CN112413024B - 一种抗冲击的多自由度复合隔振器及隔振系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械冲击隔离领域，并具体公开了一种抗冲击的多自由度复合隔振器及隔振系统，该隔振器包括安装组件、隔振组件和定位组件，安装组件包括中心轴及安装在中心轴下端的底座，中心轴上端为圆盘状；隔振组件包括壳体和弹性元件，壳体套装在中心轴外部，并位于底座及中心轴上端之间，壳体内壁与中心轴外壁之间形成空腔结构，壳体外壁上设置有平板结构；弹性元件包括内隔振件和外隔振件，内隔振件安装在空腔结构中，其包括上下布置的径向弹性件和轴向弹性件，外隔振件套装在壳体外部；定位组件安装在安装组件和隔振组件之间；该隔振系统包括上述隔振器。本发明可实现多方向剧烈冲击响应的有效隔离，具有隔离效果好、结构简单等优点。

Description

一种抗冲击的多自由度复合隔振器及隔振系统

技术领域

本发明属于机械冲击隔离领域，更具体地，涉及一种抗冲击的多自由度复合隔振器及隔振系统，尤其涉及一种可实现抗冲击隔振效果的多向的碟形弹簧-金属橡胶多自由度复合隔振器。

背景技术

随着技术的发展，对武器的射击精度提出了更高的要求，而提高瞄准精度对于射击精度的提高至关重要。武器发射的冲击响应和舰艇摇摆是影响武器系统中精密光电设备瞄准精度和稳定度的一个重要影响因素。冲击响应的幅值较大、时间较短能够对精密光电设备产生损害，因此需要对精密光电设备进行有效的冲击隔离。隔振系统作为常用的冲击隔离的手段，可应用在武器系统中，但应用在武器系统中的隔振系统需要满足一些要求，首先需在不影响精密光电设备瞄准精度的同时，对武器发射和舰艇摇摆引起的剧烈的冲击响进行有效隔离，其次作为冲击响应源与光电设备之间的连接部件，隔振系统需要在武器发射时提供足够的刚度和阻尼，并保证与冲击响应源和光电设备的连接可靠性。

目前，现有技术中提出了一些隔振系统方案，例如专利CN201911099475.X公开了一种可实现多向隔振的高分子复合式浮置板道床隔振器，其包括连接装置、承压装置和隔振装置，其中隔振装置由保持架和弹性基体，主要用于列车运行时产生的垂向和横、纵向载荷具有良好的隔振效果；专利CN201811584460.8公开了一种弹簧隔振器与钢结构平台的组合吊装方法，其解决了现有技术中弹簧隔振钢结构平台采用“单件吊装”影响施工进度、弹簧隔振钢结构平台调平过程中需要频繁测量的问题；专利CN202010494722.2公开了一种多自由度隔振器及隔振系统，其包括密封盖、第一轴向金属橡胶、第一径向金属橡胶、第二轴向金属橡胶、第二径向金属橡胶、外壳、底座、缓冲垫和芯轴；多自由度隔振系统包括2只以上多自由度隔振器、转接支架、多角度安装支架和附加角度调整块。

然而，上述专利为一种或两种材料的隔振器针对旋转机械固定频率的振动进行隔离，而像火炮、导弹、舰船等武器工作时产生的振动响应为冲击响应，现有设计的隔振结构均无法满足对剧烈冲击响应的有效隔离，无法适用于武器系统。因此，本领域有必要进行进一步的研究，以获得一种可对冲击响应进行有效隔离的隔振结构。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抗冲击的多自由度复合隔振器及隔振系统，其通过对关键组件如安装组件、隔振组件和定位组件的具体结构及具体装配关系的设计，可实现多方向剧烈冲击响应的有效隔离，具有隔离效果好、结构简单、操作方便等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种抗冲击的多自由度复合隔振器，其包括安装组件、隔振组件和定位组件，其中：

