TWI733050B - 垂直向隔振系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種垂直向隔振系統，其包括：一承重座，其包含有可於垂直方向位移之上平台；一導軌組體，其環繞於該承重座周圍，且設有複數弧形滑道；以及複數挫曲構件，每一挫曲構件之頂端部係與上平台連動，而底端部則滑設至其對應之弧形滑道處，當上平台沿垂直方向位移時，挫曲構件會產生不同程度的挫曲現象，而挫曲構件之底端部會沿弧形滑道滑動。據此，該垂直向隔振系統可藉由挫曲及滑動之力學機制，以提供非線性回復力，達到垂直隔振效果。

Description

垂直向隔振系統
本發明係關於一種垂直向隔振系統，尤指一種非線性垂直向隔振系統。
高科技廠房，隨著製程技術的發展與設備的演進，其各項生產設備對於振動之要求隨之提高。振動對於生產線的影響，可能降低產品之良率，亦可能導致生產線之停擺，造成重大的經濟損失。因此，發展相關的隔、減振技術，以降低生產機台或精密儀器所受到之振動刻不容緩。由於非線性隔振系統可突破傳統線性隔振系統之隔振頻率限制，故目前已陸續朝非線性隔振技術發展，以實現大範圍頻率隔振，進而提高隔振效果。
如中國專利案CN 102606673B提出之一種非線性隔振系統，其主要是利用一組垂直方向的電磁彈簧及兩組水平方向的電磁彈簧，通過調整控制電流，使垂直和水平電磁彈簧的勁度滿足一比例關係，以實現大範圍頻率隔振。然而，此隔振系統需使用永久磁鐵及電磁鐵，可能對某些精密儀器造成干擾，故應用性受限。此外，中國專利案CN 105179587B提出另一種非線性隔振系統，其於垂直向隔振方面主要係利用垂直支撐梁及水平設置之負勁度調節器，以降低垂直向的隔振頻率。雖然此系統同樣可實現大範圍頻率隔振，但結構設計卻較為複雜。
有鑑於現有的非線性隔振系統尚有許多待改進之空間，目前仍亟需發展各種新概念的系統結構設計，以實現非線性隔振技術之實際應用。
本發明之一目的在於提供一種垂直向隔振系統，其利用挫曲及滑動之力學機制，以達到非線性隔振效果，進而減低待隔振體受到垂直向振動波的破壞。
為達上述目的，本發明提供之垂直向隔振系統包括：一承重座，其包含一上平台、一導移機構及一下基底，該上平台係用以供一待隔振體安設於上，而該導移機構係設置於該上平台與該下基底之間，使該上平台可相對於該下基底於一垂直方向位移；一導軌組體，其環繞於該承重座周圍，且設有複數弧形滑道，其中每一該些弧形滑道分別係由一內側位置向上並朝遠離該承重座之側面方向延伸至一外側位置；以及複數挫曲構件，每一該些挫曲構件具有一頂端部、一底端部及一本體部，每一該些挫曲構件之該頂端部係與該上平台連動，而該底端部則滑設至其分別對應之該弧形滑道，當該上平台沿該垂直方向相對於該下基底位移時，每一該些挫曲構件之該頂端部係隨該上平台於該垂直方向位移， 使得該頂端部與該底端部間之該本體部產生不同程度的挫曲變形，當該些挫曲構件之該挫曲變形達一預定程度時，每一該些挫曲構件之該底端部會沿該弧形滑道滑動至一平衡位置。
據此，本發明之垂直向隔振系統可應用於設備物(如精密儀器或設備)之隔振，其可藉由挫曲及滑動之力學機制，提供非線性回復力，減低待隔震體於垂直方向上的振動程度，避免待隔振體受到垂直向振動波的影響或破壞。
於本發明中，該導移機構可為任何能使上平台沿垂直方向相對位移之機構。例如，本發明一較佳實施態樣即是利用導軌設計，以使上平台於外力作用下可沿垂直方向相對於下基底位移。
於本發明中，該導軌組體係用以提供滑動曲面，使挫曲構件之底端部可沿著滑動曲面作弧線運動，進而透過滑動力學機制，以提供系統回復力。在此，該導軌組體可包含複數滑軌座，且每一滑軌座可具有一弧形滑道。為確保系統於對稱的力學行為下作動，該些滑軌座較佳係對稱設置於承重座周圍。例如，於本發明之一較佳實施態樣中，該導軌組體係由四個滑軌座所組成，其分別對稱設置於承重座之四側，且具有相同的弧形滑道設計。此外，該導軌組體之弧形滑道可設計為由內側位置至外側位置呈斜率漸增之弧形，且弧形滑道之曲率及弧長可根據需求作適當設計，以達到所需之隔振效果。
於本發明中，該些挫曲構件係利用其本體部的挫曲特性及底端部的滑動行為，以產生非線性的隔振效果。為確保系統於對稱的力學行為下作動，該些挫曲構件較佳係對稱設置於系統中，且具有相同的結構設計。例如，於本發明之一較佳實施態樣中，該垂直向隔振系統設有四個挫曲構件，且該些挫曲構件之頂端部分別對稱連接至上平台之四側，而設計成滑輪結構之底端部則分別滑設至對稱設置之四個滑軌座。在此，挫曲構件之本體部可由複數個彈性片(如鋼薄片)疊加而成，以加強挫曲構件之勁度。尤其，為控制挫曲構件受軸向外力作用時能朝預定方向挫曲變形，該些彈性片較佳係以長度由長至短地朝遠離該承重座之側面方向依序疊加。藉此，當挫曲構件之頂端部受到下壓力時，該些挫曲構件之本體部便可變形成凹口朝向該承重座之挫曲狀。
