CN113464597B - 一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，属于变阻尼力隔振器领域。它包括矩形外壳、底板、顶板、升降杆A、升降杆B和设备平台，矩形外壳内部装设有螺纹转轴，螺纹转轴的两端分别采用滚动轴承B、滚动轴承A转动装设在顶板、底板上；螺纹转轴自上而下包括非自锁螺纹段、右旋螺纹段和左旋螺纹段，非自锁螺纹段上螺旋装设有升降压力板，右旋螺纹段上螺旋装设有同向阻尼板，左旋螺纹段上螺旋装设有反向阻尼板；螺纹转轴的左右两侧对称装设有金属螺旋弹簧A和金属螺旋弹簧B。本发明是一种结构简单合理、刚度与阻尼解耦，阻尼力可以随位移量的增加而显著增加的金属隔振器。

Description

一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器

技术领域

本发明主要涉及变阻尼力隔振器领域，特指一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器。

背景技术

金属隔振器因具有良好的刚度特性而被广泛应用。现有技术中的金属隔振器虽然具有良好的刚度特性，但阻尼特性很差：阻尼力很小，且阻尼力基本不发生变化。此外，由于金属隔振器中阻尼力与刚度力之间存在一定的耦合性，因此即使阻尼力发生较小的变化，系统的整体刚度都将发生改变，从而形成不可控的刚度。因此，设计一种刚度与阻尼相互独立、阻尼力可以显著变化的金属隔振器具有十分重要的应用价值。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、刚度与阻尼解耦，阻尼力可以随位移量的增加而显著增加、具有非线性阻尼力特性的金属隔振器。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，包括矩形外壳，分别装设于所述矩形外壳两端的底板和顶板，升降杆A，升降杆B，以及设备平台。

所述矩形外壳内部装设有螺纹转轴，所述螺纹转轴的两端分别采用滚动轴承B、滚动轴承A转动装设在所述顶板、所述底板上；所述螺纹转轴自上而下包括非自锁螺纹段、右旋螺纹段和左旋螺纹段，所述非自锁螺纹段上螺旋装设有升降压力板，所述右旋螺纹段上螺旋装设有同向阻尼板，所述左旋螺纹段上螺旋装设有反向阻尼板。

所述升降杆A和升降杆B相互平行，且关于所述螺纹转轴对称；所述升降杆A和升降杆B的下端固定装设在所述升降压力板上，中部分别穿过装设在所述顶板上的两个直线轴承，上端均与所述设备平台相连；所述螺纹转轴的左右两侧对称装设有金属螺旋弹簧A和金属螺旋弹簧B；所述金属螺旋弹簧A上端与所述升降压力板相连，其下端依次穿过设于所述同向阻尼板上的同向通孔A和设于所述反向阻尼板上的反向通孔A，并与所述底板相连；所述金属螺旋弹簧B上端与所述升降压力板相连，其下端依次穿过设于所述同向阻尼板上的同向通孔B和设于所述反向阻尼板上的反向通孔B，并与所述底板相连。

所述螺纹转轴上套装有金属螺旋弹簧C，所述金属螺旋弹簧C的两端分别与所述同向阻尼板、反向阻尼板相连。

所述同向阻尼板和所述反向阻尼板的四周侧壁与所述矩形外壳的内壁滑动接触。

进一步地，所述升降压力板的中心设有非自锁内螺纹，所述非自锁内螺纹与所述非自锁螺纹段中的外螺纹相配合。

进一步地，所述同向阻尼板的中部设有右旋内螺纹，所述右旋内螺纹与所述右旋螺纹段中的外螺纹相配合。

进一步地，所述反向阻尼板的中部设有左旋内螺纹，所述左旋内螺纹与所述左旋螺纹段中的外螺纹相配合。

进一步地，所述金属螺旋弹簧A和金属螺旋弹簧B结构特征和力学特征都相同。

进一步地，所述金属螺旋弹簧C为拉压螺旋弹簧，其刚度随变形量的增加而保持不变或者增加。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器设有同向阻尼板和反向阻尼比，且同向阻尼板与反向阻尼比之间装设有金属螺旋弹簧C，从而使得设备平台升降运动时，金属螺旋弹簧C的变形量与设备平台的位移量正增函数关系，金属螺旋弹簧C产生的弹力可以显著改变螺纹转轴转动所需要的阻力，从而显著增加了设备平台升降运动的阻尼力；此外，本发明的金属隔振器系统刚度由金属螺旋弹簧A和金属螺旋弹簧B的刚度组成，与金属螺旋弹簧C的刚度无关，从而使得本发明的隔振器在显著阻尼力的同时不会改变系统的刚度特性。由此可知，本发明是一种结构简单合理、刚度与阻尼解耦，阻尼力可以随位移量的增加而显著增加、具有非线性阻尼力特性的金属隔振器。