所述安装组件包括中心轴以及安装在该中心轴下端的底座，该中心轴的上端为圆盘状；

所述隔振组件包括壳体和弹性元件，该壳体套装在所述中心轴的外部，并位于所述底座以及中心轴的圆盘状上端之间，该壳体的内壁与中心轴的外壁之间形成空腔结构，该壳体的外壁上还设置有平板结构；所述弹性元件包括内隔振件和外隔振件，该内隔振件安装在所述空腔结构中，其包括上下布置的径向弹性件和轴向弹性件，所述外隔振件套装在所述壳体的外部；

所述定位组件用于实现隔振组件的定位，其安装在所述安装组件和隔振组件之间。

作为进一步优选的，所述壳体的内部设有凸出结构，该凸出结构将所述空腔结构分成上下两个空腔，每一空腔内均安装有内隔振件，且两空腔内的内隔振件上下对称布置。

作为进一步优选的，每一空腔内安装有一组或多组内隔振件。

作为进一步优选的，所述径向弹性件和轴向弹性件均为金属橡胶，由金属丝缠绕而成，其中径向弹性件用于吸收垂直方向的冲击，其密度沿中心轴的轴向由冲击源到冲击对象递减，轴向弹性件用于吸收水平方向的冲击，其密度沿中心轴的径向由外到内递减。

作为进一步优选的，所述外隔振件由不同刚度的多个碟形弹簧按刚度由大到小依次叠合而成。

作为进一步优选的，所述定位组件包括上压盖和下压盖，其中所述上压盖位于中心轴的圆盘状的一端与弹性元件之间，用于压紧弹性元件的上端，所述下压盖位于底座与弹性元件之间，用于压紧弹性元件的下端。

按照本发明的另一方面，提供了一种抗冲击的多自由度复合隔振系统，其特征在于，包括上下对称布置的两隔振支架、设置在两隔振支架之间的所述的多自由度复合隔振器以及安装在上隔振支架上的隔振对象安装组件。

作为进一步优选的，所述隔振对象安装组件包括包裹架和固定结构，所述包裹架通过固定结构安装在上隔振支架上。

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，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的复合隔振器通过内隔振件和外隔振件的组合搭配，可较好的实现冲击响应的隔离，提高隔振效率。

2.本发明通过设计上下布置的径向弹性件和轴向弹性件，使得两者串联布置，并通过搭配外隔振件，可对多方向多自由度的冲击响应进行有效的隔离。

3.本发明中的外隔振件设计为由不同刚度的多个碟形弹簧按刚度由大到小依次叠合，并且径向弹性件和轴向弹性件的密度也逐渐变化，通过该设计能够进一步提升冲击隔离效果。

4.本发明通过壳体和定位组件的设计，能够保证内隔振件和外隔振件在剧烈的冲击响应时保持有效的固定和支撑作用。

5.本发明设计的隔振器可根据负载的质量在不拆除过多部件的情况下便捷的更换内隔振件和外隔振件，安装拆卸方便。

6.本发明进一步通过壳体结构的设计获得具有上下两个腔室的隔振器，且两个腔室内的隔振件上下对称布置，如此设计的隔振器可进一步提升冲击隔离效果，可对多方向多自由度的冲击响应尤其是剧烈的冲击响应实现有效隔离。

7.通过试验发现，本发明设计的复合隔振器能有效降低隔振器的固有频率，减小隔振器的共振峰值，拓宽隔振器的隔冲频域，且在中低频域范围内，本发明的复合隔振器的加速度传递率明显优于现有的钢丝绳隔振器的加速度传递率，具有更好的隔振效果，此外具有优良的抗冲击效果，冲击隔离率在90％以上，由其在高度300mm时的冲击激励工况时，冲击隔离率在95％以上，可见本发明的复合隔振器具有优良的隔振性能和冲击隔离性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种抗冲击的多自由度复合隔振器的剖视图；

图2是本发明实施例提供的抗冲击的多自由度复合隔振系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的抗冲击的多自由度复合隔振系统的俯视图；

