CN111664207A - 一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副 - Google Patents

Abstract

一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副，包括摩擦副外壳、摩擦头、金属减振垫、限位件、压紧螺母，其中所述摩擦头被金属减振垫紧压在摩擦副外壳上，阻尼由摩擦头和摩擦副外壳之间相互摩擦产生；摩擦副外壳内径随轴向位置的变化而改变；压紧螺母将金属减振垫固定在限位件上，摩擦头呈圆环形均匀布置在金属减振垫的外廓上。本发明能在低频激励时获得较大阻尼，高频激励时获得较小阻尼，从而满足不同频段的隔振要求，较好地实现轴向变阻尼功能。

Description

一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副

技术领域

本发明属于结构设计领域，具体涉及一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副。

背景技术

随着电子科学技术的迅猛发展，电子设备已广泛应用于国防、科技，国民经济各个部分以及人民生活的各个领域。因运载工具的不同，电子设备所处的工作环境十分复杂恶劣，特别是军用车辆上的电子设备。因此，电子设备除了要满足产品的电性能指标外，还应研究和解决设备在动态环境下的工作可靠性以及抵御恶劣环境的能力。其力学环境条件通常包括机械振动、冲击、摇摆、离心加速度、颠振等，其中对车载电子设备可靠工作危害最大的是振动和冲击环境。振动和冲击环境对车载电子设备造成的危害表现在两个方面：1.设备在某个激振频率下发生振幅较大的共振；2.长期的振动和冲击，易使电子设备产生疲劳破坏。

一般地，车载电子设备的抗振隔冲设计主要在加固电子设备自身薄弱环节的基础上，对设备进行隔振缓冲设计，使外部激励通过隔振缓冲系统的衰减传递至设备的振动或冲击量级满足设备的安全许用条件。车载电子设备一般安放在机柜内，主要依靠机柜减振系统的减振缓冲作用实现整体的安全防护。

从经典传递率曲线来看，对于车载电子机柜，由于机动性要求，系统的一阶谐振频率峰值放大倍数较大，极有可能使设备失效或受损。因此，传统的隔振模式不适用于那些处于机动环境和对系统的结构有严格要求的军用车辆。目前使用的减振器是具有弹性和阻尼特质的由金属件构成的金属减振器，其中，金属弹簧提供刚度，阻尼主要由摩擦副来提供。

发明内容

本发明提出一种变阻尼摩擦副，通过调节接触表面的正压力来对摩擦阻尼力进行调节。

本发明采用以下技术方案：一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副，包括摩擦副外壳、摩擦头、金属减振垫、限位件、压紧螺母，其中所述摩擦头被金属减振垫紧压在摩擦副外壳上，阻尼由摩擦头和摩擦副外壳之间相互摩擦产生；摩擦副外壳内径随轴向位置的变化而改变；压紧螺母将金属减振垫固定在限位件上，摩擦头呈圆环形均匀布置在金属减振垫的外廓上。

进一步的，所述摩擦副外壳呈环形柱状结构，在摩擦副外壳内壁中心段M段，M段内径恒定，M段长度不大于10mm；摩擦副外壳内壁与M段的衔接段N段，内径线性变小，内壁倾角为α，10°≤α≤15°，N段长度不大于50mm。

进一步的，所述M段、N段为变阻尼摩擦副主要工作区域，其中M段中点为变阻尼摩擦副的平衡位置；当高频激励时，减振器振幅较小，摩擦头在M段范围内上下浮动，能够保证摩擦头在高频激励时摩擦阻尼较小；当低频激励时，减振器振幅较大，摩擦头由M段进入N段，此时摩擦副外壳的内径沿轴向线性变小，摩擦阻尼逐渐增大；N段内壁倾角α大小决定了摩擦副外壳的内径线性变化率和摩擦副的阻尼变化律。

进一步的，摩擦头截面为凹形结构，摩擦头截面凹槽高度h大于金属减振垫的厚度；摩擦头截面外廓尖角处倒角，倒角角度β大于摩擦副外壳1中内壁倾角α，0°<β-α<5°；延金属减振垫环状布置摩擦头的个数为X个，X不小于两个；摩擦头外形呈圆弧状，摩擦头外廓圆弧角度γ小于。

