CN212250963U - 导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种导轨‑欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，由竖向隔振系统与水平向隔振系统组成。水平向部分包括上座板、导轨、滑块、滚珠、滚珠保持器、挡块、连接组件、压缩弹簧、阻尼器、挡片、欧拉梁、转轴、固定端、中连接板；竖向主要部分包括中座板、螺旋弹簧、碟形弹簧、定位加载环、内套筒、外套筒、底板。本实用新型通过水平向压缩弹簧与欧拉梁的配合作用实现水平向隔振所需的自适应刚度，通过在竖向并联螺旋弹簧与碟形弹簧实现竖向隔振所需的自适应刚度。本实用新型可广泛用于受环境振动影响的结构与重要大型仪器设备等，在隔离环境振动的同时具有隔离地震动和冲击的效果。

Description

导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座

技术领域

本实用新型涉及一种导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，属于振动及噪声控制领域。

背景技术

隔振技术属于一种被动的振动控制技术，其基本原理是通过在被隔振物体与基础之间设置隔振支座等装置，形成水平刚度较小的隔振层，通过滤波效应减小外部环境振动、地震等对隔振物体的影响，或阻止隔振物体产生的振动向地面传播。近年来，隔振技术不断发展，在机械设备振动控制和建筑结构抗震领域已有广泛的研究和应用。

现有隔振装置不能满足隔离多种类型振动的需求。许多大型精密仪器设备以及重要历史文物等对振动控制的要求很高；而在工业厂房内，设备振动也会造成显著的结构振动，从长期的角度对工人的健康与生产效率造成负面影响。因此，需同时考虑隔离地震作用和环境振动，而不同类型振动的特性也是截然不同的。地震具有幅值高，频谱广，频率低的特点；而机械振动具有幅值低，频谱窄，频率高的特点。此外，既有的一些具有三向隔振功能的装置，存在着竖向与水平向力学性能严重耦合、隔振效果不佳等缺点。

发明内容

本实用新型的目的在于使精密仪器设备、建筑结构等在多类型振源以及三维振动输入下具有良好的隔振效果，为此本实用新型提出一种导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，其原理为：外界三向振动传入该支座时，通过内外套筒配合，振动将被解耦为水平与竖向振动；水平向发生运动时，沿导轨轴向布置的压缩弹簧提供导轨方向的正刚度，沿导轨侧向布置的欧拉梁产生导轨方向的负刚度，二者配合形成自适应刚度，以隔离水平振动；竖向运动时，竖向布置的螺旋弹簧提供正刚度，碟形弹簧产生负刚度，二者并联形成自适应刚度以隔离竖向振动。基于此，该装置最终可实现良好的三向振动控制效果。

为了实现上述目标，本实用新型提供如下技术方案：

一种导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，包括水平向隔振系统和竖向隔振系统，两者通过连接板体系安装起来。

一、所述连接板体系包括上座板1、中连接板11、中座板12、底板18，底板 18用于与基础或者地面固定，上座板1用于安装被隔振对象，中连接板11、中座板12两者连接用于实现水平向隔振系统、竖向隔振系统之间的传递。

二、所述水平向隔振系统位于上座板1与中连接板11之间，包含直线导轨机构、复位耗能机构和负刚度机构；直线导轨机构负责将水平方向运动解耦于水平面内垂直独立双向，同时提供抗拉能力；复位耗能机构沿导轨轴向布置，以提供位移发生后的恢复力与耗能能力；负刚度机构沿导轨侧向布置于导轨两侧，提供位移发生后沿导轨的负刚度，与复位耗能结构配合实现水平隔振所需自适应刚度。