图4是本发明实施例提供的复合隔振器与钢丝绳隔振器扫频传递函数曲线图；

图5是本发明实施例提供的在激励频率为20Hz时本发明的复合隔振器的振动响应结果图；

图6是本发明实施例提供的在激励频率为20Hz时钢丝绳隔振器的振动响应结果图；

图7是本发明实施例提供的在激励频率为50Hz时本发明的复合隔振器的振动响应结果图；

图8是本发明实施例提供的在激励频率为50Hz时钢丝绳隔振器的振动响应结果图；

图9是本发明实施例提供的在激励频率为80Hz时本发明的复合隔振器的振动响应结果图；

图10是本发明实施例提供的在激励频率为80Hz时钢丝绳隔振器的振动响应结果图；

图11是本发明实施例提供的摆锤高度300mm时本发明的隔振器的加速度响应图；

图12是本发明实施例提供的摆锤高度300mm时负载的加速度响应图；

图13是本发明实施例提供的摆锤高度600mm时本发明的复合隔振器的加速度响应图；

图14是本发明实施例提供的摆锤高度600mm时负载的加速度响应图；

图15是本发明实施例提供的摆锤高度900mm时本发明的复合隔振器的加速度响应图；

图16是本发明实施例提供的摆锤高度900mm时负载的加速度响应图；

图17是本发明实施例提供的摆锤高度1200mm时本发明的复合隔振器的加速度响应图；

图18是本发明实施例提供的摆锤高度1200mm时负载的加速度响应图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-底座，2-外隔振件，3-径向弹性件，4-轴向弹性件，5-壳体，6-上压盖，7-中心轴，8-下压盖，9-包裹架，10-隔振支架，11-多自由度复合隔振器，12-固定结构，13-垫片。

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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种抗冲击的多自由度复合隔振器，其包括安装组件、隔振组件和定位组件，其中，安装组件用于安装所述隔振组件，隔振组件安装在安装组件的外部，其为实现冲击隔离的主要组件，定位组件用于对隔振组件进行定位，并实现隔振组件的压紧。通过上述各组件的配合，可实现多方向多自由度的冲击响应尤其是剧烈的冲击响应的有效隔离。

下面将逐一对本发明的关键组件进行说明。

参见图1，安装组件包括中心轴7以及安装在该中心轴7下端的底座1，该中心轴7的上端为圆盘状，中心轴7具体为圆柱形结构。其中，底座1为压盖式底座，底座的连接段设有内螺纹，中心轴下端设有外螺纹，通过底座的内螺纹与中心轴下端的外螺纹的配合，将底座装配在中心轴上，通过底座的松紧可对隔振器进行放松和紧固，底座的连接段与中心轴的外螺纹配合后，弹性元件的一部分套装在底座连接段的外部，由此可通过底座实现弹性元件的安装定位。优选的，底座与中心轴之间设置有垫片13，用于减缓冲击响应对底座和中心轴之间的摩擦，增加底座的承受力，提高隔振器的工作使用寿命和工作性能。

继续参见图1，隔振组件包括壳体5和弹性元件，该壳体5套装在中心轴7的外部，并位于底座1以及中心轴的上端(圆盘状的一端)之间，该壳体5的内壁与中心轴7的外壁之间形成有用于容置部分弹性元件(具体容置内隔振件)的空腔结构，该壳体5的外部上设置有一圈用于与外部部件(例如隔振支架)相连的平板结构，具体设置在壳体外壁的中部。具体的，壳体5为内外圆柱中心轴式壳形结构，壳体5上设有通气孔，用于在不同工作环境中保证多自由度隔振器内部气压平衡。