进一步的，所述摩擦头与摩擦副外壳的材料全部选用不锈钢材料0Cr17Ni4Cu4Nb，以增强变阻尼摩擦副的耐磨性；金属减振垫为金属橡胶材料，为摩擦头提供径向刚度。

进一步的，所述摩擦副的工作步骤为：

(1)摩擦副结构所在工作系统的振动环境处于低频激励时，限位件振幅较大，限位件通过金属减振垫带动摩擦头移动至摩擦副外壳的N段，该段内径延轴向线性变小，金属减振垫的压缩量增大，摩擦接触面间的正压力变大；摩擦阻尼力与接触面正压力成正比，摩擦阻尼也相应增大；

(2)当环境处于高频激励时，限位件振幅很小，摩擦头在摩擦副外壳的M段平衡位置上下移动，该段内径较大且始终恒定，金属减振垫的压缩量较小，摩擦接触面间的正压力较小，所以摩擦阻尼也较小；

(3)将摩擦系数和金属减振垫刚度保持恒定，系统阻尼的变化律将由摩擦副外壳内径沿轴向渐变的规律确定；通过改变摩擦副外壳内壁形状获得不同的阻尼变化律。

本发明的有益效果为：

该结构基于摩擦阻尼自适应可变阻尼的设计概念，即让摩擦阻尼随限位件位置改变而变化。这种结构的优点是能在低频激励时获得较大阻尼，高频激励时获得较小阻尼，从而满足不同频段的隔振要求，较好地实现轴向变阻尼功能。该结构已成功用于基座复合型金属减振器且已实现量产，解决了设备在工作过程中放大倍数较大、谐振频率峰值较高的问题。

附图说明

图1变阻尼摩擦副结构剖视图；

图2变阻尼摩擦副结构俯视图；

图3摩擦副外壳结构示意图；

图4摩擦副外壳结构剖视图

图5摩擦头结构示意图；

图6摩擦头结构剖视图。

图标：

1-摩擦副外壳；

2-摩擦头；

3-金属减振垫；

4-限位件；

5-压紧螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副，包括摩擦副外壳1、摩擦头2、金属减振垫3、限位件4、压紧螺母5，其中所述摩擦头2被金属减振垫3紧压在摩擦副外壳1上，阻尼由摩擦头2和摩擦副外壳1之间相互摩擦产生；摩擦副外壳1内径随轴向位置的变化而改变；压紧螺母5将金属减振垫3固定在限位件4上，摩擦头2呈圆环形均匀布置在金属减振垫3的外廓上。变阻尼摩擦副结构如图1、图2所示。

所述摩擦副外壳1呈环形柱状结构，在摩擦副外壳1内壁中心段M段，内径恒定，M段长度不大于10mm；摩擦副外壳1内壁与M段的衔接段N段，内径线性变小，内壁倾角为α，10°≤α≤15°，N段长度不大于50mm。摩擦副外壳1的结构形式如图3、图4所示。

图4中M段、N段为变阻尼摩擦副主要工作区域，其中M段中点为变阻尼摩擦副的平衡位置；当高频激励时，减振器振幅较小，摩擦头2在M段范围内上下浮动，能够保证摩擦头2在高频激励时摩擦阻尼较小；当低频激励时，减振器振幅较大，摩擦头2由M段进入N段，此时摩擦副外壳1的内径沿轴向线性变小，摩擦阻尼逐渐增大；N段内壁倾角α大小决定了摩擦副外壳1的内径线性变化率，同时也决定了摩擦副的阻尼变化律。

摩擦头2截面为凹形结构，为便于摩擦头2与金属减振垫3装配，令凹槽高度h大于金属减振垫3的厚度；摩擦头2截面外廓尖角处倒角，倒角角度β大于摩擦副外壳1中内壁倾角α，0°<β-α<5°；延金属减振垫3环状布置摩擦头2的个数为X个，X不小于两个；摩擦头2外形呈圆弧状，摩擦头2外廓圆弧角度γ小于。摩擦头2外廓以及截面如图5，图6所示。

