CN113586655B - 一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件 - Google Patents

一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件，包括下座板、上顶板；摩擦弹簧，置于所述下座板和所述上顶板之间；内壳，置于所述摩擦弹簧内部空间里；所述内壳的高度小于所述摩擦弹簧的自然高度，所述内壳具备一个密封空间，所述密封空间内装有颗粒。本发明当外界振动或冲击力通过摩擦弹簧传递到颗粒时，由摩擦弹簧和颗粒共同削弱冲击力，大幅度降低振动，应用在轨道上能够提高坐车的舒适感，生产成本低，工艺简单，便于使用。

Description

一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件
技术领域
本发明涉及颗粒阻尼，具体是一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件。
背景技术
液压阻尼器具备优良减振和抗冲击性能，通过液压油提供的阻力消耗振动和冲击带来的运动能量，以保护装备恶劣环境条件下的安全。但受工作环境的影响，易造成密封橡胶件老化引起液压油泄露、液压阻尼孔堵塞及液压油变质性能退化等问题，且对低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制。
尤其是在轨道上使用时，泄露、堵塞及变质等问题会严重影响减振能力，低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制在很大程度上降低人坐车的舒适性，并且用在轨道上的阻尼器造价成本高，工艺繁琐。
发明内容
为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块和组件，本发明当外界振动或冲击力通过摩擦弹簧传递到颗粒时，由摩擦弹簧和颗粒共同削弱冲击力，大幅度降低振动，应用在轨道上能够提高坐车的舒适感，生产成本低，工艺简单，便于使用。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块，包括
下座板、上顶板；
摩擦弹簧，置于所述下座板和所述上顶板之间；
内壳，置于所述摩擦弹簧内部空间里；
所述内壳的高度小于所述摩擦弹簧的自然高度，所述内壳具备一个密封空间，所述密封空间内装有颗粒。
进一步的，所述颗粒包括至少两种不同直径的颗粒。
进一步的，所述颗粒包括至少一种磁性颗粒和至少一种非磁性颗粒。
进一步的，所述颗粒在该密封空间内的体积占比为80％-100％。
进一步的，所述内壳的侧壁内绕设有线圈，所述线圈为所述颗粒提供不同的磁力。
进一步的，所述下座板和所述上顶板的形状统一，采用规则形状或者不规则形状。
一种基于颗粒阻尼的轨道减振组件，包括多个所述的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块。
综上所述，本发明取得了以下技术效果：
1、本发明相较于液压减振器采用内部填充液压油的方案，本发明内部填充颗粒或粉体材料，降低制造成本，有效减小密封件老化、泄漏、堵塞、变质等问题；
2、本发明内部阻尼颗粒材料均为不锈钢材质，磨损后更换，整体结构简单，易维修；
3、本发明降低液压阻尼器的制造成本，降低维护工作量；
4、本发明利用外部的摩擦弹簧大程度降低振动，再利用摩擦弹簧将振动传递到颗粒上，利用颗粒的摩擦力消耗振动。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块示意图；
图2是单粒径颗粒对应的阻尼曲线；
图3是级配粒径颗粒对应的阻尼曲线；
图4是增加线圈的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
如图1所示，一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块，用于轨道上实现减振。
包括下座板1、上顶板2；其中，下座板1与轨道之间硬连接直接固定，上顶板2与上方直接施力物体也是硬连接直接固定，也就是说，本发明的减振模块与施力物体之间硬连接，增大力的传递效果，从而增加阻尼力、减振效果。
