CN1203262C - 倒摆式气动隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔振装置，且更具体地涉及一种倒摆式气动隔振器。其组成倒摆体通过弹性膜与悬挂杯相连成一体，整个连体座于底座内的滚珠上，用于支持工作台板的支柱座于悬挂杯之中，有一隔板将倒摆体分隔成气囊弹性腔和气囊阻尼腔，两个腔体通过阻尼孔相连通。在底座的上部处，于同一水平面上均布四个水平调整弹簧，并通过水平调整弹簧将倒摆体与底座相连接。本发明利用密闭气囊的柔性，实现与地面的垂直隔振；依靠倒摆的水平摆动，及调整弹簧刚度K和与倒摆支座的距离α，实现与地面的水平隔振。本发明可广泛应用于科学研究和生产中，特别是涉及计量、检测、试验和制造等领域，需要排除来源于外界的低频振动之处。

Description

倒摆式气动隔振器

所属技术领域

本发明涉及一种隔振装置，且更具体地涉及一种倒摆式气动隔振器。

背景技术

在广泛的科学研究工作和生产过程中，特别是涉及计量、检测、试验和制造等领域，需要排除来源于外界的振动，如来源于地面的振动，尤其是低频地面振动时，需采用隔振平台或其他隔振装置，隔振器则是所述隔振装置实现隔振效果的核心部件。振动隔离技术领域中的现有技术，比较先进的都是采用空气弹簧阻尼系统，并以单摆结构形式来实现隔振效果，即气动隔振器的主要结构是：垂直方向的隔振作用依靠气囊，气囊充以一定压力的气体后，靠橡胶薄膜的变形完成气囊体积的膨胀和收缩，使承载的台板浮起，同时形成低固有频率的振动系统，使台板与地面的垂直振动隔离；水平方向的隔振作用则依靠单摆形式的结构，其大体上可分为悬挂式及万向杆式的二种，它们的基本原理都是利用单摆的低频隔振性能。但已有技术的一般结构中，其摆长是不可调节的，而且由于结构上的原因，摆长也有一定限度，不能无限制地延长单摆的长度，因此，所组成隔振系统的水平固有频率受到一定的限制，不能降得很低，如国外厂商产品样本介绍，其隔振系统的固有频率，垂直方向在1.2～1.7Hz、水平方向在1.5～1.9Hz范围，若要进一步提高其性能会受到限制。

发明内容

本发明的目的，是在于设计一种由倒摆结构形式的气囊组成的，固有频率很低，并可人为调节固有频率，具有高隔振性能的隔振装置。

本发明是通过下述构思来加以实现的：组成倒摆式气动隔振器的倒摆体通过弹性膜与悬挂杯相连成一体，整个连体座于底座内的滚珠上，并以此作为支点产生摆动。用于支持工作台板的支柱座于悬挂杯之中，有一隔板将倒摆体内的空腔分隔成气囊弹性腔和气囊阻尼腔，两腔通过阻尼孔相连通。在底座的上部处，于同一水平面上均布多个水平调整弹簧，并通过水平调整弹簧将倒摆体与底座相连接，从而有效地实现了本发明预定的目的。

本发明的效果是很明显的，垂直方向的隔振作用依靠气囊，当气囊充以一定压力的气体后，靠橡胶薄膜的变形使承载的台板浮起，同时形成低固有频率的振动系统，使台板与地面垂直振动隔离。水平方向的隔振，传统的悬挂式或万向杆式的隔振结构，都是一种单摆式的结构，其直接反映隔振性能的是隔振平台系统的水平固有频率f，而所述的固有频率f仅与摆长L有关。但传统的装置由于受结构上的限制，摆长总是有限的，因此系统水平固有频率的降低是有一定限度的。而本发明所述的倒摆式的隔振结构，对于一台工作台板质量M和倒摆长度l一定的隔振设置而言，其固有频率f与水平调整弹簧刚度K和水平调整弹簧离倒摆支点的距离a有关，只要调整Ka²→Mgl，则系统的固有频率可以降到很低，从理论上来说可以接近于0，从而充分地体现了本发明所述隔振系统的水平固有频率是可调节的，并可人为调到很低，从而获得具有高隔振性能的隔振装置的预期目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明加以进一步描述，从而使本发明的结构细节、特点、目的和优点更加明确，但并不限制本发明的范围。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是单摆力学模型图。

图3是倒摆力学模型图。

图中：1-支柱    2-弹性膜    3-气囊弹性腔    4-倒摆体    5-气囊阻尼腔6-滚珠    7-底座    8-悬挂杯    9-阻尼孔    10-隔板  11-水平调整弹簧。