所述摩擦头2与摩擦副外壳1的材料全部选用不锈钢材0Cr17Ni4Cu4Nb，以增强变阻尼摩擦副的耐磨性。金属减振垫3为金属橡胶材料，为摩擦头2提供径向刚度。

所述摩擦副的工作原理及实施步骤：

当摩擦副结构所在工作系统的振动环境处于低频激励时，限位件4振幅较大，限位件4通过金属减振垫3带动摩擦头2移动至摩擦副外壳1的N段，该段内径延轴向线性变小，金属减振垫3的压缩量增大，摩擦接触面间的正压力变大；

根据理想摩擦模型的描述，摩擦阻尼力与接触面正压力成正比，所以摩擦阻尼也相应地增大；

当摩擦副结构所在工作系统的振动环境处于高频激励时，限位件4振幅很小，摩擦头2主要在摩擦副外壳1的M段平衡位置上下移动，该段内径较大且始终恒定，金属减振垫3的压缩量较小，摩擦接触面间的正压力较小，所以摩擦阻尼也较小；

将摩擦系数和金属减振垫3刚度保持恒定，那么根据理想摩擦模型，系统阻尼的变化律将由摩擦副外壳1内径沿轴向渐变的规律确定；可通过改变摩擦副外壳1内壁形状来获得不同的阻尼变化律。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副，包括摩擦副外壳、摩擦头、金属减振垫、限位件、压紧螺母，其特征在于，其中所述摩擦头被金属减振垫紧压在摩擦副外壳上，阻尼由摩擦头和摩擦副外壳之间相互摩擦产生；摩擦副外壳内径随轴向位置的变化而改变；压紧螺母将金属减振垫固定在限位件上，摩擦头呈圆环形均匀布置在金属减振垫的外廓上。

2.根据权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，所述摩擦副外壳呈环形柱状结构，在摩擦副外壳内壁中心段M段，M段内径恒定，M段长度不大于10mm；摩擦副外壳内壁与M段的衔接段N段，内径线性变小，内壁倾角为α，10°≤α≤15°，N段长度不大于50mm。

3.根据权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，其特征在于，所述M段、N段为变阻尼摩擦副主要工作区域，其中M段中点为变阻尼摩擦副的平衡位置；当高频激励时，减振器振幅较小，摩擦头在M段范围内上下浮动，能够保证摩擦头在高频激励时摩擦阻尼较小；当低频激励时，减振器振幅较大，摩擦头由M段进入N段，此时摩擦副外壳的内径沿轴向线性变小，摩擦阻尼逐渐增大；N段内壁倾角α大小决定了摩擦副外壳的内径线性变化率和摩擦副的阻尼变化律。

4.根据权利要求3所述的摩擦副，其特征在于，摩擦头截面为凹形结构，摩擦头截面凹槽高度h大于金属减振垫的厚度；摩擦头截面外廓尖角处倒角，倒角角度β大于摩擦副外壳1中内壁倾角α，0°<β-α<5°；延金属减振垫环状布置摩擦头的个数为X个，X不小于两个；摩擦头外形呈圆弧状，摩擦头外廓圆弧角度γ小于。

5.根据权利要求4所述的摩擦副，其特征在于，所述摩擦头与摩擦副外壳的材料全部选用不锈钢材料0Cr17Ni4Cu4Nb，以增强变阻尼摩擦副的耐磨性；金属减振垫为金属橡胶材料，为摩擦头提供径向刚度。

6.根据权利要求4所述的摩擦副，其特征在于，所述摩擦副的工作步骤为：

(1)摩擦副结构所在工作系统的振动环境处于低频激励时，限位件振幅较大，限位件通过金属减振垫带动摩擦头移动至摩擦副外壳的N段，该段内径延轴向线性变小，金属减振垫的压缩量增大，摩擦接触面间的正压力变大；摩擦阻尼力与接触面正压力成正比，摩擦阻尼也相应增大；

(2)当环境处于高频激励时，限位件振幅很小，摩擦头在摩擦副外壳的M段平衡位置上下移动，该段内径较大且始终恒定，金属减振垫的压缩量较小，摩擦接触面间的正压力较小，所以摩擦阻尼也较小；

(3)将摩擦系数和金属减振垫刚度保持恒定，系统阻尼的变化律将由摩擦副外壳内径沿轴向渐变的规律确定；通过改变摩擦副外壳内壁形状获得不同的阻尼变化律。

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