具体的，弹性元件包括内隔振件和外隔振件2，其中内隔振件安装在空腔结构中，其主要为复合隔振器提供阻尼。该内隔振件包括上下布置的径向弹性件3和轴向弹性件4，即轴向弹性件和径向弹性件串联排列，能够对不同方向的冲击响应进行隔离。径向弹性件的密度由上至下递减，即从隔振对象到冲击源方向递增，越靠近冲击源密度越大，以实现冲击有效的线性缓冲。轴向弹性件与径向弹性件一样，其密度由上至下递减，即从隔振对象到冲击源方向递增，越靠近冲击源密度越大，以实现冲击有效的线性缓冲。而外隔振件则套装在壳体5的外部，外隔振件主要为复合隔振器提供刚度。

进一步的，外隔振件由不同刚度的多个碟形弹簧按刚度由大到小依次叠合而成，装配时，碟形弹簧按照刚度由大到小依次套装在圆柱形的壳体5的外部，即刚度从隔振对象到冲击源方向递增，越靠近冲击源刚度越大，以实现冲击的有效隔离。由于壳体外壁中部设置有平板结构，此处无法套装碟形弹簧，装配时将外隔振件分成上下两部分，且上下两部分中的碟形弹簧的数量保持一致，但所有碟形弹簧整体按刚度递增或递减的方式叠合排布。其中，上部分外隔振件装在平板结构的上方，该部分中的最上面的蝶形弹簧与上压盖接触，该部分中的最下面的蝶形弹簧与平板结构接触，而下部分外隔振件装在平板结构的下方，该部分中的最上面的蝶形弹簧与平板结构接触，该部分中的最下面的蝶形弹簧与下压板接触，碟形弹簧在本发明的复合隔振器中主要提供刚度。碟形弹簧的刚度可根据不同的隔振对象和冲击源要求进行设计，具体的根据隔振对象的负载质量和冲击源的响应值根据工程经验通过隔振试验确定碟形弹簧的片数，其为现有技术，在此不赘述。

更近进一步的，径向弹性件和轴向弹性件均为金属橡胶，主要作用是提供阻尼，对冲击响应的能量进行吸收，金属橡胶为圆环柱形，由金属丝缠绕而成。其中，径向弹性件用于吸收垂直方向(平行于中心轴的轴向)的冲击，其密度沿中心轴的轴向由冲击源到冲击对象递减，轴向弹性件用于吸收水平方向(垂直于中心轴的轴向，即沿中心轴的径向)的冲击，其密度沿中心轴的径向由外到内递减，其中密度越大阻尼越大，通过上述设计可实现各向冲击的有效吸收和衰减。且通过径向弹性件和轴向弹性件彼此独立的且上下串联布置，可分别利于垂直方向和水平方向冲击的吸收，相较于以往的隔振器的设计方案，衰减效果更优。金属丝具体的材料、尺寸等可根据实际需要进行设计，在此不赘述，本发明的径向弹性件和轴向弹性件采用串联形式填充于空腔结构中，金属橡胶的阻尼根据不同的隔振对象和冲击源要求进行设计即可，其为现有技术，在此不赘述。

再次参见图1，定位组件安装在安装组件和隔振组件之间。具体的，定位组件包括上压盖6和下压盖8，其中上压盖6位于中心轴的上端与弹性元件之间，用于固定并压紧弹性元件的上端，下压盖8位于底座1与弹性元件之间，用于固定并压紧弹性元件的下端。参见图1，上压盖6直接套装在壳体5的外部，其上端与中心轴7的圆盘状顶部接触，其下端的外侧与外隔振件2的上方接触，其下端的内侧与内隔振件的上方接触；下压盖8的结构与上压盖6完全相同，其直接套装在壳体5的外部，其下端与底座1接触，其上端的外侧与外隔振件2的下方接触，其上端的内侧与内隔振件的下方接触，通过上下压盖的设置，可实现弹性元件的有效安装定位，并可有效防止灰尘进入空腔，避免内隔振件被污染。