於本發明中，「內側」及「外側」係指側面方向(即水平方向)上之相對位置，其係將較靠近承重座之位置定義為內側，而較遠離承重座之位置則定義為外側。
於本發明中，「對稱設置」係指沿圓周方向等角度地間隔設置複數個組成構件。例如，若於承重座周圍對稱設置四個滑軌座，即表示相鄰兩滑軌座間係沿圓周方向相隔90度；若於承重座周圍對稱設置六個滑軌座，即表示相鄰兩滑軌座間係沿圓周方向相隔60度。同樣地，若設有四個挫曲構件對稱連接至上平台，即表示相鄰兩挫曲構件間係沿圓周方向相隔90度；若設有六個挫曲構件對稱連接至上平台，即表示相鄰兩挫曲構件間係沿圓周方向相隔60度。
為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參見圖1，其為本發明一具體實施例之垂直向隔振系統100立體示意圖。如圖1所示，本具體實施例之垂直向隔振系統100包括一承重座10、一導軌組體30及四個挫曲構件50，其中承重座10之上平台11可沿垂直方向Z上下位移，而導軌組體30則環繞於承重座10周圍，且挫曲構件50之頂端部51固定於承重座10，底端部53則滑設於導軌組體30之弧形滑道311處。據此，如圖2所示之側面示意圖(為方便顯示承重座10之整體結構，此圖省略了設置於承重座10前後兩側之組件)，當將待隔振體M安設於承重座10之上平台11上時，上平台11於待隔振體M重量作用下會向下位移，並對挫曲構件50之頂端部51施加軸向下壓力，進而導致挫曲構件50產生挫曲現象，且挫曲構件50之底端部53會沿著導軌組體30之弧形滑道311向上滑動至一平衡位置P3，以達力平衡狀態。由於該些挫曲構件50可利用挫曲及滑動來提供非線性回復力，故當系統受到外力(如地震力)作用時，該系統可藉由挫曲及滑動的力學機制，以降低振動波於垂直方向上對待隔振體M造成的影響。
下文將逐一詳細說明本發明垂直向隔振系統100之主要構件結構及其連接關係。為方便說明，以圖1中的承重座10為中心點，將四個相互垂直且遠離承重座10之側面方向(即朝外方向)分別定義為第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4。
該承重座10包含一上平台11、一導移機構13及一下基底15(請見圖2)，其中導移機構13係設置於上平台11與下基底15之間，其可藉由導軌設計，使得上平台11可相對於下基底15於垂直方向Z上位移。
該導軌組體30包含四個滑軌座31，其分別對稱設置於承重座10之四側(即前側、後側、左側及右側)，且每一滑軌座31設有一弧形滑道311。在此，每一滑軌座31之弧形滑道311係由內側位置P1向上並朝遠離承重座10之側面方向(即第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4)延伸至外側位置P2，並由內側位置P1至外側位置P2呈斜率漸增之弧形。
四個挫曲構件50分別具有一頂端部51、一底端部53及一本體部55，其頂端部51分別對稱固定於上平台11之四側，而底端部53為滑輪部，其分別滑設至其對應滑軌座31之弧形滑道311。據此，當上平台11沿垂直方向Z相對於下基底15位移時，每一挫曲構件50之頂端部51會隨上平台11於垂直方向Z位移， 使得頂端部51與底端部53間之本體部55產生不同程度的挫曲變形，當挫曲構件50之挫曲變形達一預定程度時，挫曲構件50之底端部53會沿弧形滑道311滑動至平衡位置，以達到力平衡狀態。
更進一步地說，請同時併參圖3及圖4，其分別為挫曲構件50之立體示意圖及分解圖。挫曲構件50之本體部55係呈長條狀，其由頂端部51延伸至底端部53，並由複數個不同長度的彈性片疊加而成，以加強本體部55的勁度，並控制挫曲構件50受軸向外力時可朝預定方向彎曲。在此，組成本體部55之彈性片舉例為鋼薄片，但不限於此，且彈性片之個數及斷面尺寸並無特殊限制，本領域人士可依實際需求變化，而本具體實施例係以三個寬度相同但長度不同的彈性片作示例性說明，其分別為第一彈性片551、第二彈性片553及第三彈性片555，其中第一彈性片551之長度係由頂端部51延伸至底端部53，而第二彈性片553長度小於第一彈性片551長度，第三彈性片555長度則小於第二彈性片553長度。為控制挫曲構件50受軸向外力時能如圖2所示變形成凹口朝向該承重座10之挫曲狀，每一挫曲構件50中的彈性片係以長度由長至短地朝遠離承重座10之側面方向(即第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3及第四方向D4)依序疊加，亦即，第二彈性片553係鎖固於第一彈性片551之外側面(即第一彈性片551背向承重座10之該側面)，而第三彈性片555則鎖固於第二彈性片551之外側面(即第二彈性片553背向承重座10之該側面)。