附图说明

图1是本发明的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器的结构原理示意图。

图中，1—底板；10—滚动轴承A；2—顶板；20—滚动轴承B；3—矩形外壳；41—升降压力板；42—升降杆A；43—升降杆B；44—设备平台；5—螺纹转轴；51—非自锁螺纹段；52—右旋螺纹段；53—左旋螺纹段；6—同向阻尼板；61—同向通孔A；62—同向通孔B；7—反向阻尼板；71—反向通孔A；72—反向通孔B；81—金属螺旋弹簧A；82—金属螺旋弹簧B；9—金属螺旋弹簧C。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，它包括矩形外壳3，分别装设于矩形外壳3两端的底板1和顶板2，升降杆A42，升降杆B43，以及设备平台44。

矩形外壳3内部装设有螺纹转轴5，螺纹转轴5的两端分别采用滚动轴承B20、滚动轴承A10转动装设在顶板2、底板1上；螺纹转轴5自上而下包括非自锁螺纹段51、右旋螺纹段52和左旋螺纹段53，非自锁螺纹段51上螺旋装设有升降压力板41，右旋螺纹段52上螺旋装设有同向阻尼板6，左旋螺纹段53上螺旋装设有反向阻尼板7。同向阻尼板6与反向阻尼板7总是反向运动，因而它们运动时必然是相互靠近或相互远离。

升降杆A42和升降杆B43相互平行，且关于螺纹转轴5对称；升降杆A42和升降杆B43的下端固定装设在升降压力板41上，中部分别穿过装设在顶板2上的两个直线轴承，上端均与设备平台44相连；螺纹转轴5的左右两侧对称装设有金属螺旋弹簧A81和金属螺旋弹簧B82；金属螺旋弹簧A81上端与升降压力板41相连，其下端依次穿过设于同向阻尼板6上的同向通孔A61和设于反向阻尼板7上的反向通孔A71，并与底板1相连；金属螺旋弹簧B82上端与升降压力板41相连，其下端依次穿过设于同向阻尼板6上的同向通孔B62和设于反向阻尼板7上的反向通孔B72，并与底板1相连。

螺纹转轴5上套装有金属螺旋弹簧C9，金属螺旋弹簧C9的两端分别与同向阻尼板6、反向阻尼板7相连。

同向阻尼板6和反向阻尼板7的四周侧壁与矩形外壳3的内壁滑动接触。

升降压力板41的中心设有非自锁内螺纹，非自锁内螺纹与非自锁螺纹段51中的外螺纹相配合。由于升降压力板41的内螺纹是非自锁内螺纹，因此当升降压力板41升降运动时，必然通过非自锁螺纹段51带动螺纹转轴5转动。

作为优选地，同向阻尼板6的中部设有右旋内螺纹，右旋内螺纹与右旋螺纹段52中的外螺纹相配合。当升降压力板41向下运动时，螺纹转轴5正向转动，从而使得同向阻尼板6向下滑动；当升降压力板41向上运动时，螺纹转轴5反向转动，从而使得同向阻尼板6向上滑动。

作为优选地，反向阻尼板7的中部设有左旋内螺纹，左旋内螺纹与左旋螺纹段53中的外螺纹相配合。当升降压力板41向下运动时，螺纹转轴5正向转动，从而使得反向阻尼板7向上滑动；当升降压力板41向上运动时，螺纹转轴5反向转动，从而使得反向阻尼板7向下滑动。

作为优选地，金属螺旋弹簧A81和金属螺旋弹簧B82结构特征和力学特征都相同，从而使得设备平台44和升降压力板41在运动过程中始终保持水平，进而减小螺纹转轴5转动所需要的额外阻力。金属螺旋弹簧A81和金属螺旋弹簧B82为恒刚度弹簧或刚度增加型弹簧。这样可以使得设备平台44的位移量与金属螺旋弹簧C9的变形量之间保持简单的函数关系，螺纹转轴5转动时形成可控变化趋势的阻尼力。相比较而言，金属螺旋弹簧A81和金属螺旋弹簧B82为刚度增加型弹簧，与为恒刚度弹簧相比，前者具有更小的阻尼力变化范围，这是因为在相同外力作用下前者产生设备平台44的位移量较小。

作为优选地，金属螺旋弹簧C9为拉压螺旋弹簧，其刚度随变形量的增加而保持不变或者其刚度随变形量的增加而增加。设备平台44安装被隔振设备后，金属螺旋弹簧C9恰好处于零变形受力状态，此时设备平台44所对应的位置为平衡位置。当设备平台44向下运动时，带动升降压力板41向下运动，进而带动螺纹转轴5正向转动，从而使得同向阻尼板6向下滑动，反向阻尼板7向上滑动，金属螺旋弹簧C9发生压缩变形，设备平台44向下偏离平衡位置的距离越大，金属螺旋弹簧C9的压缩变形量也就越大；当设备平台44向上运动时，带动升降压力板41向上运动，进而带动螺纹转轴5反向转动，从而使得同向阻尼板6向上滑动，反向阻尼板7向下滑动，金属螺旋弹簧C9发生拉伸变形，设备平台44向上偏离平衡位置的距离越大，金属螺旋弹簧C9的拉伸变形量也就越大。

