CN211852665U - 一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，包括：平台板、水平橡胶支座、水平滑板支座以及竖向准零刚度支座。所述的水平橡胶支座和水平滑板支座形成本实用新型的水平向组合隔振系统，竖向准零刚度支座由上作板、钢挡板、下作板、聚四氟乙烯套筒、碟形弹簧、内加载环、外加载环和螺旋弹簧组成。其中，钢挡板和聚四氟乙烯套筒组成运动解耦部分；碟形弹簧、内加载环、外加载环和螺旋弹簧组成准零刚度弹簧组部分。上作板、下作板与运动解耦部分的相互作用，实现了隔振平台的运动解耦，上作板、下作板之间进行的竖向压缩弹簧组部分的运动，实现了竖向准零刚度隔振。

Description

一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台

技术领域

本实用新型涉及振动及噪声控制技术领域，具体来说，是涉及一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台。

背景技术

隔振技术属于一种被动的振动控制技术，不需要外界提供能量，其利用在被隔振物体与基础之间设置特殊构造的支座装置或是特殊材料，获得刚度较小的隔振层，通过物理学中的滤波原理来减弱基底的振动向隔振物体传播或是减弱隔振物体本身的振动向基底传播。

现代隔振技术发展到现在已有近80年历史，然而现有的大部分装置仍仅具有单方向振动的隔离能力，例如单独针对竖向或者水平向设计的隔振装置。近年来，不少的学者和工程师开始研发设计三维隔振装置，为有着较高隔振需求的精密仪器设备或结构物等提供振动控制解决方案。

然而，要实现三维隔振，存在着以下技术难题：

(1)竖向隔振系统承载能力与隔振效果之间的相互矛盾。要实现系统较大的承载能力，需要竖向隔振系统具有较大刚度，否则会带来较大的竖向位移和显著的振动摇摆倾覆现象；然而，由隔振的基本原理可知，取得良好的隔振效果，需要系统具有较小的刚度。采用传统的线性弹簧隔振无法满足要求。

(2)通过构造实现水平向和竖向的运动解耦。运动解耦装置的设计需要同时满足水平向和竖向的运动导向功能，且不能显著阻碍竖向隔振系统的正常工作能力。合理的运动解耦装置的设计对于实现三维隔振装置的效果以及抑制上部隔振结构的摇摆倾覆现象起到极为重要的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，能够实现三维隔振，具有更好的隔振效果以及更高的安全保障，并且能在提供稳定运动解耦功能的同时保证竖向隔振系统的顺畅运动。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，包括：平台板、水平橡胶支座、水平滑板支座以及竖向准零刚度支座。

所述平台板以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构连接。

所述水平橡胶支座设置在所述平台板下，包括：橡胶支座上连接板和叠层橡胶块，所述橡胶支座上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述叠层橡胶块是由橡胶层和钢板层交替粘接而成的。

所述水平滑板支座设置在所述平台板下，包括：滑板上连接板和聚四氟乙烯滑块，所述滑板上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述聚四氟乙烯滑块的上部嵌接于所述滑板上连接板的下部。

所述竖向准零刚度支座对应所述水平橡胶支座和水平滑板支座分别设置在水平滑板支座和水平橡胶支座的下方，所述竖向准零刚度支座包括：上作板，由从上至下连接的上作板上表面、上作板运动解耦套筒、上作板碟形弹簧加载环和上作板定位筒组成；下作板，包括：下作板固定底盘和从所述下作板固定底盘的中部向上延伸的下作板承接筒，所述下作板承接筒的内部形成下作板弹簧槽，所述下作板承接筒的顶部设有下作板加载环，下作板固定底盘通过螺栓与地面固定；碟形弹簧组，由多片碟形弹簧对合组合而成，所述碟形弹簧组套设在所述上作板定位筒的外部，所述碟形弹簧组的顶部与所述上作板碟形弹簧加载环的下端面接触相接，所述碟形弹簧组的底部与所述下作板加载环接触相接，相邻两片碟形弹簧的内端相接处之间设置内加载环，相邻两片碟形弹簧的外端相接处之间设置外加载环；螺旋弹簧，设置在所述下作板弹簧槽内并且所述螺旋弹簧的上端面与所述上作板定位筒的下端面接触相接；聚四氟乙烯套筒，套接在所述上作板运动解耦套筒的下端的外部，多块钢挡板竖向相隔地固定在所述下作板上，所述聚四氟乙烯套筒的下端绕所述聚四氟乙烯套筒形成向外凸出的聚四氟乙烯套筒变截面，在所述钢挡板的下端与所述聚四氟乙烯套筒变截面相对应地形成向内缩进的钢挡板变截面。

