CN116085420B - 一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器及其工作方法，包括顶板、底板以及夹在顶板和底板之间的橡胶体，所述橡胶体中间开设有中间空腔，所述中间空腔贯通橡胶体上、下端面，中间空腔内填装有金属橡胶柱，所述金属橡胶柱上、下端分别与顶板和底板相抵接；所述橡胶体内部还设有对称分布在中间空腔两侧或者环绕中间空腔一周的型腔，所述型腔内填充有粘滞流体，所述粘滞流体中设有弹性球。本发明基于金属橡胶的高阻尼复合减振器具有高阻尼，高弹性的同时，提升了整体结构的承载刚度，提高了承载能力；并且金属橡胶能够在现在一些复杂的环境下使用，能够满足一些特殊场合的要求。

Description

一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器及其工作方法

技术领域

本发明涉及减振技术领域，特别是一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器及其工作方法。

背景技术

目前，在航天，医疗，精密器械等各种工程领域中，减振控制始终是安全问题中研究的焦点之一。振动的发生对相关设备的正常运行起了很大的负作用，降低了设备的使用寿命及运转精度，甚至造成了不可逆的强度破坏。粘滞阻尼隔振器属于被动型隔振装置，与结构直接相连，当结构振动时，外部激励驱使内部粘滞流体发生流动，粘滞流体与结构内部的阻尼孔进而产生相对运动，将振动源的机械能转化为内能达到振动衰减的目的。粘滞阻尼器可通过调整阻尼器结构或粘滞流体粘度实现阻尼输出可调，相较于传统的隔振装置拥有明显的优势。

但由于粘滞流体属于柔性材料，其材料的弹性模量较小，因而输出刚度较小，不适合在承载刚度大的场合使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器及其工作方法，具有高阻尼，高弹性的同时，提升了整体结构的承载刚度，提高了承载能力。

本发明采用以下方案实现：一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，包括顶板、底板以及夹在顶板和底板之间的橡胶体，所述橡胶体中间开设有中间空腔，所述中间空腔贯通橡胶体上、下端面，中间空腔内填装有金属橡胶柱，所述金属橡胶柱上、下端分别与顶板和底板相抵接；所述橡胶体内部还设有对称分布在中间空腔两侧或者环绕中间空腔一周的型腔，所述型腔内填充有粘滞流体，所述粘滞流体中设有弹性球。

进一步的，所述弹性球由橡胶外层和填充在橡胶外层内部的金属橡胶颗粒构成；所述顶板和底板上均固连有螺杆。

进一步的，所述型腔竖向截面呈中间小两端大的沙漏形，所述金属橡胶柱呈中间大两端小的腰鼓形。

进一步的，所述顶板和底板呈矩形，所述橡胶体横截面也呈矩形，所述型腔为两个并对称分布在中间空腔两侧。

进一步的，所述顶板和底板呈圆形，所述橡胶体横截面也呈圆形，所述型腔横截面呈环形并环绕中间空腔一周。

本发明另一技术方案：一种如上所述基于金属橡胶的高阻尼复合减振器的工作方法，工作时，当顶板收到振源传递的激励，橡胶体和金属橡胶柱将发生变形消耗一部分能量；该变形使得橡胶体型腔的体积将发生变化，从而使得型腔里的粘滞流体产生流动；在这些流动的粘滞流体中，粘滞流体将会分成两部分作用；其中一部分的粘滞流体会挤压弹性球，弹性球将发生变形，弹性球向内压缩，体积发生变化，弹性球在挤压作用下不断地恢复原形，从而反作用挤压粘滞流体，形成粘滞流体与弹性球的流固耦合作用，在这样反复作用挤压变形下将会输出阻尼力，消耗一部分能量；另一部分的粘滞流体将会与橡胶体型腔的内壁发生作用，进而对壁面产生压力，使得橡胶体型腔壁面在振动激励导致的变形基础上附加流体压力导致的变形，同样又将反作用于流体，形成流固耦合作用，在这样反复变形作用下将会输出阻尼力，消耗一部分能量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明基于金属橡胶的高阻尼复合减振器具有高阻尼，高弹性的同时，提升了整体结构的承载刚度，提高了承载能力；并且金属橡胶能够在现在一些复杂的环境下使用，能够满足一些特殊场合的要求。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一立体图；