所述直线导轨机构分上下两层，上下层之间通过连接组件5连接，每层平行设置多个导轨单元，上下层单元垂直设置；每个单元由导轨2、滑块3、挡块4组成：

所述导轨2以下层单元为例通过螺栓固定于中连接板11连接，起到定向、抗拉的作用；

所述滑块3扣于导轨2上，滑块3通过滚珠构造，使其沿导轨2发生平稳低摩擦运动；

所述挡块4设置于导轨2端部，与中连接板11间通过螺栓固定连接，起到限位作用；

所述连接组件5设计成上下两层外罩单元，上下层对应的每个滑块3设置于各自层的连接组件5的外罩单元内，复位耗能机构中的挡片8通过螺栓固定于连接组件5外侧，负刚度机构中的转轴10-1固定于连接组件5外侧。

如图5所示，所述复位耗能机构，包括压缩弹簧6、阻尼器7、挡片8：

所述阻尼器7与压缩弹簧6同轴心设置，端部均固定于挡片8；

复位耗能机构通过其两端的挡片8连接于挡块4、连接组件5之间；

所述阻尼器7沿导轨2轴向提供耗能能力，而压缩弹簧6提供水平相对位移后的恢复力；

所述负刚度机构，与复位耗能机构呈垂直的位置关系，包括欧拉梁9、转轴 10-1、固定端10-2：

所述欧拉梁9通过施加预应力得到所需的初始轴向位移，两端分别套于转轴 10-1；

所述欧拉梁9两端转轴10-1分别与连接组件5外侧和固定端10-2间连接；

所述固定端10-2通过螺栓固定于中连接板11；

欧拉梁9提供沿导轨方向的负刚度，与复位耗能机构配合产生水平隔振所需自适应刚度。

三、竖向隔振系统主要包括竖向隔振机构、运动解耦机构；其中，竖向隔振机构位于系统中心，发挥竖向隔振的核心作用；运动解耦机构设于竖向隔振机构外围，上连中座板12，下置于底板18，起到将三维振动解耦为水平与竖向运动的作用。

所述竖向隔振机构，包括螺旋弹簧13、碟形弹簧14、定位加载环15。碟形弹簧14间通过定位加载环15进行串联，以提供适当的承载力与刚度；螺旋弹簧13 与碟形弹簧14组同轴心布置，竖向运动发生时，螺旋弹簧13提供正刚度，碟形弹簧14组提供负刚度，二者并联配合产生自适应刚度。

所述运动解耦机构，包括中座板12、内套筒16、外套筒17、底板18。所述内套筒16固定于底板18；外套筒17内侧设置低摩擦的特氟龙材料层17-1，通过螺纹固定于中座板12；内外套筒间可在竖向发生顺畅的相对移动，同时保证间隙微小，以实现水平与竖向运动的解耦。

本实用新型导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座能够实现的明显效果提升为：

(1)基于复位耗能机构与负刚度机构的配合设计，实现了自适应刚度，降低了水平起始隔振频率，实现了多类型振动的控制。

(2)基于水平直线导轨机构与竖向运动解耦机构的设计，将三维运动解耦为独立的三向，简化了变刚度复位耗能机构的设计。

(3)基于直线导轨机构的设计，使支座具有较强的抗拉能力及稳定性，避免上部结构摇摆倾覆现象的发生。

本实用新型可广泛用于受环境振动影响的结构与重要大型仪器设备等，在隔离环境振动的同时具有隔离地震动和冲击的效果。

附图说明

图1为本实用新型装置剖面图；

图2为本实用新型立体装配图；

图3为直线导轨机构配合构造示意图；

图4为滑块与连接组件配合示意图；

图5为复位耗能机构构造示意图；

图6为负刚度机构构造示意图；

图7为竖向隔振系统构造示意图；

图8为外套筒与特氟龙材料层构造示意图；

图中标号：上座板1、导轨2、滑块3、挡块4、连接组件5、压缩弹簧6、阻尼器7、挡片8、欧拉梁9、转轴10-1、固定端10-2、中连接板11、中座板12、螺旋弹簧13、碟形弹簧14、定位加载环15、内套筒16、外套筒17、特氟龙材料层17-1、底板18。

具体实施方式

下面通过附图所示实施例对本实用新型作进一步说明。

作为例子，如图1所示。本实用新型提出一种导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，包括水平向隔振系统和竖向隔振系统，两者通过连接板体系安装起来。

