CN1912418A

CN1912418A - 油液－空气多介质耦合减振器

Info

Publication number: CN1912418A
Application number: CN 200610086150
Authority: CN
Inventors: 杨平; 刘夫云
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN1912418B

Abstract

本发明涉及机械，特指一种用于抗振动冲击防护的油液－空气多介质耦合减振器，可用于车载、船载和机载电子信息设备抗振动冲击防护等需要减振抗冲的方面，尤其是抗大振动冲击方面。其由油液、空气、阻尼结构、橡胶球、弹簧及底座耦合构成的。其包括一种筒式阻尼结构，其底部开有若干阻尼孔，侧面由外壳与筒式阻尼结构的下部构成环形腔室，腔室中充入油液并放置橡胶球若干，柱塞设计成与阻尼筒式结构形成精密配合副。具有在单个方向同时兼顾衰减大振动和抗大冲击的能力，通用性较强，并具有结构微小、制造方便的特点。

Description

油液-空气多介质耦合减振器

技术领域

本发明涉及机械，特指一种用于抗振动冲击防护的油液-空气多介质耦合减振器。

背景技术

振动、冲击等多种随机因素在不同工作条件下的激励和耦合，形成了极为复杂的动力学环境，成为制约各类设备工作可靠性、运动稳定性的重要因素，长期以来人们始终致力减振缓冲的理论和技术研究。目前技术难题：现有减振器技术在衰减振动时，不能兼顾抗大冲击或根本就不能兼顾冲击。

近几十年来，随着科学技术的高度发展，新的振动理论、测试技术、新型的抗振动冲击介质材料和器件不断涌现。减振防冲，实际上涉及到社会生活的各个方面，无论是航天工业及军用设备的防护，还是汽车制造业及其它工程领域，人们都将减振抗冲技术的研究作为设备性能和安全的重要研究内容，例如随着高阻尼粘弹材料生产技术的进步与成熟，约束阻尼减振理论在解决近代大量存在的宽频带随机振动的多共振峰问题上取得良好效果；美国研究开发的具有高可靠性的钢丝绳减振器，借助良好的非线性阻尼和刚度匹配设计，使其在良好的减振性能，在加固技术中倍受青睐。在此基础上由中科院力学研究所、航天部623所、常州市环宇减震器厂、江南大学等参照美国标准引进与开发了多系列钢丝绳减振器，也极大地丰富了国内在航天与其他领域中的应用。另外国内东南大学和上海交大参照美国和德国等发达国家减振技术应用弹簧刚度与附加的可变库仑阻尼进行了较成功的匹配而开发了无谐峰减振器和复合减振器(结构及性能与无谐峰减振器类似)。但这些减振器件大多不能兼顾抗冲击，更不用说抗大冲击，因此无法满足设备在环境越来越恶劣的条件下安全可靠工作的要求。

发明内容

本发明的目的是针对实现兼顾抗大振动和冲击的技术难题，为解决现有减振器技术在衰减振动时，不能兼顾抗大冲击或根本就不能兼顾抗振动和冲击的缺点。

实现上述技术目的的技术方案为：

液-空气多介质耦合减振器由油液、空气、阻尼结构、橡胶球、弹簧及底座耦合构成的，其特征在于采用筒式阻尼结构，其底部开有若干阻尼孔，侧面由外壳与筒式阻尼结构的下部构成一个或多个环形腔室，腔室中充入油液并放置橡胶球若干，柱塞与阻尼筒式结构形成精密配合副，可实现柱塞往复运动时既不泄露油液，又运动自如，利用柱塞的运动对腔室产生挤压使油液在阻尼筒式结构油液腔和环形腔室中串流来耗散振动冲击能量，同时油液挤压空气球产生的弹性结合弹簧可在振动冲击中起储能作用，其耦合弹性引起的伸缩形成了腔室间的泵动功能，由此形成了一种固-流耦合减振器件结构。

空气球弹性与弹簧的耦合初刚度满足固有频率为5～30Hz，初始阻尼筒的面积比率(该面积比率为开孔面积与开阻尼孔的环带面积的比值)在1/5～1/80，初始柱塞油液腔(柱塞底面与阻尼筒底面构成的空间，此体积随柱塞运动变化)与环形油液腔的体积比率可设计在1/2～1/30。

本发明通过借空气的可压缩特性、油液的流动耗能特性、橡胶的弹性特征及奇特耦合匹配结构设计形成多种介质固-流耦合减振器件结构，从而形成了抗大振动冲击功能的结构特点，该耦合减振器利用油液阻尼优越的衰减振动、抗大冲击性能、空气弹性、橡胶的弹性特征和挤压非线性弹性调整特性进行耦合设计来实现抗振动冲击防护功能。

振动激励作用时，柱塞挤压油液，油液挤压空气球形成泵动作用使油液串流而产生油阻尼并结合一定的空气阻尼来衰减振动，油液阻尼随振动激励的振幅变化而变化，大振幅振动时使柱塞与底座间相对位移大，则泵动作用强，产生较大油阻尼、并挤压空气球产生较大弹性变形，来抑制大振峰，例如共振峰；小振幅振动时使柱塞与底座间相对位移小，则泵动作用弱，产生微小油阻尼适应隔振，挤压空气球产生小弹性变形，从而起到调节刚度和阻尼的作用。针对冲击激励瞬时性，该减振器具有产生大变形的特性，减振器一方面设计具有软刚度特性的空气球产生变形将能量存储，该特性使柱塞与底座间相对空间获得最充分的利用，另一方面此时由于大变形导致强烈的泵动作用而产生很大的油阻尼将冲击能量缓慢衰减，并可获得较小的冲击传递率。

