專利名稱：用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓盒式被動隔振器，具體涉及一種應(yīng)用于柔性體中多軸隔振的圓 盒式被動隔振器。
背景技術(shù)：
由于實際工作的要求，很多柔性體在應(yīng)用時要承受多種準(zhǔn)靜態(tài)以及動態(tài)載荷，如 動力過載、熱載、振動、沖擊和噪聲等，且這些載荷都是時變載荷，使得這些柔性體上部分重 要儀器設(shè)備動態(tài)響應(yīng)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有提供一種專門用于柔性體多軸隔振的 圓盒式被動隔振器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，以解決現(xiàn)有 柔性體自身運行時動態(tài)響應(yīng)超標(biāo)的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述圓盒式被動隔振器包 括環(huán)形板、多個阻尼構(gòu)件、底盤和內(nèi)法蘭盤，所述內(nèi)法蘭盤位于底盤的上端面上，且內(nèi)法蘭 盤的下端面與底盤的上端面連接，環(huán)形板套在內(nèi)法蘭盤上端的外側(cè)壁上，環(huán)形板與內(nèi)法蘭 盤的上端外側(cè)壁連接；每個阻尼構(gòu)件均由上阻尼板、粘彈性阻尼片和下阻尼板組成，上阻尼 板的下端與下阻尼板的上端搭接設(shè)置，粘彈性阻尼片設(shè)置在上阻尼板與下阻尼板的搭接處 之間且與二者粘接在一起；多個阻尼構(gòu)件均布設(shè)置在環(huán)形板和底盤之間，上阻尼板的上端 與環(huán)形板連接，下阻尼板的下端與底盤的上端面連接。本發(fā)明的有益效果是經(jīng)試驗證明，本發(fā)明所述圓盒式被動隔振器對柔性體的多軸隔振效果很好，大大 提高了柔性體以及其主要部位元件的使用壽命和使用安全性，應(yīng)用圓盒式被動隔振器對柔 性體進行減振隔振是解決柔性體自身運行時動態(tài)響應(yīng)超標(biāo)的問題的最佳方法(參見圖3和 圖4)。本發(fā)明所述圓盒式被動隔振器適用于任何柔性體乃至剛體。本發(fā)明所述圓盒式被動 隔振器設(shè)計簡單，可操作性強，而且根據(jù)柔性體的不同，改變粘彈性阻尼片的大小來調(diào)整阻 尼面積以達到更好的隔振效果。


圖1是本發(fā)明所述隔振器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明所述隔振器與柔性體的連 接關(guān)系示意圖，圖3是安裝本發(fā)明的柔性體與沒安裝本發(fā)明的柔性體經(jīng)實驗得到的縱向傳 遞率對比圖(橫坐標(biāo)為頻率，單位為赫茲，縱坐標(biāo)為傳遞率)，圖4是安裝本發(fā)明的柔性體 與沒安裝本發(fā)明的柔性體經(jīng)實驗得到的橫向傳遞率對比圖(橫坐標(biāo)為頻率，單位為赫茲， 縱坐標(biāo)為傳遞率)，圖5是柔性體(柔性衛(wèi)星)縱向振動受力簡圖，圖6是柔性體(柔性衛(wèi) 星)橫向振動受力簡圖；圖7為有限元仿真縱向傳遞率對比圖(虛線代表沒隔振器，實線代表有隔振器；橫
3坐標(biāo)為頻率，單位為赫茲，縱坐標(biāo)為傳遞率)，圖8為有限元仿真橫向傳遞率對比圖(虛線代 表沒隔振器，實線代表有隔振器橫坐標(biāo)為頻率，單位為赫茲，縱坐標(biāo)為傳遞率)，圖9為縱向 載荷有限元模型圖；圖10為整個結(jié)構(gòu)的位移云圖；圖11為圓環(huán)板沿板寬(由外向內(nèi))在垂 直方向的位移圖；圖12為整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖；圖13為沿上環(huán)板板寬方向應(yīng)力(由外向 內(nèi))圖；圖14為有限元及載荷圖；圖15為整個結(jié)構(gòu)的位移云圖；圖16為上環(huán)板(環(huán)形板 1)沿板寬(由外向內(nèi))在垂直方向的位移圖；圖17為整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖；圖18為沿上 環(huán)板板寬方向應(yīng)力(由外向內(nèi))圖，最大應(yīng)力為62Mpa。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 6所示，本實施方式所述的一種用于柔性體多軸隔振的 圓盒式被動隔振器包括環(huán)形板1、多個阻尼構(gòu)件、底盤5和內(nèi)法蘭盤7，所述內(nèi)法蘭盤7位于 底盤5的上端面上，且內(nèi)法蘭盤7的下端面與底盤5的上端面連接，環(huán)形板1套在內(nèi)法蘭盤 7上端的外側(cè)壁上，環(huán)形板1與內(nèi)法蘭盤7的上端外側(cè)壁連接；每個阻尼構(gòu)件均由上阻尼板 2、粘彈性阻尼片3和下阻尼板4組成，上阻尼板2的下端與下阻尼板4的上端搭接設(shè)置，粘 彈性阻尼片3設(shè)置在上阻尼板2與下阻尼板4的搭接處之間且與二者粘接在一起；多個阻 尼構(gòu)件均布設(shè)置在環(huán)形板1和底盤5之間，上阻尼板2的上端與環(huán)形板1連接，下阻尼板4 的下端與底盤5的上端面連接。