阻尼力非线性改变原理：由于金属螺旋弹簧C9的刚度不会随变形量的增加而减小，因此在设备平台44产生相等位移量的情况下，金属螺旋弹簧C9的变形量必然是两倍增加，进而使得同向阻尼板6与反向阻尼板7之间的拉力或压力两倍增加，此时螺纹转轴5转动所需要的总阻力为金属螺旋弹簧C9的已有压力和新增加压力以及矩形外壳3与同向阻尼板6、反向阻尼比7之间的摩擦力，即总阻尼力非线性增加，因此整个系统的阻尼力随设备平台44位移量的增加而非线性增加；如果金属螺旋弹簧C9的刚度随自身变形量的增加而增加，则同向阻尼板6与反向阻尼板7之间的拉力或压力将随设备平台44的位移量而指数增加，螺纹转轴5转动过程中的阻尼力随设备平台44位移量的增加而呈指数式非线性增加。

阻尼与刚度解耦原理：由于整个过程中阻尼力的产生与系统的刚度弹簧即金属螺旋弹簧A81和金属螺旋弹簧B82无关，因此本发明的金属隔振器虽然阻尼力可以发生显著的非线性变化，但却不会影响到系统的刚度。

阻尼力变化三阶段原理：第一阶段为滑动摩擦阻尼力阶段，在这个阶段中，金属螺旋弹簧C9的变形量较小，从而使得金属螺旋弹簧C9的弹力所产生的螺纹转轴5的转动阻力远小于矩形外壳3对同向阻尼板6和反向阻尼板7所产生的摩擦阻尼力；第二阶段为共同阻尼力阶段，即金属螺旋弹簧C9的变形量达到一定的适中范围，即金属螺旋弹簧C9的弹力所产生的转动阻尼与摩擦阻尼力在同一数量级；第三阶段为转动阻尼力阶段，在这个阶段中，金属螺旋弹簧C9的变形量足够大，从而使得同向阻尼板6与反向阻尼板7之间的弹力足够大，进而使得螺纹转轴5转动所需要克服的转动阻力远大于矩形外壳3的摩擦阻尼力。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，包括矩形外壳(3)，分别装设于所述矩形外壳(3)两端的底板(1)和顶板(2)，升降杆A(42)，升降杆B(43)，以及设备平台(44)；其特征在于：

所述矩形外壳(3)内部装设有螺纹转轴(5)，所述螺纹转轴(5)的两端分别采用滚动轴承B(20)、滚动轴承A(10)转动装设在所述顶板(2)、所述底板(1)上；所述螺纹转轴(5)自上而下包括非自锁螺纹段(51)、右旋螺纹段(52)和左旋螺纹段(53)，所述非自锁螺纹段(51)上螺旋装设有升降压力板(41)，所述右旋螺纹段(52)上螺旋装设有同向阻尼板(6)，所述左旋螺纹段(53)上螺旋装设有反向阻尼板(7)；

所述升降杆A(42)和升降杆B(43)相互平行，且关于所述螺纹转轴(5)对称；所述升降杆A(42)和升降杆B(43)的下端固定装设在所述升降压力板(41)上，中部分别穿过装设在所述顶板(2)上的两个直线轴承，上端均与所述设备平台(44)相连；所述螺纹转轴(5)的左右两侧对称装设有金属螺旋弹簧A(81)和金属螺旋弹簧B(82)；所述金属螺旋弹簧A(81)上端与所述升降压力板(41)相连，其下端依次穿过设于所述同向阻尼板(6)上的同向通孔A(61)和设于所述反向阻尼板(7)上的反向通孔A(71)，并与所述底板(1)相连；所述金属螺旋弹簧B(82)上端与所述升降压力板(41)相连，其下端依次穿过设于所述同向阻尼板(6)上的同向通孔B(62)和设于所述反向阻尼板(7)上的反向通孔B(72)，并与所述底板(1)相连；

所述螺纹转轴(5)上套装有金属螺旋弹簧C(9)，所述金属螺旋弹簧C(9)的两端分别与所述同向阻尼板(6)、反向阻尼板(7)相连；

所述同向阻尼板(6)和所述反向阻尼板(7)的四周侧壁与所述矩形外壳(3)的内壁滑动接触。

2.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，其特征在于：所述升降压力板(41)的中心设有非自锁内螺纹，所述非自锁内螺纹与所述非自锁螺纹段(51)中的外螺纹相配合。

3.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，其特征在于：所述同向阻尼板(6)的中部设有右旋内螺纹，所述右旋内螺纹与所述右旋螺纹段(52)中的外螺纹相配合。

4.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，其特征在于：所述反向阻尼板(7)的中部设有左旋内螺纹，所述左旋内螺纹与所述左旋螺纹段(53)中的外螺纹相配合。

5.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，其特征在于：所述金属螺旋弹簧A(81)和金属螺旋弹簧B(82)结构特征和力学特征都相同。

6.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼解耦的变阻尼力金属隔振器，其特征在于：所述金属螺旋弹簧C(9)为拉压螺旋弹簧，其刚度随变形量的增加而保持不变或者增加。

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