图2是本发明实施例一正面剖视图；

图3是本发明实施例一立体图剖面图；

图4是本发明实施例一中弹性球剖面图；

图5是本发明实施例二立体图；

图6是本发明实施例二正面剖视图；

图7是本发明实施例二立体图剖面图；

图中标号说明：1、顶板；2、橡胶体；3、粘滞流体；4、弹性球；4a、橡胶外层；4b、金属橡胶颗粒；5、金属橡胶柱；6、螺杆；7、底板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：如图1~4所示，一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，包括顶板1、底板7以及夹在顶板和底板之间的橡胶体2，橡胶体由一体化橡胶材料制成，所述橡胶体2中间开设有中间空腔，所述中间空腔贯通橡胶体上、下端面，中间空腔内填装有金属橡胶柱5，所述金属橡胶柱5上、下端分别与顶板1和底板7相抵接，所述橡胶体2内部还设有对称分布在中间空腔两侧的型腔，所述型腔内填充有粘滞流体3，所述粘滞流体3中设有弹性球4。

粘滞流体采用高阻尼粘滞流体，粘滞流体3为减振器用来减振耗能的介质材料，本发明高阻尼粘滞流体采用的是物理性能和化学性能更好的硅油。通过选用不同粘度的高阻尼粘滞流体，可满足不同的空间场合的需求。

金属橡胶为中间带有通孔的弹性元件, 它由细金属丝经过缠绕、拉伸、编织和模压形成网状结构体，通过金属丝直径的选取和成型压力的调节,可以控制金属橡胶元件的孔隙度；由于其特殊的制作工艺和类似橡胶大分子材料的空间网状勾联结构，金属橡胶材料具有独特的高弹性性能，适当调整金属橡胶的丝径、材质与密度等因素，填充入橡胶体2中，可以满足在不同的空间场合的运动要求。金属橡胶加入橡胶体2的中间空腔中，由于金属橡胶与橡胶体都具有弹性，金属橡胶5与橡胶体2组合成基于金属橡胶的高阻尼复合结构。该结构在具有高阻尼，高弹性的同时，由于金属橡胶5的加入，提升了整体结构的承载刚度。

与传统的使用橡胶为材料的吸能装置相比，该减震器利用橡胶与金属橡胶材料组合吸能，能够实现较大的吸能比和刚度，并且金属橡胶能够在现在一些复杂的环境下使用，能够满足一些特殊场合的要求；与一般的纯橡胶吸能装置相比，该减振器在保持高弹性的同时，还增加了刚度与阻尼，提升吸能效果。通过适当调整金属橡胶的丝径、材质、密度与弹性小球的材质和高阻尼粘滞流体的材质等因素，填充入橡胶中，可以满足在不同的空间场合的运动要求。

在本实施例中，所述顶板和底板与橡胶体端面粘固在一起，顶板和底板为金属材质，可用各种高刚度金属制成，如45号钢，40Gr等。

在本实施例中，所述弹性球4由橡胶外层4a和填充在橡胶外层内部的金属橡胶颗粒4b构成；橡胶外层选用具有较强抗剪切能力的加成型室温硫化硅橡胶，可以增强抗张强度、相对伸长和撕裂强度，提高弹性球4的使用寿命。

在本实施例中，所述顶板和底板上均固连有螺杆6，用于减振器的安装。

在本实施例中，所述型腔竖向截面呈中间小两端大的沙漏形，所述金属橡胶柱呈中间大两端小的腰鼓形。

在本实施例中，所述顶板和底板呈矩形，所述橡胶体横截面也呈矩形，橡胶体前后侧面为平面，左右侧面为弧形面，所述型腔为两个并对称分布在中间空腔两侧，橡胶体顶部设有与型腔相通的开口，可用以加入粘滞流体与弹性球。

一种如上所述基于金属橡胶的高阻尼复合减振器的工作方法：

工作时，当该基于金属橡胶的高阻尼复合减振器上表面收到振源传递的激励，由于该减振器的主体是由橡胶制成的，当受到激励时，橡胶体和金属橡胶柱将发生变形消耗一部分能量；橡胶体2将发生向内凹陷变形，该变形使得橡胶体型腔的体积将发生变化，从而使得型腔里的粘滞流体产生流动。

在这些流动的粘滞流体中，粘滞流体将会分成两部分作用。其中一部分的粘滞流体3会挤压弹性球4：由于弹性球4芯部填充入金属橡胶颗粒4b，具有弹性，是可压缩的，这一部分的粘滞流体3去挤压弹性球4时，弹性球4将发生变形，弹性球向内压缩，体积发生变化。但由于弹性球4芯部填充入金属橡胶颗粒4b，使得弹性球4可在挤压作用下不断地恢复原形，从而反作用挤压粘滞流体3，形成粘滞流体3与弹性球4的流固耦合作用，在这样反复作用挤压变形下将会输出阻尼力，消耗一部分能量，达到减振的目的。