作为一个优选实施例，壳体5的内壁中间位置设有一圈凸出结构，该凸出结构将空腔结构分成上下两个空腔，每一空腔内均安装有内隔振件，且两空腔内的内隔振件上下对称布置。

进一步的，每一空腔内安装的内隔振件为一组或多组，优选为一组。当每一空腔内设置一组内隔振件时，即上空腔内设置上下布置的径向弹性件和轴向弹性件(径向弹性件在上，轴向弹性件在下)，下空腔内设置与上空腔内对称布置的内隔振件，即设置上下布置的轴向弹性件和径向弹性件(轴向弹性件在上，径向弹性件在下)，此时隔振器中共有两个轴向弹性件4和两个径向弹性件3，其中两径向弹性件3分别位于中心轴的两端，且内壁与中心轴7外壁接触，外壁与壳体5的内壁接触，两端由对应的压盖压紧，而两轴向弹性件4位于中心轴7的中间部分，并分别与对应的径向弹性件3接触，且两径向弹性件3的内壁与中心轴7外壁接触，外壁与壳体5的内壁接触。本发明通过上述设计可获得上下对称的隔振器，该隔振器更有利于冲击响应的隔离，尤其是剧烈冲击响应的隔离。

本发明的多自由度复合隔振器的工作过程为：面向冲击源的中心轴7因为剧烈冲击响应而进行振动，当冲击源产生垂直方向(与中心轴轴向平行)的振动时，外隔振件2(碟形弹簧)首先对传递过来的冲击响应进行缓冲，并吸收一定的能量，而位于中心轴7上下两端的径向弹性件3(径向金属橡胶)产生一定挤压变形再次对冲击响应的传递进行衰减；当冲击源产生水平方向(与中心轴轴向垂直)的振动时，中心轴7也产生一定的径向运动，外隔振件2(碟形弹簧)首先对传递过来的冲击响应进行缓冲，并吸收一定的能量，对能量产生了一定的衰减；另一方面中心轴7中间的轴向弹性件4(轴向金属橡胶)因径向的冲击响应产生了一定的挤压变形，对冲击响应向隔振对象的能量进行衰减；当冲击源产生倾转方向的响应时，外隔振件2(碟形弹簧)提高了刚度，对传递过来的能量进行有效衰减，中心轴7处的轴向金属橡胶4和径向金属橡胶3同时挤压变形对冲击响应向隔振对象的能量传递进行衰减，有效地进行了冲击响应的冲击隔离。

对本发明设计的多自由度复合隔振器进行隔振性能试验和冲击隔离性能试验，其冲击隔离效果较好，能够满足相关产品对冲击隔离的设计要求。本发明设计的多自由度复合隔振器，能够对多方向多自由度的冲击响应进行有效的隔离，根据负载的不同自行更换碟形弹簧和金属橡胶即可，对于导弹、火炮等冲击响应较大的装备中的精密仪器设备具有良好的冲击隔离效果。

下面对本发明的复合隔振器的性能进行测试，并以现有的普通钢丝绳隔振器作为比较对象，在相同条件下进行性能测试。首先进行隔振性能试验，在进行试验时，分别将本发明的复合隔振器和现有的钢丝绳隔振器固定在振动试验台面上，然后进行扫频试验和定频试验。

扫频试验过程中，设定频率在10Hz-80Hz范围内，采用位移峰值为2.5mm的激励信号分别对复合隔振器和钢丝绳隔振器进行正弦扫频试验，以分析两种隔离器的隔振效果，结果如图4所示。从图中可以看出，本发明的复合隔振器的固有频率f为11.5Hz，开始隔振频率为11.6Hz，共振峰值为1.2，而钢丝绳隔振器的固有频率f为14.9Hz，开始隔振频率为15.2Hz，共振峰值为3.0。通过对比可以得到以下结论：与钢丝绳隔振器相比，本发明设计的复合隔振器能有效降低隔振器的固有频率，减小隔振器的共振峰值，拓宽隔振器的隔冲频域。特别强调的一点在低频域(f<11.5Hz)，复合隔振器的传递函数值比钢丝绳隔振器的传递函数大，当f>11.5Hz时，复合隔振器的传递函数值从1.2较快地减小为0.5，之后基本保持0.5左右；在高频段，两种隔离器的传递函数值趋于一致，均为0.5上下。