当所述竖向准零刚度支座设计成与所述水平橡胶支座连接时，所述叠层橡胶块通过螺栓与所述橡胶支座上连接板和竖向准零刚度支座上作板连接；当所述竖向准零刚度支座设计成与所述水平滑板支座连接时，所述上作板的上表面是光滑表面，所述聚四氟乙烯滑块的下部可滑动在所述上作板的上表面。

本实用新型所提出的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，在竖向采用了新型准零刚度支座进行非线性隔振，在受到静态重力荷载时，提供较大的“静刚度”系统具有较大的竖向承载能力；而在重力平衡状态附近做往复振动时，提供较小的“动刚度”系统具有更好的隔振能力。水平向采用摩擦板和叠层天然橡胶支座进行隔振，滑板与橡胶支座竖向刚度均较大，在上部结构重力作用下变形忽略不计。滑板水平变形时，聚四氟乙烯界面与上作板之间产生摩擦作用耗散振动能量。叠层橡胶支座水平变形时，通过橡胶层的水平变形为系统提供水平回复力，使系统在振动产生位移时具有复位能力。运动解耦装置采用的是钢挡板和聚四氟乙烯套筒组合式的运动解耦装置。钢挡板、聚四氟乙烯套筒与上作板接触作用，约束竖向隔振系统的水平向运动。所述钢挡板和聚四氟乙烯套筒之间通过变截面的设计使得所述钢挡板能固定住所述四氟乙烯套筒，以防止其在与上作板的相对运动中脱离位置。所述钢挡板主要提供约束作用，所述聚四氟乙烯套筒起到自润滑作用，在约束竖向隔振系统的水平方向运动的同时，保障了其顺畅的竖向运动能力。

其中由多片碟形弹簧、内加载环和外加载环组合而成的碟形弹簧组，相比于传统的由碟形弹簧组合而成的弹簧组，增加了弹簧组的变形能力，减小的各碟形弹簧之间的摩擦力，有利于提升竖向隔振效果。碟形弹簧组为竖向系统提供非线性变刚度，与下方的线性刚度螺旋弹簧并联使用，组成竖向准零刚度弹簧组部分。

所述聚四氟乙烯套筒和钢挡板与竖向准零刚度支座的上作板接触受力，限制了上作板的水平运动，实现了三维隔振平台的运动解耦。所述聚四氟乙烯套筒置于钢挡板和上作板之间，利用聚四氟乙烯的自润滑特性，在限制水平位移同时保障上作板顺畅地竖向运动。

本实用新型所提出的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，由于采用了上述技术方案，使得其与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)能够实现多类型振源，多方向振源隔离的效果；

(2)采用了带有准零刚度特性的竖向隔振系统和摩擦板与橡胶支座的组合水平隔振系统，隔振效果优良；

(3)设计了新型运动解耦装置，能在提供稳定运动解耦功能的同时，保证竖向隔振系统的顺畅运动。

本实用新型所提出的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其中所述的水平橡胶支座和水平滑板支座形成本实用新型的水平向组合隔振系统，所述水平橡胶支座和水平滑板支座的数量、形状和尺寸等参数，可以根据所述平台板上部的目标隔振结构的隔振需求和重力参数等信息进行设计，竖向准零刚度支座的数量、尺寸可根据需求调整，但要兼顾水平支座的数量和尺寸。所述碟形弹簧组的碟形弹簧的尺寸和组数、碟形弹簧的刚度等设计参数可相应进行设计调整。具体的设计方法和调整方法，都可以根据现有技术，基于本实用新型所提出的结构和实际需求进行设计和调整。