一、所述连接板体系包括上座板1、中连接板11、中座板12、底板18，底板 18用于与基础或者地面固定，上座板1用于安装被隔振对象，中连接板11、中座板12两者连接用于实现水平向隔振系统、竖向隔振系统之间的传递。

二、所述水平向隔振系统位于上座板1与中连接板11之间，包含直线导轨机构、复位耗能机构和负刚度机构；直线导轨机构负责将水平方向运动解耦于水平面内垂直独立双向，同时提供抗拉能力；复位耗能机构沿导轨轴向布置，以提供位移发生后的恢复力与耗能能力；负刚度机构沿导轨侧向布置于导轨两侧，提供位移发生后沿导轨的负刚度，与复位耗能结构配合实现水平隔振所需自适应刚度。

如图3所示，所述直线导轨机构分上下两层，上下层之间通过连接组件5连接，每层平行设置多个(图例为2个)导轨单元，上下层单元垂直设置；每个单元由导轨2、滑块3、挡块4组成：

所述导轨2以下层单元为例通过螺栓固定于中连接板11连接，起到定向、抗拉的作用；

所述滑块3扣于导轨2上，滑块3通过滚珠构造(为常见构造，内含滚珠与滚珠保持器)，使其沿导轨2发生平稳低摩擦运动；

所述挡块4设置于导轨2端部，与中连接板11间通过螺栓固定连接，起到限位作用；

所述连接组件5设计成上下两层外罩单元，上下层对应的每个滑块3设置于各自层的连接组件5的外罩单元内，复位耗能机构中的挡片8通过螺栓固定于连接组件5外侧，负刚度机构中的转轴10-1固定于连接组件5外侧。

如图5所示，所述复位耗能机构，包括压缩弹簧6、阻尼器7、挡片8：

所述阻尼器7与压缩弹簧6同轴心设置，端部均固定于挡片8；

复位耗能机构通过其两端的挡片8连接于挡块4、连接组件5之间；

所述阻尼器7沿导轨2轴向提供耗能能力，而压缩弹簧6提供水平相对位移后的恢复力；

如图6所示，所述负刚度机构，与复位耗能机构呈垂直的位置关系，包括欧拉梁9、转轴10-1、固定端10-2：

所述欧拉梁9通过施加预应力得到所需的初始轴向位移，两端分别套于转轴 10-1；

所述欧拉梁9两端转轴10-1分别与连接组件5外侧和固定端10-2间连接；

所述固定端10-2通过螺栓固定于中连接板11；

欧拉梁9提供沿导轨方向的负刚度，与复位耗能机构配合产生水平隔振所需自适应刚度。

三、竖向隔振系统主要包括竖向隔振机构、运动解耦机构；其中，竖向隔振机构位于系统中心，发挥竖向隔振的核心作用；运动解耦机构设于竖向隔振机构外围，上连中座板12，下置于底板18，起到将三维振动解耦为水平与竖向运动的作用。

如图6所示，所述竖向隔振机构，包括螺旋弹簧13、碟形弹簧14、定位加载环15。碟形弹簧14间通过定位加载环15进行串联，以提供适当的承载力与刚度；螺旋弹簧13与碟形弹簧14组同轴心布置，竖向运动发生时，螺旋弹簧13提供正刚度，碟形弹簧14组提供负刚度，二者并联配合产生自适应刚度。

如图6-7所示，所述运动解耦机构，包括中座板12、内套筒16、外套筒17、底板18。所述内套筒16固定于底板18；外套筒17内侧设置低摩擦的特氟龙材料层17-1，通过螺纹固定于中座板12；内外套筒间可在竖向发生顺畅的相对移动，同时保证间隙微小，以实现水平与竖向运动的解耦。

Claims (1)

