CN205173362U - 一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器 - Google Patents

Abstract

一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，包括与基础连接的底座、橡胶金属复合件、与机械设备连接的顶盖和滚珠丝杠惯容器组件，滚珠丝杠惯容器组件安置在橡胶金属复合件的内部并与其形成并联支撑作用，包括螺栓A、滚动轴承、螺栓B、轴承上盖板、旋转飞轮、丝杠螺母、丝杆螺栓，其中丝杠螺栓与丝杠螺母通过滚珠形成滚动螺旋副，沿丝杠螺母向外依次套装着旋转飞轮和轴承，其中轴承内圈套装在旋转飞轮和丝杆螺母之间，外圈套装在底座和轴承上盖板之间。本实用新型将低频减振性能优异的滚珠丝杠惯容器组件安置在橡胶金属复合件内部并与其形成并联支撑，结构紧凑并具有宽频减振性能，尤其是控制设备启停瞬间、支撑基础摇摆等低频振动效果显著。

Description

一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器

技术领域

本实用新型涉及一种减振降噪构件，特别涉及一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，属于减振降噪技术领域。

背景技术

机械设备在运转时将不可避免地产生振动，控制振动的一个重要方法就是隔振。近年来机械设备的隔振技术得到一定发展，且多以单层隔振和双层隔振以及浮筏隔振方式为主。然而，无论何种隔振方式，都是以最简单的隔振器作为基本器件。隔振器分为好多种，有橡胶隔振器、弹簧隔振器和空气隔振器等。其中用的最多的还是橡胶隔振器，但是橡胶隔振器却有着许多不可避免的缺点，比如橡胶隔振器的静态压缩量不能过大，对低频(如低于10Hz)的减振效果不理想等。因此，橡胶隔振器不适用于对低频激励为主的机械设备隔振。

申请号为201510094130.0，名称为“用于轨道交通浮置板道床隔振系统的橡胶隔振器”的发明专利，公开了一种用于轨道交通浮置板道床隔振系统的橡胶隔振器，包括上盖板、上铁件、橡胶件、下铁件、下座板、铁芯、限位螺栓和锁紧螺塞；铁芯设置在橡胶件内并与橡胶件硫化成一体，提高了橡胶隔振器各个方向的刚度和强度，并且提高了承载能力和抗疲劳性能。然而，该发明专利中的橡胶隔振方法和普通橡胶隔振器原理一样，对低频振动的减振效果不明显。

申请号为201220527293.5，名称为“一种惯容器与阻尼同轴串联的一体式减震器装置”的实用新型专利，公开了一种惯容器与阻尼同轴串联的一体式减震器装置，它是在传统阻尼减震器的活塞杆之上，同轴一体式的设置滚珠丝杆惯容器工作腔，此结构将串联的惯容器元件和阻尼元件设计为一个等效的新减震器装置，解决车辆悬架被动机械网络结构的惯容器和阻尼串联的空间布置问题，提高可靠性和节约能源的特点。但是，由于该减振装置是惯容器元件和阻尼元件的串联系统，隔振主要靠通过橡胶件的弹性变形吸收消耗振动产生的能量，隔振能力有限，在机械设备出现低频干扰频率时，尤其是当干扰频率低于10Hz时，橡胶件由于自身物理属性的限制而难以产生有效的隔振效果，这些缺陷会直接影响设备工作状态的稳定性，影响橡胶隔振器产品的应用范围。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述橡胶隔振器低频隔振能力差的问题和缺陷，同时提高中高频的减振效果，而提供一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器。