其中，所述上作板运动解耦套筒的外径与所述聚四氟乙烯套筒的内径一致，从而更好地实现运动解耦作用。所述上作板定位筒的外直径略小于所述碟形弹簧组的内环直径。所述下作板承接筒的外径与所述聚四氟乙烯套筒的内径一致，以起到更好的定位效果。所述钢挡板通过螺栓固定在所述下作板固定底盘上。

附图说明

图1为本实用新型带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台的一个较优实施例的三维结构示意图。

图2a为图1中所示实施例的水平滑板支座的结构示意图；

图2b为图2a中水平滑板支座的剖面结构示意图。

图3a为图1中所示实施例的水平橡胶支座的结构示意图。

图3b为图3a中水平橡胶支座的剖面结构示意图。

图4a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座的结构示意图。

图4b为图4a中竖向准零刚度支座的剖面结构示意图。

图5a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座上作板的结构示意图。

图5b为图5a中竖向准零刚度支座上作板的剖面结构示意图。

图6a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座碟簧组合使用状态的结构示意图。

图6b为图6a中竖向准零刚度支座碟簧组合使用状态的剖面结构示意图。

图7a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座运动解耦构造示意图。

图7b为图7a中竖向准零刚度支座运动解耦构造的剖面结构示意图。

图8a为图1中所示实施例的竖向准零刚度支座下作板的结构示意图。

图8b为图8a中竖向准零刚度支座下作板剖面结构示意图。

其中：1平台板；2水平滑板支座；3水平橡胶支座；4竖向准零刚度支座；5滑板上连接板；6聚四氟乙烯滑块；7橡胶支座上连接板；8叠层橡胶块；9橡胶层；10钢板层；11上作板；12钢挡板；13下作板；14聚四氟乙烯套筒；15碟形弹簧；16内加载环；17外加载环；18螺旋弹簧；19上作板上表面；20上作板运动解耦套筒；21上作板碟形弹簧加载环；22上作板定位筒；23碟形弹簧内环表面；24外加载环外环表面；25内加载环内环表面；26聚四氟乙烯套筒内表面；27聚四氟乙烯套筒变截面；28钢挡板内表面；29钢挡板变截面；30下作板加载环；31下作板弹簧槽；32下作板承接筒。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。

如图1所示的三维隔振平台，由平台板1、水平滑板支座2、水平橡胶支座3和竖向准零刚度支座4组成。平台板1以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构(图中未示出)连接。本实施例中，如图所示是采用了在平台中间使用一个水平橡胶支座3、在平台四周设置四个水平滑板支座2的结构方式构成了水平隔振系统。在水平隔振系统中的每个支座之下分别设置竖向准零刚度支座4。图1中所示出的是本实用新型的一个较优实施例，在其他实施例中，支座的布置数量和方式可随上部结构隔振需求而变化设计方案。

结合图2a和图2b所示，水平滑板支座2由滑板上连接板5与聚四氟乙烯滑块6组成。滑板上连接板5通过螺栓与平台板1连接，聚四氟乙烯滑块6牢固嵌于滑板上连接板5，聚四氟乙烯滑块6的下表面可在竖向准零刚度支座4的上作板11的上作板上表面19上顺畅滑动耗能。关于竖向准零刚度支座4的具体结构，将在后文中结合附图进行详述。

