CN112324846B - 圆形隔振支撑杆 - Google Patents

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Abstract

一种具有隔振功能的圆形支撑杆，它包括基体空心管、若干基本隔振单元和沉头螺钉；每组基本隔振单元由隔振环、弹性绳和集中负载构成；隔振环为一体结构，其结构特征包括环架、中心质量点和至少两个沿环架中心均布的菱形弹性支架；中心质量点通过菱形弹性支架连接到环架上，环架提供螺纹孔，并通过沉头螺钉连接到基体空心管上；隔振环的中心质量点两端沿基体空心管轴向连接等长弹性绳，弹性绳二分之一处安装集中负载；一个隔振环及其一侧的弹性绳和集中负载构成一组基本隔振单元，隔振单元通过弹性绳的连接在基体空心管轴线方向周期重复出现。本发明用于由圆形支撑杆构成的桁架式支撑结构的隔振。

Description

圆形隔振支撑杆
技术领域
本发明涉及机械领域，具体涉及一种具有隔振功能的圆形支撑杆。
背景技术
由圆形杆件构成的桁架式支撑结构普遍应用于建筑、机械、航天等工业领域，用于实现对特定设备的大跨距支撑功能。由于跨距较大，桁架式支撑结构容易受到外来激励的影响而引起振动，并对振动幅度进行放大，使其所承载的设备产生较大振动位移，影响设备安全和正常使用，因此应考虑由圆形杆件构成的桁架式支撑结构的抗振动设计。
发明内容
本发明提供一种具有隔振功能的圆形支撑杆，以解决目前由圆形杆件构成的桁架式支撑结构抗外来激励扰动能力差的问题。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种圆形隔振支撑杆，其特征在于，包括
起支撑承载作用的基体空心管、至少两个固定在基体空心管中的隔振环、用于连接相邻两个隔振环的弹簧振子；
弹簧振子包括弹性绳和安装在弹性绳二分之一处的集中负载；
隔振环为一体镂空结构，中心质量点通过至少两个菱形弹性支架连接到环架内壁上，相邻两个中心质量点与沿基体空心管的轴向延伸的弹性绳连接。
优选地，基体空心管在其轴向等间隔位置沿周向等角度开设与所述弹性支架数量相对应个数的沉头光孔，垂直于基体空心管轴线的同一截面处的三个沉头孔的轴线交于截面的圆心；
位于同一平面上的三个沉头光孔与对应不同轴向位置处同一平面上的三个沉头光孔之间无相对绕基体空心管轴线转动。
优选地，弹性支架沿中心质量点周向等角度均匀分布。
优选地，环架与弹性支架固接处加工有与沉头光孔相对应的螺纹孔，用以连接环架与基体空心管。
优选地，弹性支架的菱形截面的法向与基体空心管的轴方向一致，且菱形较长的对称线与环架的径向一致。
优选地，连接每个隔振环两侧的弹性绳等长。
优选地，在基体空心管的轴线方向通过弹性绳连接多个隔振环。
优选地，每个弹性绳在自由状态下的长度略短于基体空心管在轴向相邻的沉头光孔的间隔。
优选地，环架的外圆柱面与基体空心管的内圆柱面为过渡配合。
优选地，基体空心管两端设置用于与其他结构的连接的杆接头。
本发明能够取得以下技术效果：
1、本发明在结构形式上属于模块化设计，每个基本隔振单元可视为一个独立的模块，具体应用时可根据需要增加基本隔振单元的数量，并根据不同的隔振需要调整基本隔振单元的材料选用及尺寸参数，以实现不同的隔振频率范围。
2、本发明利用基体空心管作为主要的支撑承力结构，利用嵌套在基体空心管内的基本隔振单元吸收特定频率范围内振动能量以隔离振动，实现了支撑和隔振一体化设计。
3、本发明的基本隔振单元具有弹性绳、菱形弹性支架等多个弹性环节，可隔离多个方向的振动，具有多方向隔振能力。
4、本发明通过简单的螺钉装配实现空心管内的周期结构，制造工艺简单，结构形式便于实现。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种圆形隔振支撑杆的基体空心管周向1/4剖切外观图；
图2是图1的爆炸图；
图3是基本隔振单元的横截面图；
图4是隔振环与弹簧振子组合的示意图。
其中的附图标记包括：
基体空心管1、隔振环2、环架21、中心质量点22、弹性支架23、螺纹孔24、弹簧振子3、弹性绳31、集中负载32、沉头螺钉4。
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，以下结合附图及具体实施例，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，而不构成对本发明的限制。
一种局部结构特征沿某方向周期重复出现的人工结构被称作声子晶体，其特点是具有特性频率的弹性波带隙特性，能够有效阻隔弹性波带隙范围内的振动，在振动控制领域具有广阔的应用前景。本发明在圆形杆件基础上设计融合周期结构隔振的新型杆件，使其构成的桁架式支撑结构具备隔振功能，可以提高桁架式支撑结构的抗外来激励扰动的能力，提高设备安全性和可靠性。
下面将对本发明提供的一种圆形隔振支撑杆，以中心质量点连接三个个菱形弹性支架连接到环架内壁上为例，通过具体实施例来进行详细说明。
图1为本发明圆形隔振支撑杆的基体空心管周向1/4剖切后的外观图，图2是图1的爆炸图，具体参见图1和图2，基体空心管1中至少含有两个隔振环2，隔振环2之间通过弹簧振子3连接，隔振环2通过沉头螺钉4与基体空心管1固定。