具体实施方式

现结合附图来说明本发明实施例的构造：如附图1所示，一种倒摆式气动隔振器，包括支柱1、弹性膜2、倒摆体4、滚珠6、底座7、悬挂杯8、隔板10、水平调整弹簧11组成。组成所述倒摆式气动隔振器的倒摆体4，通过弹性膜2与悬挂杯8相连成一体，整个连体座于底座7内的滚珠6上。用于支持工作台板的支柱1，座于悬挂杯8之中。隔板10将倒摆体4内的空腔分隔成气囊弹性腔3和气囊阻尼腔5两个腔体，两个腔体通过一个或多个阻尼孔9相通。上述构造的倒摆式气动隔振器，形成一个以滚珠6为支点、以工作台板为质量的倒摆结构。此时，本发明的工作台板，依序通过支柱1、悬挂杯8、弹性膜2、与倒摆体4连成一体，而由于倒摆体4支承在滚珠6上，并以此作为支点产生摆动，因此座于其上的工作台板与地面的水平隔振主要依靠倒摆的水平摆动来实现。此时，工作台板与地面的垂直隔振，则是利用密闭气囊的柔性，当气囊内充压力气体后可使工作台浮起，工作台板与隔振器的气囊组成一固有频率很低的垂直振动系统，从而使工作台板与地面的垂直振动相隔离。气囊内的压力可自动调正，以适应工作台板上不同的仪器或设备重量的要求。

为了获得最佳的水平隔振效果起见，在所述底座7的上部处，于同一水平面上均布多个水平调整弹簧11，如附图1所示，本实施例为采用四个水平调整弹簧11，并通过水平调整弹簧11将倒摆体4与底座7相连接。此时，倒摆体4由四个对称布置的水平调整弹簧11所支持，维持其倒立的稳定性，只需调整水平调整弹簧11的刚度和位置，就可获得更好的水平隔振效果。

现有技术隔振平台的单摆式水平隔振结构，不论是悬挂式的或是万向杆式的，都如附图2所示，可以用简单的单摆力学模型来加以描述：

图中L为单摆长度，M为工作台板质量。直接反映其隔振性能的是隔振平台系统的固有频率f，表达式如下：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{g}{L}}$

式中：g为重力加速度值。

由此可见，系统的固有频率仅与摆长L有关。由于结构上的限制，摆长总是有限的，因此系统的水平固有频率的降低，也是有一定限度的。

本实施例所述的倒摆式气动隔振器，则如附图3所示，可以用简单的倒摆力学模型来加以描述：

图中M为工作台板质量；l为倒摆长度；a为水平调整弹簧11离支点的距离；K为水平调整弹簧的综合刚度。

相应列出的运动微分方程为：

${\mathrm{Ml}}^2\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+({\mathrm{Ka}}^2-\mathrm{Mgl})\mathrm{\θ}=0$

从这一方程得到的系统固有频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ka}}^2-\mathrm{Mgl}}{{\mathrm{Ml}}^2}}=C_1\sqrt{\frac{g}{L}}$

式中： $C_1=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ka}}^{2}L-\mathrm{MglL}}{{\mathrm{Ml}}^{2}g}},$ 为相对于单摆的倒摆乘子。调整水平调整弹簧11的刚度K或距离a值，可使Ka²＞Mgl，即C₁＞0，此时倒摆是倒立稳定的；如果使Ka²→Mgl，即C₁→0，则此时系统的固有频率可以降得很低，即从理论上来说，其水平方向固有频率可调至接近于0。

由上可见，只需调整本实施例中水平调整弹簧11的刚度K或位置，就可获得最佳的水平隔振效果。因此，本发明比传统的悬挂式或万向杆式的单摆结构要明显的优越。经国家认可的实验室机构对本实施例的性能测定，证实其隔振系统的固有频率，垂直方向和水平方向均可达到1.16Hz，由此可见本发明优于现有技术。

Claims (2)

1.一种倒摆式气动隔振器，包括支柱[1]、弹性膜[2]、倒摆体[4]、滚珠[6]、底座[7]、悬挂杯[8]、隔板[10]、水平调整弹簧[11]组成，所述悬挂杯[8]通过弹性膜[2]与倒摆体[4]相连成一体，所述隔板[10]将倒摆体[4]内的空腔分隔成气囊弹性腔[3]和气囊阻尼腔[5]，两腔通过一个或多个阻尼孔[9]相通，其特征在于：所述支柱[1]座于悬挂杯[8]之中，所述倒摆体[4]座于底座[7]内的滚珠[6]上，在底座[7]的上部处，于同一水平面上均布多个水平调整弹簧[11]，并通过水平调整弹簧[11]将倒摆体[4]与底座[7]相连接。

2.按权利要求1所述的倒摆式气动隔振器，其特征在于：所述水平调整弹簧[11]为四个。

Images