为达到上述目的，本实用新型实现目的所采取的技术方案是：

一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，包括与基础连接的底座5、橡胶金属复合件8、与机械设备19连接的顶盖10和滚珠丝杠惯容器组件；其特征在于：所述滚珠丝杠惯容器组件包括螺栓A3、滚动轴承4、螺栓B7、轴承上盖板9、旋转飞轮11、丝杠螺母15和丝杆螺栓17；其中所述丝杆螺栓17中部设有一段用于安置滚珠18的丝杆螺纹，丝杆螺纹向上下两端延伸分别依次设有光杆段和普通螺纹段，丝杆螺栓17上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖10设有的中心孔和机械设备19的安装孔，采用大螺母13与丝杆螺栓17上端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓17下端光杆段穿过所述底座5设有的中心孔，采用所述螺栓底盘1与丝杆螺栓17下端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓17中部的丝杆螺纹上通过安置有的滚珠18穿插在下端设有凸缘的所述丝杠螺母15中，丝杠螺母15上向外依次套装着外圆为大中小直径阶梯圆柱体的所述旋转飞轮11和所述滚动轴承4，其中，所述丝杠螺母15通过凸缘端面上设有的若干个孔采用所述螺栓A3与所述旋转飞轮11相连接；所述滚动轴承4的内圈嵌装在旋转飞轮11小直径外圆与丝杆螺母15凸缘之间形成的凹槽中，外圈嵌装在所述底座5设有的大台阶孔中，所述底座5和滚动轴承4外圈的同水平端面上设置有所述轴承上盖板9；轴承上盖板9上均等设置有若干个孔，采用所述螺栓B7与底座5相连接；所述橡胶金属复合件8为设有锥形中心孔的圆台形构件，通过锥形中心孔套装在所述底座5设有的外圆锥面上，橡胶金属复合件8的外圆锥穿插在所述顶盖10设有的锥形沉孔中。

所述丝杆螺栓17上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖10中心孔和机械设备19的安装孔的两端还分别设置有垫片A12和垫片B14。

所述丝杆螺栓17下端光杆段与所述底座5中心孔之间还镶嵌有橡胶件2。

所述丝杆螺栓17上端端头还设有一防尘帽16。

所述的若干个孔的数量均为6个。

所述丝杆螺栓17的中部丝杆螺纹段和丝杆螺母15的内孔螺纹面还镀覆有耐磨和防腐保护层。

所述滚珠18为高强度金属球或耐磨非金属球，所述高强度金属球为锆球或30Cr球，所述耐磨非金属球为陶瓷球或碳纤维增强的树脂基复合材料球。

所述底座5为外圆下端设有凸缘，凸缘上设有若干用于与基础连接的螺栓孔6，中心孔下端没有直径大于所述螺栓底盘1直径的沉孔，上端设有大中小台阶沉孔的圆台状体。

具体实施，所述旋转飞轮11和丝杆螺母15可以合并为一个整体件制造。

工作原理：当隔振器受到机械设备19的扰动力时，顶盖会带动丝杠螺栓17一起上下运动，从而使得所述的丝杆螺母15带动所述的旋转飞轮11一起运动，旋转飞轮11储存的旋转动能与旋转飞轮11的转动惯量J和旋转角速度ω有关，与其转动惯量成正比，并与旋转角速度的平方成正比。而旋转飞轮11的旋转角速度与丝杆螺栓17的螺距p以及丝杆螺栓17的相对速度有关。振动频率越大，旋转飞轮11的旋转角速度越高，则旋转飞轮11储存的旋转动能越多。通过改变旋转飞轮11的转动惯量和丝杠螺栓17的螺距，可调节旋转飞轮11储存旋转动能的能力，在旋转飞轮11一定质量的情况下，应尽可能增加其转动惯量，以提高其储存能力。对于高速旋转的旋转飞轮11，由于旋转运动的动能是其振动时产生的平动动能的上百倍，从而利用较小质量的旋转飞轮11，极大地吸收了振动时的能量，尤其是低频振动所产生的能量。因此，惯容器在某种程度上起到了质量放大的作用，几千克的旋转飞轮11会实现几百千克甚至几吨的等效质量的效果，从而能有效吸收机械设备19振动所产生的能量，尤其是低频振动所产生的能量。