还包括摩擦弹簧3，置于下座板1和上顶板2之间；其中，摩擦弹簧3结构为：摩擦弹簧3包括若干个依次排列的内环31，以及若干个依次排列的外环32，内环31的外壁面设置有向外凸出的环形锥，外环32的内壁面设置有向内延伸的环形锥，内环31的直径小于外环32的直径，使得外环32的环形锥与内环31的环形锥形成间隔的、锥面相接触的、能够相互位移的结构，且相邻的两个外环32之间能够相互靠近或者远离运动，相邻的两个内环31之间能够相互靠近或者远离运动，由此形成整个摩擦弹簧的压缩和伸长。当然，在这个过程中，受力时，摩擦弹簧在锥面和径向张力的作用下压缩，压缩时整个弹簧的侧壁膨胀，失力时，摩擦弹簧在锥面和径向张力的作用下伸长，伸长时整个弹簧的侧壁收缩。这也就要求与内部的内壳4之间要留出一些间隙，供摩擦弹簧的膨胀和收缩。
另外，摩擦弹簧是非线性弹簧，初始受力时，锥面之间的相对位移较大，在受力后期阶段，锥面之间的相对位移就会较小，与圆弹簧不同，圆弹簧属于线性弹簧，其受力与位移形成线性关系，而摩擦弹簧的受力与位移之间是非线性关系。非线性关系的摩擦弹簧在受力的过程中，会在开始时大幅度的吸收受力，在后期小幅度的消耗受力，大幅度吸收受力时能够将振动尽快的消耗转化掉，小幅度消耗受力时能够减小颠簸，以及，在位移的最大限度时减缓冲撞力，一是对整个装置的保护，二是避免出现紧急的撞击力、减小施力物体的震感，三是，摩擦弹簧利用锥面位移实现减振，会有一个最大位移限位，最大位移限位也就是相邻两个内环31之间的距离，或者是相邻两个外环32之间的距离，当相邻两个内环31或者相邻两个外环32接触碰撞时即是最大限位，此最大限位能够起到保护摩擦弹簧自身的作用。
还包括内壳4，置于摩擦弹簧3内部空间里；由于摩擦弹簧3会压缩，因此，内壳4的高度小于摩擦弹簧3的自然高度，给摩擦弹簧留出压缩的空间。
内壳4具备一个密封空间，密封空间内装有颗粒5，颗粒5用于消耗掉振动，将势能转换为内能，实现减振。
本实施例中给出颗粒5的使用原则：
1、颗粒5包括至少两种不同直径的颗粒。
在颗粒阻尼中，单种直径的颗粒广泛使用，其能够实现减振，然而，如果只使用单种直径的颗粒，其阻尼特性曲线不平滑，所能达到的最大阻尼系数较低。
如下表1所示，为单粒径的阻尼比实验数据：
颗粒粒经 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1 1.2 1.5 1.6 1.8 2
阻尼比 0.008 0.018 0.038 0.028 0.023 0.018 0.013 0.011 0.01 0.006 0.004
不同颗粒的直径对应的阻尼比不同，如图2所示是表1对应的曲线，横轴为颗粒粒径的单位为mm，纵轴为阻尼比，图中给出了不同粒径颗粒所对应的阻尼比，由图中可看出，在粒径为0.3mm左右时阻尼比就达到了顶峰，只在粒径为0.2-1mm之间阻尼比较大，其余区间阻尼比较小。
本实施例中，使用级配方式进行搭配，级配方式能够填补颗粒之间的间隙、增大相互之间的摩擦力、提高阻尼力，同时，由于摩擦弹簧3是非线性的，在受力前阶段，级配式颗粒会大幅消耗振动，受力后期同样会大幅消耗振动，进一步将颠簸和冲撞力削弱，用曲线表示阻尼力时，曲线会更加的平滑，同时，级配的方式能够提高整个装置的阻尼力和使用寿命，实验时发现，单种直径颗粒在长期摩擦时会发生破碎、缺口等现象，这些现象大大影响了阻尼力，需要经常更换颗粒，这些现象在级配的方式中就大大减小，并且实验数据可知，阻尼力整体提高，阻尼曲线更加平滑。
本实施例给出几种搭配方式，如下表2所示：
级配 30％2mm+70％0.5mm 30％2mm+70％0.8mm 30％2mm+70％1.0mm 30％1mm+70％0.5mm 30％1mm+70％0.8mm
阻尼比 0.033 0.029 0.023 0.035 0.04
上表2中，第一种方式是30％的2mm+70％的0.5mm的搭配方式，其搭配后的阻尼比为0.033，第二种是30％2mm+70％0.8mm，其搭配后的阻尼比为0.029，第三种是30％2mm+70％1.0mm，其搭配后的阻尼比为0.023，第四种是30％1mm+70％0.5mm，其搭配后的阻尼比为0.035，第五种是30％1mm+70％0.8mm，其搭配后的阻尼比为0.04。
将上述数据转换为曲线，如图3所示，实验曲线可知，级配方式确实提高了整体的阻尼力。
本实施例中选择2种不同直径进行级配的搭配，其中，直径较大的占比为30％，直径较小的占比70％，能够利用小直径填充大直径的间隙，在摩擦碰撞时提高阻尼比。