结合图3a和图3b所示，水平橡胶支座3由橡胶支座上连接板7和叠层橡胶块8组成。橡胶支座上连接板7通过螺栓与平台板1连接，如图3b所示，叠层橡胶块8的构造为橡胶层9与钢板层10交替粘接而成，从而保证了叠层橡胶块8在具有竖向承载力的同时橡胶层能水平变形，为水平隔振系统提供回复力。

结合图4a和图4b所示，竖向准零刚度支座4由上作板11、钢挡板12、下作板13、聚四氟乙烯套筒14、碟形弹簧15、内加载环16、外加载环17和螺旋弹簧18组成。其中，钢挡板12和聚四氟乙烯套筒14组成运动解耦部分；碟形弹簧15、内加载环16、外加载环17和螺旋弹簧18组成准零刚度弹簧组部分。上作板11、下作板13与运动解耦部分的相互作用，实现了隔振平台的运动解耦，上作板11、下作板13之间进行的竖向压缩弹簧组部分的运动，实现了竖向准零刚度隔振。

结合图5a和图5b所示，上作板11由上作板上表面19、上作板运动解耦套筒20、上作板碟形弹簧加载环21和上作板定位筒22组成。当竖向准零刚度支座4设计成与上部水平滑板支座2连接时，该竖向准零刚度支座4的上作板11的上作板上表面19应为光滑表面，使得水平滑板支座2的聚四氟乙烯滑块6能在其上顺畅滑动。当竖向准零刚度支座4设计与上部水平橡胶支座3连接时，该竖向准零刚度支座4的上作板11的上作板上表面19应预留螺栓孔与水平橡胶支座3的叠层橡胶块8螺栓连接。上作板运动解耦套筒20的外直径应与聚四氟乙烯套筒内表面26直径一致，以紧密接触实现运动解耦。上作板碟形弹簧加载环21用于在碟形弹簧组之上接触加载。上作板定位筒22的外直径应略小于碟形弹簧组的内环表面23和内加载环内环表面24的直径，以实现碟形弹簧组和内加载环16的定位效果。上作板定位筒22与螺旋弹簧18上接触面接触，实现对螺旋弹簧18的加载。

结合图6a和图6b所示，图中示出的是五组碟形弹簧的组合使用方式的结构示意图，碟形弹簧组由多片碟形弹簧15对合组合而成，碟形弹簧组套设在上作板定位筒22的外部，碟形弹簧组的顶部与上作板碟形弹簧加载环21的下端面接触相接，碟形弹簧组的底部与下作板加载环30接触相接，相邻两片碟形弹簧15的内端相接处之间设置内加载环16，相邻两片碟形弹簧15的外端相接处之间设置外加载环17。通过与内加载环16和外加载环17的交替叠放，碟形弹簧实现组合使用，以对弹簧组的力学性能灵活调整。图中标示出了组合后碟形弹簧组的碟形弹簧内环表面23、外加载环外环表面24和内加载环内环表面25。

聚四氟乙烯套筒14套接在上作板运动解耦套筒20的下端的外部，结合图7a和图7b中所示，多块钢挡板12竖向相隔地固定在下作板13上，聚四氟乙烯套筒14的下端绕聚四氟乙烯套筒14形成向外凸出的聚四氟乙烯套筒变截面27，在钢挡板12的下端与聚四氟乙烯套筒变截面27相对应地形成向内缩进的钢挡板变截面29。聚四氟乙烯套筒内表面26的直径与外加载环外环表面24直径一致，以实现外加载环17的定位效果。聚四氟乙烯套筒内表面26的直径与上作板运动解耦套筒20直径一致，以实现约束上作板11的水平运动并利用聚四氟乙烯材料自润滑效果保障上作板11的顺畅竖向运动。聚四氟乙烯套筒变截面27与钢挡板变截面29紧密相扣，实现聚四氟乙烯套筒14的定位效果。钢挡板内表面28紧密与聚四氟乙烯套筒14接触，为运动解耦功能提供足够的侧向支撑力。