在本发明的一个优选实施例中，参见图4，隔振环2为一体的镂空结构，其中，中心质量点22通过三个菱形的弹性支架23固定到环架21内壁上，构成了轴向的弹性振子；隔振环2通过弹性绳31相连，且在弹性绳31二分一之处安置有集中负载32；集中负载32即集中质量点，它与弹性绳31一起组成弹簧振子3，可在特定频率振动激励下达到局部共振，从而吸收振动能量，减弱该频率对应振动能量沿杆的传播。
在本发明的另一个实施例中，参见图3，中心质量点22周向固接有三个夹角为120°的弹性支架23，且弹性支架23的菱形截面的法向与基体空心管1的轴的方向一致，菱形较长的对称线与环架21的径向一致。
在弹性支架23与环架21固接处加工螺纹孔24，与之相对应的是加工在基体空心管1上，沿其轴向等间隔位置，沿周向120°等角度开设的三个沉头光孔，沉头螺钉4穿过螺纹孔24与沉头光孔，将隔振环2固定到基体空心管1内。
在本发明的一个优选实施例中，参见图2，基体空心管1不同轴向位置处的三个沉头光孔相互之间无相对与基体空心管1轴线的转动。
在本发明的一个优选实施例中，参见图1，可以在基体空心管1内组装多个通过弹簧振子3连接的周期重复的隔振环2，此时每个弹性绳31等长，且在自由状态下弹性绳31的长度略短于基体空心管1在轴向相邻的沉头光孔的间隔；通过对隔振环2施加拉力，使其两端的弹性绳31伸长以匹配基体空心管1上的沉头光孔位置，进而使弹性绳31产生预紧力；带有预紧力的弹性绳31和集中负载32构成沿轴线的轴向弹性振子，相邻的基本隔振单元通过弹性绳31顺序连接，构成多方向复合弹性振子。
若干个相连的隔振环2在基体空心管1内的周期排布使圆形支撑杆产生特定频率范围内的弹性波带隙，沿杆传播的带隙频率内的振动能量会激起径向、周向弹性振子或轴向弹性振子的局域共振，从而使带隙内的振动能量无法继续传递，进而使得由这种圆形支撑杆构成的桁架式支撑结构能够大幅度抑制特定频率范围内的外部激励扰动，使桁架式支撑结构兼顾支撑和隔振功能。通过调整弹性绳31预紧力、隔振环2的间距，改变集中负载32以及中心质量点22的重量，以及改变弹性支架23的截面尺寸等，可以实现不同频率范围内的弹性波带隙，满足对不同频率振动的隔离需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆形隔振支撑杆，其特征在于，包括起支撑承载作用的基体空心管(1)、至少两个固定在所述基体空心管(1)中的隔振环(2)、用于连接相邻两个所述隔振环(2)的弹簧振子(3)；
所述弹簧振子(3)包括弹性绳(31)和安装在所述弹性绳(31)二分之一处的集中负载(32)；
所述隔振环(2)为一体镂空结构，包括环架(21)、中心质量点(22)和弹性支架(23)，所述中心质量点(22)通过至少两个菱形的弹性支架(23)连接到环架(21)内壁上，相邻两个所述中心质量点(22)与沿所述基体空心管(1)的轴向延伸的所述弹性绳(31)连接。
2.根据权利要求1所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述基体空心管(1)在其轴向等间隔位置沿周向等角度开设与所述弹性支架数量相对应个数的沉头光孔，垂直于基体空心管(1)轴线的同一截面处的三个沉头光孔的轴线交于所述截面的圆心；
位于同一平面上的所述三个沉头光孔与对应不同轴向位置处同一平面上的所述三个沉头光孔之间无相对绕所述基体空心管(1)轴线转动。
3.根据权利要求1所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述弹性支架(23)沿所述中心质量点(22)周向等角度均匀分布。
4.根据权利要求2所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述环架(21)与所述弹性支架(23)固接处加工有与所述沉头光孔相对应的螺纹孔(24)，用以连接所述环架(21)与所述基体空心管(1)。
5.根据权利要求4所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述弹性支架(23)的菱形截面的法向与所述基体空心管(1)的轴方向一致，且菱形较长的对称线与所述环架(21)的径向一致。
6.根据权利要求2所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，连接每个所述隔振环(2)两侧的所述弹性绳(31)等长。
7.根据权利要求6所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，在基体空心管(1)的轴线方向通过弹性绳(31)连接多个隔振环(2)。
8.根据权利要求7所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，每个所述弹性绳(31)在自由状态下的长度略短于所述基体空心管(1)在轴向相邻的所述沉头光孔的间隔。
9.根据权利要求1所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述环架(21)的外圆柱面与基体空心管(1)的内圆柱面为过渡配合。
10.根据权利要求1所述的圆形隔振支撑杆，其特征在于，所述基体空心管(1)两端设置用于与其它结构的连接的杆接头。
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