本发明的优点为：

具有一个器件兼顾衰减大振动和抗大冲击的能力，通用性较强，并具有结构微小、制造方便的特点。其可用于车载、船载和机载电子信息设备抗振动冲击防护等需要减振抗冲的方面，尤其是抗大振动冲击方面。

附图说明

图1为油液-空气多介质耦合减振器结构示意图

图2为油液-空气多介质耦合减振器在MEMS制造平台中的应用

1-底座 2-外壳 3-橡胶球 4-阻尼筒(底部开有阻尼孔) 5-柱塞 6-弹簧 7-油液 8-MEMS器件及封装 9-减振器 10-MEMS制造平台

具体实施方式

如图1所示，油液-空气多介质耦合减振器由油液、空气、阻尼结构、橡胶球、弹簧及底座耦合构成的。其包括一种筒式阻尼结构4，其底部开有若干阻尼孔，侧面由外壳2与筒式阻尼结构的下部构成一个环形腔室，腔室中充入油液并放置橡胶球3(一般3～8个)，柱塞5设计成与阻尼筒式结构4形成精密配合副，利用柱塞5的运动对腔室产生挤压使油液在阻尼筒式结构油液腔和环形腔室中串流来耗费振动冲击能量，同时油液挤压空气球3产生弹性并耦合弹簧6可在振动冲击中起储能作用，其耦合弹性引起的伸缩形成了两腔室的泵动功能，由此形成了一种固-流耦合减振器件结构。从而形成了抗大振动冲击功能的结构特点，利用了油液、空气、橡胶、弹簧等多种介质设计形成了一种油液-空气多介质耦合型减振器，该耦合减振器利用油液阻尼优越的衰减振动、抗大冲击性能和空气弹性和挤压非线性调整特性进行耦合设计来实现抗振动冲击防护功能的目标。

设计时按需要承受的额定质量计算空气球与弹簧耦合的初刚度，使固有频率为在5～30Hz左右，采用阻尼筒的面积比率(该面积比率为开孔面积与开阻尼孔的环带面积的比值)在1/5～1/80范围内，初始柱塞油液腔即柱塞底面与阻尼筒底面构成的空间，此体积随柱塞运动变化，其与环形油液腔的体积比率为1/2～1/30。在保证上述参数时可依据其它要求将结构设计成微小型和中大型，该结构的制造非常简便。

表1 油液-空气多介质耦合减振器参数性能

指标类别	实施例1	实施例2	实施例3
指标类别	实施例1	实施例2	实施例3	固有频率	6Hz	15Hz	30Hz
初始阻尼筒面积比率	大约1/5	大约1/30	大约1/80	固有频率	6Hz	15Hz	30Hz
初始阻尼筒面积比率	大约1/5	大约1/30	大约1/80	初始柱塞油液腔体积(变化的)与环形油液腔体积的比率	大约1/4	大约1/10	大约1/30
共振区振动传递率	≤3.5	≤2	≤3	初始柱塞油液腔体积(变化的)与环形油液腔体积的比率	大约1/4	大约1/10	大约1/30
共振区振动传递率	≤3.5	≤2	≤3	隔振效率	≥40Hz以后隔振效率＞75％	≥50Hz以后隔振效率＞75％	≥60Hz以后隔振效率＞75％
冲击传递率	≤0.6	≤0.6	≤0.6	隔振效率	≥40Hz以后隔振效率＞75％	≥50Hz以后隔振效率＞75％	≥60Hz以后隔振效率＞75％
冲击传递率	≤0.6	≤0.6	≤0.6	最大相对位移	≤12mm	≤15mm	≤15mm

油液-空气多介质耦合减振器适合抗5g～1000g/l1ms的大冲击或更强冲击及总均方根值为1g～500g/2～200Hz或更强随机振动，因此适合各种动力环境下的设备抗振动冲击防护，特别是针对减振抗冲性能要求较高的电子信息设备及在恶劣环境下的防护。

Claims

1.油液-空气多介质耦合减振器，其由油液、空气、阻尼结构、橡胶球、弹簧及底座耦合构成的，其特征在于采用筒式阻尼结构(4)，其底部开有若干阻尼孔，侧面由外壳(2)与筒式阻尼结构(4)的下部构成一个环形腔室，腔室中充入油液并放置橡胶球(3)，柱塞(5)与阻尼筒式结构(4)形成精密配合副。

2.根据权利要求1所述的油液-空气多介质耦合减振器，其特征在于空气球的初刚度满足固有频率为5～30Hz，初始阻尼筒的面积比率在1/5～1/80，初始柱塞油液腔与环形油液腔的体积比率为1/2～/30。

3.根据权利要求1所述的油液-空气多介质耦合减振器，其特征在于所述的橡胶球(3)为3～8个。