同时，橡胶金属复合件8变形储存的弹性势能与橡胶金属复合件8的刚度k和顶盖10与底座5之间的相对位移Δx有关，顶盖10与底座5之间的相对位移越大，橡胶金属复合件8变形储存的弹性势能越多，通过橡胶金属复合件8的内阻尼作用，不断地再将弹性势能转化为阻尼热能，从而消耗掉振动能，等振动结束时，橡胶金属复合件8能自动恢复初始状态，使得隔振器有恢复能力。

本实用新型的惯容复合减振器在工作时吸收的能量为橡胶金属复合件8弹性变形储存的弹性势能与旋转飞轮11储存的旋转动能之和，即U+E。机械设备19工作时产生的低频振动，振动能主要通过旋转飞轮11旋转转化为旋转动能；机械设备19工作时产生的高频振动，振动能主要通过橡胶金属复合件8的弹性变形转化为弹性势能，从而极大地提高了减振器的减振效果。

本实用新型的创新点是巧妙利用普通橡胶隔振器内部空间，设计一种机械式的丝杆螺母惯容结构吸收低频振动能量，这种机械式的丝杆螺母惯容器结构紧凑、减振效果好，所以具有很好的发展前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构构造示意图。

图2是滚珠丝杆惯容器组件的放大图。

图3是顶盖剖视图。

图4是顶盖俯视图。

图5是丝杆螺母剖视图。

图6是丝杆螺母俯视图。

图7是底座剖视图。

图8是旋转飞轮剖视图。

图9是旋转飞轮俯视图。

图10是丝杆螺栓剖视图。

图中：1为螺栓底盘，2为橡胶件，3为螺栓A，4为滚动轴承，5为底座，6为螺栓孔，7为螺栓B，8为橡胶金属复合件，9为轴承上盖板，10为顶盖，11为旋转飞轮，12为垫片A，13为大螺母，14为垫片B，15为丝杆螺母，16为防尘帽，17为丝杆螺栓，18为滚珠，19为机械设备。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以及结合附图及实施案例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图10所示，为本实用新型实施例的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，包括与基础连接的底座5、橡胶金属复合件8、与机械设备19连接的顶盖10和滚珠丝杠惯容器组件；其特征在于：所述滚珠丝杠惯容器组件(见图2)包括螺栓A3、滚动轴承4、螺栓B7、轴承上盖板9、旋转飞轮11(见图8和图9)、丝杠螺母15(见图5和图6)和丝杆螺栓17；其中所述丝杆螺栓17(见图10)中部设有一段用于安置滚珠18的螺距为P的丝杆螺纹，丝杆螺纹向上下两端延伸分别依次设有光杆段和普通螺纹段，丝杆螺栓17上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖10设有的直径为为D1、厚度为H的中心孔(见图3和图4)和机械设备19的安装孔，采用大螺母13与丝杆螺栓17上端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓17下端光杆段穿过所述底座5设有的中心孔(见图7)，采用所述螺栓底盘1与丝杆螺栓17下端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓17中部的丝杆螺纹上通过安置有的滚珠18穿插在下端设有凸缘并且设有直径为D3、带有螺距为P的中心孔的所述丝杠螺母15中，丝杠螺母15上向外依次套装着外圆为大中小直径阶梯圆柱体并且中心孔直径为D6的所述旋转飞轮11和所述滚动轴承4，其中，所述丝杠螺母15通过凸缘端面上设有的若干个孔采用所述直径为D2的螺栓A3与所述旋转飞轮11相连接；所述旋转飞轮11与顶盖10之间的间隙为5～15mm；所述滚动轴承4的内圈嵌装在旋转飞轮11小直径外圆与丝杆螺母15凸缘之间形成的凹槽中，外圈嵌装在所述底座5设有的大台阶孔中，所述底座5和滚动轴承4外圈的同水平端面上设置有所述轴承上盖板9；轴承上盖板9上均等设置有若干个孔，采用所述螺栓B7与底座5相连接；所述橡胶金属复合件8为设有锥形中心孔的圆台形构件，通过锥形中心孔套装在所述底座5设有的外圆锥面上，橡胶金属复合件8的外圆锥穿插在所述顶盖10设有的锥形沉孔中。