定频振动试验时，分别以不同频率(20Hz、50Hz、80Hz)和不同的位移幅值(1.0mm、2.0mm、3.0mm)的激励信号给振动试验台施加相关信号，用压电式加速度传感器测量振动台和负载的加速度的信号，再将信号传至RC-3000振动测试系统中得到定频振动试验曲线。试验曲线结构如图5至图10所示，图中负载指隔振对象，基座指复合隔振器的基座处。从图5与图6可以看出，激励频率为20Hz时，复合隔振器基座(即底座)的加速度响应幅值为2.7m/s²，负载处的A_max为0.49m/s²，钢丝绳隔振器基座与负载的A_max分别为2.8m/s²和0.9m/s²，计算得到复合隔振器的加速度传递率为0.82，钢丝绳隔振器的加速度传递率为1.08，在12Hz～19Hz频段范围内，本发明的复合隔振器已经处于振动隔离区间，而钢丝绳隔振器还处于放大区间。从图7和图8可以看出，当激励频率提高到50Hz时，复合隔振器的基座和负载的A_max分别为18.57m/s²和9.42m/s²，钢丝绳隔振器基座和负载的A_max分别是20.43m/s²和10.60m/s²，则两种隔离器的传递率分别为0.51和0.52。从图9和图10可以看出，当激励频率提高到80Hz时，复合隔振器的基座和负载的A_max分别为33.44m/s²和16.04m/s²，钢丝绳隔振器基座和负载的A_max分别是34.10m/s²和16.92m/s²，则两种隔离器的传递率分别为0.48和0.49。综上可知，在中低频域范围内，本发明的复合隔振器的加速度传递率明显优于钢丝绳隔振器的加速度传递率，具有更好的隔振效果，随着激励频率的提高，钢丝绳隔振器的加速度传递率和复合隔振器的传递率的差值渐渐缩小。

再进行冲击隔离性能试验，本实施例中采用摆锤冲击试验测定本发明的复合隔振器的冲击隔离性能，并通过与钢丝绳隔振器的抗冲击性能进行对比，分析复合隔振器冲击性能的优势，试验工况如表1所示，冲击测试状态参数如表2所示。

表1冲击试验工况

表2冲击测试状态参数

选取金属橡胶相对密度ρ＝0.18，承受负载质量10kg的复合隔振器和承受相同负载质量的钢丝绳隔振器，不同冲击强度下即不同的落锤高度，分别为300mm、600mm、900mm和1200mm，在冲击方向和摆锤角度相同的情况下，复合隔振器的冲击响应结果如图11至图18所示，图中基础为冲击源，负载为隔振对象。

从图中可以看出：(1)对于一定摆锤高度及一定的冲击激励下，负载A_max远小于基座A_max，且负载加速度响应曲线第一个波形峰值被大大减弱，时间响应变长，说明复合隔振器可以通过减少冲击响应峰值以及延长时间响应的方式来提升抗冲击性能；(2)由图11、图13、图15和图17可以看出，在四种落锤高度的工况下，负载的绝对加速度响应曲线的首个波峰均存在一段平台期，这是因为平台受到的冲击激励响应比较小。从图11可以看到，在300mm的落锤高度的激励下，负载的加速度响应的第一个波谷前存在一段大约2.85m/s²的平台期，之后立刻衰减为1.84m/s²；在300mm和600mm的落锤高度的激励下，负载的加速度响应曲线的第一个波谷曲线呈现出连续的V字形；(3)负载的A_max发生在第一个波谷曲线，造成这种现象的原因有两点，一是在垂直落锤冲击时，复合隔振器中的金属橡胶和碟形弹簧伸长过程的作用力比压缩过程大两倍左右的自身重力；第二点复合隔振器伸长过程受到双半正弦冲击作用时处于波谷阶段，在这个过程中的冲击作用低频强度大，相比正弦波，其脉宽较宽，复合隔振器产生的伸长变形比压缩变形要长。(4)从图12可以看出，在负载的加速度冲击响应达到第一个波峰时会有一小段平台期，在这一小段平台加速度立刻增加爬升形成尖峰，造成这种现象的主要原因是复合隔振器在压缩过程增加了变形范围，在一定时间内复合隔振器的轴向力立刻增大，同样地，在三种距离的落锤的冲击激励下，负载的加速度响应曲线的第一个波谷曲线呈现出连续的V字形；(5)由图14、图16和图18可以看出，在摆锤高度为600mm、900mm和1200mm时，负载的加速度冲击响应在达到第一个波峰时平台期慢慢消失，尤其是摆锤高度为1200mm时，几乎没有平台期，产生这种现象的原因是过强的冲击载荷，复合隔振器呈现出硬刚度特性，而在负载的加速度响应中第一个波谷仍是呈V字形。