於實際應用時，滑軌座31及挫曲構件50之個數並不限於本具體實施例所示之個數，本領域人士可依需求，對稱設置所需數量之滑軌座31於承重座10周圍，並對稱設置所需數量之挫曲構件50，以分別對應滑軌座31。
綜上所述，本發明之垂直向隔振系統可應用於設備物(如精密儀器或設備)之隔振，其可藉由挫曲及滑動之力學機制，提供非線性回復力，減低待隔震體於垂直方向上的振動程度，避免待隔振體受到垂直向振動波的破壞。
上述實施例僅用來例舉本發明的實施態樣，以及闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本發明所主張的範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100‧‧‧垂直向隔振系統 10‧‧‧承重座 11‧‧‧上平台 13‧‧‧導移機構 15‧‧‧下基底 30‧‧‧導軌組體 31‧‧‧滑軌座 311‧‧‧弧形滑道 50‧‧‧挫曲構件 51‧‧‧頂端部 53‧‧‧底端部 55‧‧‧本體部 551‧‧‧第一彈性片 553‧‧‧第二彈性片 555‧‧‧第三彈性片 M‧‧‧待隔振體 P1‧‧‧內側位置 P2‧‧‧外側位置 P3‧‧‧平衡位置 Z‧‧‧垂直方向 D1‧‧‧第一方向 D2‧‧‧第二方向 D3‧‧‧第三方向 D4‧‧‧第四方向
圖1為本發明一具體實施例之垂直向隔振系統立體示意圖； 圖2為本發明一具體實施例之垂直向隔振系統側面示意圖； 圖3為本發明一具體實施例之挫曲構件立體示意圖； 圖4為本發明一具體實施例之挫曲構件立體分解圖。
100‧‧‧垂直向隔振系統
10‧‧‧承重座
11‧‧‧上平台
13‧‧‧導移機構
30‧‧‧導軌組體
31‧‧‧滑軌座
311‧‧‧弧形滑道
50‧‧‧挫曲構件
51‧‧‧頂端部
53‧‧‧底端部
55‧‧‧本體部
P1‧‧‧內側位置
P2‧‧‧外側位置
Z‧‧‧垂直方向
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向

Claims (9)

  1. 一種垂直向隔振系統，包括： 一承重座，其包含一上平台、一導移機構及一下基底，該上平台係用以供一待隔振體安設於上，而該導移機構係設置於該上平台與該下基底之間，使該上平台可相對於該下基底於一垂直方向位移； 一導軌組體，其環繞於該承重座周圍，且設有複數弧形滑道，其中每一該些弧形滑道分別係由一內側位置向上並朝遠離該承重座之側面方向延伸至一外側位置；以及 複數挫曲構件，每一該些挫曲構件具有一頂端部、一底端部及一本體部，每一該些挫曲構件之該頂端部係與該上平台連動，而該底端部則滑設至其分別對應之該弧形滑道，當該上平台沿該垂直方向相對於該下基底位移時，每一該些挫曲構件之該頂端部係隨該上平台於該垂直方向位移， 使得該頂端部與該底端部間之該本體部產生不同程度的挫曲變形，當該些挫曲構件之該挫曲變形達一預定程度時，每一該些挫曲構件之該底端部會沿該弧形滑道滑動至一平衡位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之垂直向隔振系統，其中，該弧形滑道係由該內側位置至該外側位置呈斜率漸增之弧形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之垂直向隔振系統，其中，每一該些挫曲構件之該底端部為一滑輪部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之垂直向隔振系統，其中，當每一該些挫曲構件之該頂端部受到下壓力時，每一該些挫曲構件之該本體部係變形成凹口朝向該承重座之挫曲狀。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之垂直向隔振系統，其中，每一該些挫曲構件之該本體部係由複數個不同長度的彈性片疊加而成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之垂直向隔振系統，其中，該些彈性片係以長度由長至短地朝遠離該承重座之該側面方向依序疊加。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之垂直向隔振系統，其中，該導軌組體包含複數滑軌座，且每一該些滑軌座具有該弧形滑道。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之垂直向隔振系統，其中，該些滑軌座為四個滑軌座，而該些挫曲構件為四個挫曲構件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之垂直向隔振系統，其中，該些滑軌座係分別對稱設置於該承重座之四側，而該些挫曲構件之該些頂端部則分別對稱連接至該上平台之四側。
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