所述丝杆螺栓17的中部丝杆螺纹段和丝杆螺母15的内孔螺纹面还镀覆有耐磨和防腐保护层。

所述滚珠18为高强度金属球或耐磨非金属球，所述高强度金属球为锆球或30Cr球，所述耐磨非金属球为陶瓷球或碳纤维增强的树脂基复合材料球。

具体的，如图10所示，所述丝杆螺栓17上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖10中心孔和机械设备19的安装孔的两端还分别设置有垫片A12和垫片B14。

如图1所示，所述丝杆螺栓17下端光杆段与所述底座5中心孔之间还镶嵌有橡胶件2。

如图1所示，所述丝杆螺栓17上端端头还设有一防尘帽16。

如图7所示，所述的若干个孔的数量均为6个，其孔径为D5。

如图7所示，所述底座5为外圆下端设有凸缘，凸缘上设有4个用于与基础连接的直径为D4螺栓孔6，比丝杆螺栓11的直径大1～3mm的中心孔下端设有直径大于所述螺栓底盘1直径的沉孔，上端设有大中小台阶沉孔的圆台状体，其中，自上而下，第三台阶与螺栓A3之间的间隙为5～8mm。

如图1所示，丝杆螺栓17允许的最大向上振动位移大小为螺栓底盘1与底座5之间的垂向距离，最大向下振动位移大小为螺栓底盘1与安装基础之间的垂向距离，为了使振动位移不至于太大并且振动产生的冲量不损坏隔振器，设计时应使上下振动的最大位移为2～4mm，所以，所述螺栓底盘1上端面与底座5之间安装时要保持3～6mm的间隙，螺栓底盘1下端面与基础之间安装时也要保持3～6mm的间隙。

装配工艺为：先将丝杆螺母15和丝杆螺栓17装好，将滚动轴承4从丝杆螺栓17顶部套入，再将轴承上盖板9从丝杆螺栓17顶部套入，再将旋转飞轮11从丝杆螺栓17顶部套入，用6个螺栓A3把滚动轴承4的内圈、旋转飞轮11和丝杆螺母15固定起来。将上述组件整体套入已经安装了橡胶件2的底座5上，用6个螺栓B7把轴承上盖板9和底座5固定起来。将橡胶金属复合件8套在底座5上，把垫片A12套入丝杆螺栓17并调节机械设备19的安装孔的高度，将顶盖10从丝杆螺栓17顶部装入，再将垫片B14套入丝杆螺栓17顶部，再将大螺母13旋入丝杆螺栓17顶部，再套上防尘帽16。最后把螺栓底盘1旋入丝杆螺栓17底部并紧固，这种结构安装和拆卸比较方便。

一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器工作原理：当机械设备19工作而产生振动时，所述橡胶金属复合件8和所述旋转飞轮11同时起作用。假设顶盖10由于机械设备19振动而产生位移Δx，其储存的弹性势能k是橡胶金属复合件8的刚度。与此同时，丝杆螺栓17也会产生位移Δx，通过丝杆螺母15带动旋转飞轮11，使其发生旋转，丝杆螺母15与旋转飞轮11的旋转角速度与丝杆螺栓17的螺距p以及丝杆螺栓17两端的相对速度有关，旋转飞轮11储存的旋转动能 $E=\frac{1}{2}\·J\·{\mathrm{\ω}}^2=\frac{2{\mathrm{\π}}^2\·J\·\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{x}}^2}{p^2},$ J为旋转飞轮11的转动惯量。惯容复合减振器在工作时吸收的能量为橡胶金属复合件8弹性变形储存的弹性势能与旋转飞轮11储存的旋转动能之和，即U+E。