冲击隔离率是检验复合隔振器抗冲击性能的一个重要指标，冲击隔离率的数值越大，代表复合隔冲器的抗冲击性能越好，其定义为：

式中，A_load表示负载的绝对加速度响应幅值，A_base表示基座(底座)的绝对加速度响应幅值。

根据上述公式，计算不同摆锤高度下的冲击隔离率，通过计算发现当摆锤高度300mm时的冲击激励工况时，本发明的复合隔振器的冲击隔离效果最好，冲击隔离率在95％以上，其余工况下冲击隔离率也在90％以上。可见，本发明设计的复合隔振器的防冲击效果优良。

如图2所示，本发明还提供了一种抗冲击的多自由度复合隔振系统，其包括上下对称布置的两隔振支架10、设置在两隔振支架10之间的本发明设计的多自由度复合隔振器11以及安装在上隔振支架上的隔振对象安装组件。具体的，通过螺栓将复合隔振器安装在两隔振支架之间，首先通过螺栓穿过下方隔振支架上的螺纹孔及壳体平板结构上的螺栓孔，将复合隔振器的下端安装在下方隔振支架上，再通过穿过上方隔振支架上的螺纹孔及中心轴顶部螺栓孔的螺栓，将复合隔振器的上端安装在上方隔振支架上。本发明隔振系统为两层平台的安装式隔振支架，隔振支架用于承载复合式隔振器，优选4个复合隔振器安装在隔振支架上，复合隔振器为本发明所设计的隔振器，用于对冲击源的冲击响应进行有效隔离。在实际应用中，隔振系统中的复合隔振器的数目根据系统要求进行调整。

具体的，隔振对象安装组件包括包裹架9和固定结构12，包裹架9用于固定和支撑隔振对象，例如光电设备，航天发射器中的精密电子设备等，固定结构为隔振支架与包裹架的连接部分，用于连接和固定包裹架和隔振支架，包裹架9通过固定结构12安装在其中一个隔振支架10上。

进一步的，隔振支架10为矩形平台结构，本发明的隔振系统为双层平台隔振支架结构，通过两平台之间的复合隔振器的作用使隔振对象与冲击源之间的冲击响应得到有效隔离。为了减少隔振支架的质量，在矩形平台中间进行挖孔处理。

更进一步的，包裹架9为圆柱形的铝合金结构，能够对隔振对象进行有效的固定和支撑，防止发生横移和侧移。当然包裹架可以根据隔振对象的外观形状和冲击源的大小进行个性化设计，选取合适的材料或者定制适合隔振对象的包裹架。固定结构12为薄板与矩形块结合的结构，薄板用于支撑隔振对象，矩形块结构有四个螺栓孔，孔内有螺纹，位于上方的隔振支架也有四个螺纹孔，通过螺栓将隔振支架与包裹架固定在一起，当然固定结构可以根据包裹架的不同进行相应的调整。