1.一种导轨-欧拉梁式三维自适应刚度隔振支座，其特征在于：包括水平向隔振系统和竖向隔振系统，两者通过连接板体系安装起来；

所述连接板体系包括上座板(1)、中连接板(11)、中座板(12)、底板(18)，底板(18)用于与基础或者地面固定，上座板(1)用于安装被隔振对象，中连接板(11)、中座板(12)两者连接用于实现水平向隔振系统、竖向隔振系统之间的传递；

所述水平向隔振系统位于上座板(1)与中连接板(11)之间，包含直线导轨机构、复位耗能机构和负刚度机构；直线导轨机构负责将水平方向运动解耦于水平面内垂直独立双向，同时提供抗拉能力；复位耗能机构沿导轨轴向布置，以提供位移发生后的恢复力与耗能能力；负刚度机构沿导轨侧向布置于导轨两侧，提供位移发生后沿导轨的负刚度，与复位耗能结构配合实现水平隔振所需自适应刚度；

所述直线导轨机构分上下两层，上下层之间通过连接组件(5)连接，每层平行设置多个导轨单元，上下层单元垂直设置；每个单元由导轨(2)、滑块(3)、挡块(4)组成：

所述导轨(2)以下层单元为例通过螺栓固定于中连接板(11)连接，起到定向、抗拉的作用；

所述滑块(3)扣于导轨(2)上，滑块(3)通过滚珠构造，使其沿导轨(2)发生平稳低摩擦运动；

所述挡块(4)设置于导轨(2)端部，与中连接板(11)间通过螺栓固定连接，起到限位作用；

所述连接组件(5)设计成上下两层外罩单元，上下层对应的每个滑块(3)设置于各自层的连接组件(5)的外罩单元内，复位耗能机构中的挡片(8)通过螺栓固定于连接组件(5)外侧，负刚度机构中的转轴(10-1)固定于连接组件(5)外侧；

所述复位耗能机构，包括压缩弹簧(6)、阻尼器(7)、挡片(8)：

所述阻尼器(7)与压缩弹簧(6)同轴心设置，端部均固定于挡片(8)；

复位耗能机构通过其两端的挡片(8)连接于挡块(4)、连接组件(5)之间；

所述阻尼器(7)沿导轨(2)轴向提供耗能能力，而压缩弹簧(6)提供水平相对位移后的恢复力；

所述负刚度机构，与复位耗能机构呈垂直的位置关系，包括欧拉梁(9)、转轴(10-1)、固定端(10-2)：

所述欧拉梁(9)通过施加预应力得到所需的初始轴向位移，两端分别套于转轴(10-1)；

所述欧拉梁(9)两端转轴(10-1)分别与连接组件(5)外侧和固定端(10-2)间连接；

所述固定端(10-2)通过螺栓固定于中连接板(11)；

欧拉梁(9)提供沿导轨方向的负刚度，与复位耗能机构配合产生水平隔振所需自适应刚度；

竖向隔振系统包括竖向隔振机构、运动解耦机构；其中，竖向隔振机构位于系统中心，发挥竖向隔振的核心作用；运动解耦机构设于竖向隔振机构外围，上连中座板(12)，下置于底板(18)，起到将三维振动解耦为水平与竖向运动的作用；

所述竖向隔振机构，包括螺旋弹簧(13)、碟形弹簧(14)、定位加载环(15)；碟形弹簧(14)间通过定位加载环(15)进行串联，以提供适当的承载力与刚度；螺旋弹簧(13)与碟形弹簧(14)组同轴心布置，竖向运动发生时，螺旋弹簧(13)提供正刚度，碟形弹簧(14)组提供负刚度，二者并联配合产生自适应刚度；

所述运动解耦机构，包括中座板(12)、内套筒(16)、外套筒(17)、底板(18)；所述内套筒(16)固定于底板(18)；外套筒(17)内侧设置低摩擦的特氟龙材料层(17-1)，通过螺纹固定于中座板(12)；内外套筒间可在竖向发生顺畅的相对移动，同时保证间隙微小，以实现水平与竖向运动的解耦。

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