经过振动试验结果表明，几千克的旋转飞轮11所吸收的能量等效于几百千克甚至几吨的质量平动所吸收的能量，即几百千克甚至几吨重的机械设备19的振动能量很大一部分被仅仅几千克的旋转飞轮11所吸收。其中，低频振动能量绝大部分被旋转飞轮11所吸收，尤其是10Hz以下的振动所产生的能量，而高频振动能量被橡胶金属复合件8吸收，两者结合，隔振效果优异，又由于飞轮11和橡胶金属复合件8并联使用，每个部件承受的扰动力相对较小，所以使用寿命也大大提高。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式。当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，包括与基础连接的底座(5)、橡胶金属复合件(8)、与机械设备(19)连接的顶盖(10)和滚珠丝杠惯容器组件；其特征在于：所述滚珠丝杠惯容器组件包括螺栓A(3)、滚动轴承(4)、螺栓B(7)、轴承上盖板(9)、旋转飞轮(11)、丝杠螺母(15)和丝杆螺栓(17)；其中所述丝杆螺栓(17)中部设有一段用于安置滚珠(18)的丝杆螺纹，丝杆螺纹向上下两端延伸分别依次设有光杆段和普通螺纹段，丝杆螺栓(17)上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖(10)设有的中心孔和机械设备(19)的安装孔，采用大螺母(13)与丝杆螺栓(17)上端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓(17)下端光杆段穿过所述底座(5)设有的中心孔，采用所述螺栓底盘(1)与丝杆螺栓(17)下端普通螺纹段固定连接，丝杆螺栓(17)中部的丝杆螺纹上通过安置有的滚珠(18)穿插在下端设有凸缘的所述丝杠螺母(15)中，丝杠螺母(15)上向外依次套装着外圆为大中小直径阶梯圆柱体的所述旋转飞轮(11)和所述滚动轴承(4)，其中，所述丝杠螺母(15)通过凸缘端面上设有的若干个孔采用所述螺栓A(3)与所述旋转飞轮(11)相连接；所述滚动轴承(4)的内圈嵌装在旋转飞轮(11)小直径外圆与丝杆螺母(15)凸缘之间形成的凹槽中，外圈嵌装在所述底座(5)设有的大台阶孔中，所述底座(5)和滚动轴承(4)外圈的同水平端面上设置有所述轴承上盖板(9)；轴承上盖板(9)上均等设置有若干个孔，采用所述螺栓B(7)与底座(5)相连接；所述橡胶金属复合件(8)为设有锥形中心孔的圆台形构件，通过锥形中心孔套装在所述底座(5)设有的外圆锥面上，橡胶金属复合件(8)的外圆锥穿插在所述顶盖(10)设有的锥形沉孔中。

2.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述丝杆螺栓(17)上端光杆段自下而上依次穿过所述顶盖(10)中心孔和减振设备的安装孔的两端还分别设置有垫片A(12)和垫片B(14)。

3.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述丝杆螺栓(17)下端光杆段与所述底座(5)中心孔之间还镶嵌有橡胶件(2)。

4.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述丝杆螺栓(17)上端端头还设有一防尘帽(16)。

5.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述丝杆螺栓(17)的中部丝杆螺纹段和丝杆螺母(15)的内孔螺纹面还镀覆有耐磨和防腐保护层。

6.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述滚珠(18)为高强度金属球或耐磨非金属球。

7.根据权利要求6所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述高强度金属球为锆球或30Cr球。

8.根据权利要求6所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述耐磨非金属球为陶瓷球或碳纤维增强的树脂基复合材料球。

9.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述底座(5)为外圆下端设有凸缘，凸缘上设有若干用于与基础连接的螺栓孔(6)，中心孔下端设有直径大于所述螺栓底盘(1)直径的沉孔，上端设有大中小台阶沉孔的圆台状体。

10.根据权利要求1所述的一种具有宽频减振性能的惯容与橡胶复合减振器，其特征在于：所述的若干个孔的数量均为6个。