由图2和图3中可以看出，图2中在单粒径为0.2-1mm之间阻尼比较大为0.018-0.038之间，图3中任一种级配方式的阻尼比都在0.023以上甚至达到0.04，并且，级配方式的阻尼比基本上在单颗粒的阻尼比之上，而且级配方式的直径可选范围很大，而单颗粒要想获得较大的阻尼比只能在粒径0.2-1mm之间选择。
2、颗粒5包括至少一种磁性颗粒和至少一种非磁性颗粒。
在级配时，可以使用同种材质不同种直径，或者不同种材质且不同种直径的颗粒，当材质相同时，比如都选择非磁性材质，能够提高阻尼，比如都选择磁性材质，能够提高阻尼同时能够利用磁性来控制摩擦力，当材质不相同时，也就是选择一种磁性和一种非磁性的颗粒，磁性的颗粒能够通过磁性调节颗粒的摩擦力，非磁性颗粒能够延长使用寿命。当然，也可以选择一种非磁性多种磁性，或者一种磁性多种非磁性。
在使用磁性控制时，如图4所示，内壳4的侧壁内绕设有线圈6，线圈6为颗粒5提供不同的磁力。由于磁性材质在施加电流时会发生磁场，电流的大小会影响磁场，磁场能够影响颗粒之间的摩擦力，从而影响阻尼比。本实施例中使用一种磁性和一种非磁性的颗粒，利用磁力和磁性颗粒调节颗粒间的摩擦力大小也就是调节阻尼比，利用非磁性颗粒实现颗粒间摩擦力的稳定、耐用。
本发明将颗粒5和摩擦弹簧3结合在一起使用，利用摩擦弹簧3在初始时刻将振动大大减弱，弹簧在减弱振动时也会受到力的影响从而自身发生振动，振动传递到颗粒之间，将会引起颗粒之间的碰撞、摩擦、相对运动，从而产生摩擦力，也就将颗粒受到的运动势能转换为颗粒之间的内能，从而消耗掉这种振动，也就是将弹簧传递的振动消耗掉，进一步是将施力物体所施加的力引起的振动消耗掉。在受力后期，几乎能将大部分的振动削弱，使得冲撞力大大减小。可以这么理解，施力物体直接施加力在上顶板2上，上顶板2从而压缩摩擦弹簧3，摩擦弹簧3将收到的振动传递给颗粒，颗粒相互之间摩擦将振动消耗，使得摩擦弹簧减弱振动。
3、本实施例中，颗粒5在该密封空间内的体积占比为80％-100％。
另外，下座板1和上顶板2的形状统一，采用规则形状或者不规则形状。规则形状时能够使用在任何场合，在不规则的场合下使用不规则的形状。
一种基于颗粒阻尼的轨道减振组件，包括若干个上述减振模块。也就是说，本发明的减振模块可以作为整体单独使用，也可以作为标准件分散式排布使用，同时做成规则或者不规则的形状以分散式排列使用。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块，其特征在于：包括
下座板(1)、上顶板(2)；所述下座板(1)与轨道之间硬连接直接固定，所述上顶板(2)与上方直接施力物体硬连接直接固定；
摩擦弹簧(3)，置于所述下座板(1)和所述上顶板(2)之间；所述摩擦弹簧(3)包括若干个依次排列的内环(31)，以及若干个依次排列的外环(32)，所述内环(31)的外壁面设置有向外凸出的环形锥，所述外环(32)的内壁面设置有向内延伸的环形锥，所述内环(31)的直径小于所述外环(32)的直径；
内壳(4)，置于所述摩擦弹簧(3)内部空间里；所述内壳(4)的高度小于所述摩擦弹簧(3)的自然高度，所述内壳(4)具备一个密封空间，所述密封空间内装有颗粒(5)；
所述颗粒(5)包括至少两种不同直径的颗粒，直径较大的占比为30％，直径较小的占比70％；
所述颗粒(5)包括至少一种磁性颗粒和至少一种非磁性颗粒；
所述颗粒(5)在该密封空间内的体积占比为80％-100％。
2.根据权利要求1所述的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块，其特征在于：所述内壳(4)的侧壁内绕设有线圈(6)，所述线圈(6)为所述颗粒(6)提供不同的磁力。
3.根据权利要求2所述的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块，其特征在于：所述下座板(1)和所述上顶板(2)的形状统一，采用规则形状或者不规则形状。
4.一种基于颗粒阻尼的轨道减振组件，其特征在于：包括若干个如权利要求1-3任一项所述的一种基于颗粒阻尼的轨道减振模块。
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Inventor after: Dong Qing

Inventor before: Huang Hao

Inventor before: Shao Jianhong

Inventor before: Wang Chiming

CB03 Change of inventor or designer information