其中，另一部分的粘滞流体3将会与橡胶体2型腔内壁发生作用：由于橡胶体2向内凹陷变形，橡胶体2的型腔体积发生变化，而体积发生变化时会导致内部的流体发生流动，橡胶体2内的粘滞流体3不断发生流动，从而会不断地挤压橡胶体2型腔壁面，进而对壁面产生压力。该压力会作用于流体与橡胶体的型腔接触面上，使得橡胶体型腔壁面在振动激励导致的变形基础上附加流体压力导致的变形，同样固体区域的变形又将反作用于流体，形成流固耦合作用，在这样反复变形作用下将会输出阻尼力，消耗一部分能量，从而达到减振吸能的目的。

橡胶体2与弹性球4的体积在激励下不断的变化，二者将同时与粘滞流体3发生流固耦合作用，在这样双重反复流固耦合作用下将会输出阻尼力，可大幅度提高减振器吸能作用，使得减振器具有高弹性、高吸能作用。

由于橡胶体2与粘滞流体3均属于柔性材料，其材料的弹性模量较小，因而输出刚度较小。顶板1和底板7可用各种高刚度金属制成，粘贴在橡胶体2的上、下端面，可提高整个装置的承载刚度，并且顶板和底板可将橡胶体2与金属橡胶5包裹，起到固定作用。

金属橡胶具有高弹性的同时，还具有高刚度。金属橡胶5自身的多孔特性，在外部的激励下，能够进行摩擦耗能，输出阻尼力。通过橡胶体2、粘滞流体3、弹性球4与金属橡胶5的组合作用进行耗能，该装置能够达到高弹性、高吸能作用。又由顶板、底板与金属橡胶5同时具高刚度，因此该装置具有高弹性、高吸能作用的同时，还具有高刚度，提高了整个装置的承载能力。

实施例二：如图5~7所示，本实施例与实施例一原理相同，区别在于形状不一致；在本实施例中，所述橡胶体4内部还设有环绕中间空腔一周的型腔，所述顶板1和底板7呈圆形，所述橡胶体2横截面也呈圆形，橡胶体2外侧面为内凹的弧形面，所述型腔横截面呈环形并环绕中间空腔一周。

由于本实施例减振器为外侧面内凹的回转体状结构，对称性更好，受力更加均匀，整体刚度、稳定性、弹性以及吸能效果都比实施例一更强。本实施例减振器的工作原理与实施例相似。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，其特征在于：包括顶板、底板以及夹在顶板和底板之间的橡胶体，所述橡胶体中间开设有中间空腔，所述中间空腔贯通橡胶体上、下端面，中间空腔内填装有金属橡胶柱，所述金属橡胶柱上、下端分别与顶板和底板相抵接；所述橡胶体内部还设有对称分布在中间空腔两侧或者环绕中间空腔一周的型腔，所述型腔内填充有粘滞流体，所述粘滞流体中设有弹性球；所述弹性球由橡胶外层和填充在橡胶外层内部的金属橡胶颗粒构成；所述顶板和底板上均固连有螺杆。

2.根据权利要求1所述的基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，其特征在于：所述型腔竖向截面呈中间小两端大的沙漏形，所述金属橡胶柱呈中间大两端小的腰鼓形。

3.根据权利要求1所述的基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，其特征在于：所述顶板和底板呈矩形，所述橡胶体横截面也呈矩形，所述型腔为两个并对称分布在中间空腔两侧。

4.根据权利要求1所述的基于金属橡胶的高阻尼复合减振器，其特征在于：所述顶板和底板呈圆形，所述橡胶体横截面也呈圆形，所述型腔横截面呈环形并环绕中间空腔一周。

5.一种如权利要求1所述基于金属橡胶的高阻尼复合减振器的工作方法，其特征在于：工作时，当顶板收到振源传递的激励，橡胶体和金属橡胶柱将发生变形消耗一部分能量；该变形使得橡胶体型腔的体积将发生变化，从而使得型腔里的粘滞流体产生流动；在这些流动的粘滞流体中，粘滞流体将会分成两部分作用；其中一部分的粘滞流体会挤压弹性球，弹性球将发生变形，弹性球向内压缩，体积发生变化，弹性球在挤压作用下不断地恢复原形，从而反作用挤压粘滞流体，形成粘滞流体与弹性球的流固耦合作用，在这样反复作用挤压变形下将会输出阻尼力，消耗一部分能量；另一部分的粘滞流体将会与橡胶体型腔的内壁发生作用，进而对壁面产生压力，使得橡胶体型腔壁面在振动激励导致的变形基础上附加流体压力导致的变形，同样又将反作用于流体，形成流固耦合作用，在这样反复变形作用下将会输出阻尼力，消耗一部分能量。