实际应用时，根据隔振对象的结构特点，设计合适的隔振支架并与隔振器组成多自由度复合隔振系统，在该隔振系统中包括多个多自由度复合隔振器，复合隔振器的下端连接下方的隔振支架，上端连接上方的隔振支架，下方的隔振支架面向冲击源，外隔振件中各碟形弹簧的刚度由冲击源向隔振对象方向递减，当冲击源产生冲击响应时，冲击响应通过隔振支架传递给中心轴7，多自由度复合隔振器内部的金属橡胶和碟形弹簧对冲击响应进行衰减和吸收。

总之，本发明的复合隔振器中的金属橡胶和碟形弹簧组合搭配能够较好实现冲击隔离效果，提高隔振效率，金属橡胶的密度和碟形弹簧的刚度由顶部到底端递增，能够提供隔振对象较好的冲击隔离效果，且径向金属橡胶和轴向金属橡胶的排列方式为交错排列，能够对不同方向的冲击响应进行隔离。本发明的隔振器的壳体中孔处放入定量的金属橡胶，在外套入定量的碟形弹簧，壳体的特殊结构能够根据负载的质量在不拆外部结构的情况下自行更换金属橡胶和碟形弹簧，安装拆卸方便。

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 (5)

1.一种抗冲击的多自由度复合隔振器，其特征在于，包括安装组件、隔振组件和定位组件，其中：

所述安装组件包括中心轴(7)以及安装在该中心轴(7)下端的底座(1)，该中心轴(7)的上端为圆盘状；

所述隔振组件包括壳体(5)和弹性元件，该壳体(5)套装在所述中心轴(7)的外部，并位于所述底座(1)以及中心轴的圆盘状上端之间，该壳体(5)的内壁与中心轴(7)的外壁之间形成空腔结构，所述壳体(5)的内壁上设有凸出结构，该凸出结构将所述空腔结构分成上下两个空腔，所述壳体(5)的外壁上设置有平板结构；所述弹性元件包括内隔振件和外隔振件(2)，所述上下两个空腔内分别设置有所述内隔振件，且两空腔内的内隔振件上下对称布置，其中位于上方空腔内的内隔振件包括上下串联布置的径向弹性件(3)和轴向弹性件(4)，位于下方空腔内的内隔振件包括上下串联布置的轴向弹性件(4)和径向弹性件(3)；所述径向弹性件(3)用于吸收垂直方向的冲击，其密度沿中心轴的轴向由冲击源到冲击对象递减，所述轴向弹性件(4)用于吸收水平方向的冲击，其密度沿中心轴的径向由外到内递减；所述外隔振件套装在所述壳体(5)的外部；

所述定位组件用于实现隔振组件的定位，其包括上压盖(6)和下压盖(8)，其中所述上压盖(6)位于中心轴的圆盘状的一端与内外隔振件之间，用于压紧内隔振件和外隔振件(2)的上端，所述下压盖(8)位于底座(1)与内外隔振件之间，用于压紧内隔振件和外隔振件(2)的下端。

2.如权利要求1所述的抗冲击的多自由度复合隔振器，其特征在于，所述径向弹性件和轴向弹性件均为金属橡胶，由金属丝缠绕而成。

3.如权利要求1所述的抗冲击的多自由度复合隔振器，其特征在于，所述外隔振件由不同刚度的多个碟形弹簧按刚度由大到小依次叠合而成。

4.一种抗冲击的多自由度复合隔振系统，其特征在于，包括上下对称布置的两隔振支架(10)、设置在两隔振支架(10)之间的如权利要求1-3任一项所述的多自由度复合隔振器以及安装在上隔振支架上的隔振对象安装组件。

5.如权利要求4所述的抗冲击的多自由度复合隔振系统，其特征在于，所述隔振对象安装组件包括包裹架(9)和固定结构(12)，所述包裹架(9)通过固定结构(12)安装在上隔振支架上。

Images