图8a和图8b示出了下作板13的结构，下作板13包括下作板固定底盘和从下作板固定底盘的中部向上延伸的下作板承接筒32，下作板承接筒32的内部形成下作板弹簧槽31，下作板承接筒32的顶部设有下作板加载环30，下作板固定底盘通过螺栓与地面固定。钢挡板12的下端通过螺栓固定在下作板固定底盘上。下作板加载环30用于在碟形弹簧15之下接触承载。下作板弹簧槽31用于螺旋弹簧18的定位和加载，螺旋弹簧18设置在下作板弹簧槽31内并且螺旋弹簧18的上端面与上作板定位筒22的下端面接触相接。下作板承接筒32的外径与聚四氟乙烯套筒14的内径一致，实现紧密接触。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非是对本实用新型范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其特征在于，包括：

平台板，以螺栓连接的方式与上部目标隔振结构连接；

水平橡胶支座，设置在所述平台板下，所述水平橡胶支座包括：橡胶支座上连接板和叠层橡胶块，所述橡胶支座上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述叠层橡胶块是由橡胶层和钢板层交替粘接而成的；

水平滑板支座，设置在所述平台板下，所述水平滑板支座包括：滑板上连接板和聚四氟乙烯滑块，所述滑板上连接板通过螺栓与所述平台板连接，所述聚四氟乙烯滑块的上部嵌接于所述滑板上连接板的下部；以及

竖向准零刚度支座，对应所述水平橡胶支座和水平滑板支座分别设置在水平滑板支座和水平橡胶支座的下方，所述竖向准零刚度支座包括：

上作板，由从上至下连接的上作板上表面、上作板运动解耦套筒、上作板碟形弹簧加载环和上作板定位筒组成；

下作板，包括：下作板固定底盘和从所述下作板固定底盘的中部向上延伸的下作板承接筒，所述下作板承接筒的内部形成下作板弹簧槽，所述下作板承接筒的顶部设有下作板加载环，下作板固定底盘通过螺栓与地面固定；

碟形弹簧组，由多片碟形弹簧对合组合而成，所述碟形弹簧组套设在所述上作板定位筒的外部，所述碟形弹簧组的顶部与所述上作板碟形弹簧加载环的下端面接触相接，所述碟形弹簧组的底部与所述下作板加载环接触相接，相邻两片碟形弹簧的内端相接处之间设置内加载环，相邻两片碟形弹簧的外端相接处之间设置外加载环；

螺旋弹簧，设置在所述下作板弹簧槽内并且所述螺旋弹簧的上端面与所述上作板定位筒的下端面接触相接；

聚四氟乙烯套筒，套接在所述上作板运动解耦套筒的下端的外部，多块钢挡板竖向相隔地固定在所述下作板上，所述聚四氟乙烯套筒的下端绕所述聚四氟乙烯套筒形成向外凸出的聚四氟乙烯套筒变截面，在所述钢挡板的下端与所述聚四氟乙烯套筒变截面相对应地形成向内缩进的钢挡板变截面；

当所述竖向准零刚度支座设计成与所述水平橡胶支座连接时，所述叠层橡胶块通过螺栓与所述橡胶支座上连接板和竖向准零刚度支座上作板连接；当所述竖向准零刚度支座设计成与所述水平滑板支座连接时，所述上作板的上表面是光滑表面，所述聚四氟乙烯滑块的下部可滑动在所述上作板的上表面。

2.如权利要求1所述的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其特征在于：所述上作板运动解耦套筒的外径与所述聚四氟乙烯套筒的内径一致。

3.如权利要求1所述的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其特征在于：所述上作板定位筒的外直径略小于所述碟形弹簧组的内环直径。

4.如权利要求1所述的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其特征在于：所述下作板承接筒的外径与所述聚四氟乙烯套筒的内径一致。

5.如权利要求1所述的带竖向准零刚度的水平橡胶滑板组合式的三维隔振平台，其特征在于：所述钢挡板通过螺栓固定在所述下作板固定底盘上。

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