、摩擦阻尼性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，所述变摩擦阻尼隔振器包括：底座(1)、卡簧(2)、摩擦导轨(3)和上盖(4)；摩擦导轨(3)具有摩擦导轨高度调节锥面(33)，摩擦导轨(3)与卡簧(2)通过摩擦导轨高度调节锥面(33)配合；上盖(4)压设于摩擦导轨(3)上。

2.根据权利要求1所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，摩擦导轨(3)主体为空心圆柱体。

3.根据权利要求1所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，卡簧(2)由弹簧钢材料制成，整体结构为一带豁口的圆环，卡簧(2)设有锥面。

4.根据权利要求1所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，所述变摩擦阻尼隔振器还包括负载安装座(5)和主隔振弹簧(10)，负载安装座(5)包括主隔振弹簧安装槽(54)，负载安装座(5)通过主隔振弹簧安装槽(54)压在主隔振弹簧(10)上。

5.根据权利要求1所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦压力弹簧(6)，为螺旋弹簧或蝶形弹簧。

6.根据权利要求4所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，在底座(1)与负载安装座(5)之间设有第二金属橡胶(11)。

7.根据权利要求4所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，在负载安装座(5)与上盖(4)之间设有第一金属橡胶(7)。

8.根据权利要求1所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦头(9)，所述摩擦头(9)与摩擦导轨(3)接触的一端面设有倒角。

9.根据权利要求8所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，摩擦导轨(3)、摩擦头(9)的材料与摩擦压力弹簧(6)的材料不同。

10.根据权利要求8-9所述的中心位置可调的变摩擦阻尼隔振器，其特征在于，所述变摩擦阻尼隔振器还包括摩擦头导套(8)，摩擦头(9)通过摩擦头导套(8)安装在负载安装座(5)内。

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