具體實施方式
二 本實施方式所述粘彈性阻尼片3由ZN-1阻尼材料制成。由ZN-1 阻尼材料制成的粘彈性阻尼片3自身結(jié)構(gòu)發(fā)生機械振動時，阻尼層隨著基本結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生彎 曲振動，材料內(nèi)部產(chǎn)生交變拉壓應(yīng)力和應(yīng)變。利用阻尼材料的耗能原理，將消耗結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的 振動能量，起到減振與降噪的作用。本發(fā)明采用的是約束阻尼層，其上阻尼板2和下阻尼板 4為約束層，結(jié)構(gòu)振動時，約束層阻止阻尼層拉壓變形，從而在阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)變和剪 應(yīng)力。將比自由阻尼層耗散更多的能量，因而具有更好的減振和降噪效果。而且，可改變的 參數(shù)更多。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。Z N-1阻尼材料是以丁基橡膠為主要原料，再配合以酚醛樹脂、填料和硫化劑等其 他配合劑混煉而成的。該阻尼材料的主要特點是損耗系數(shù)高，適用工作溫度區(qū)間寬，轉(zhuǎn)變 峰峰值溫度(100 200Hz) —般在室溫附近，抗老化性能優(yōu)異，與金屬件鋁材或鋼材的粘接 強度較好，適合做各種阻尼夾層板。ZN-1阻尼材料是國內(nèi)第一個溫頻譜數(shù)據(jù)齊全、有實用價 值的阻尼材料，其性能優(yōu)于美國3M公司的阻尼材料。
具體實施方式
三如圖1和2所示，本實施方式所述上阻尼板2和下阻尼板4均由 鋁合金材料制成。使用鋁合金材料制作上阻尼板2和下阻尼板4可減輕隔振器的質(zhì)量。其 它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1和2所示，本實施方式所述圓盒式被動隔振器還包括錐 殼8，所述錐殼8的大端與環(huán)形板1的上端面連接。在使用時，錐殼8的小端與柔性體9的 一端連接。設(shè)置錐殼8便于圓盒式被動隔振器與柔性體9的連接。這樣連接的優(yōu)點就是柔 性體可以任意改變尺寸不用考慮與隔振器的連接，只要改變錐殼的尺寸即可完成柔性體與 錐殼的連接，這樣連接比較方便實用，應(yīng)用范圍更廣。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五如圖1所示，本實施方式所述圓盒式被動隔振器還包括多個支撐柱6，多個支撐柱6均布設(shè)置在環(huán)形板1和底盤5之間，且每個支撐柱6位于對應(yīng)位置的 阻尼構(gòu)件的外側(cè)。設(shè)置多個支撐柱6起支撐作用，是為了提高圓盒式被動隔振器的自身的 抗沖擊強度。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
、二、三或四相同。本實施方式所述的支 撐柱6可選用螺栓以增大隔振器的強度。本發(fā)明所述圓盒式被動隔振器中最主要的受力部件是上表面的環(huán)形板。如果上板 由于強度發(fā)生破壞，它所帶來的失效會導(dǎo)致整個柔性體發(fā)生非常嚴(yán)重的后果。而運行時，柔 性體晃動產(chǎn)生的動載荷對上板也提出了苛刻的可靠性要求。由于隔振器參數(shù)不同，需要的 阻尼力也不相同，而且在實際應(yīng)用阻尼材料時，過大的阻尼面積對動載荷抑制會起反作用， 所以需要測試隔振器最佳阻尼面積，并將其應(yīng)用到柔性多軸體的動載荷抑制結(jié)構(gòu)中。設(shè)計本發(fā)明所述用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器的具體過程為(參見 圖1 18)步驟一根據(jù)有限元結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真，在滿足強度的條件下，以傳遞率為指標(biāo)設(shè)計 圓盒式被動隔振器的結(jié)構(gòu)以及粘彈性阻尼材料的鋪設(shè)位置為了減小振動載荷傳遞給柔性體，在振源與柔性體之間增加一個圓盒式被動隔振 器。該隔振器的結(jié)構(gòu)主要包括環(huán)形板1、上阻尼板2、粘彈性阻尼片3、下阻尼板4、底盤5和 /或環(huán)形板內(nèi)外支撐柱(或支撐法蘭)6 ；其中環(huán)形板是一個薄板，可以看做為彈性元件起到 緩沖的作用，錐殼通過螺栓與環(huán)形板的中間圓環(huán)和上阻尼板連接；底板與振源連接；下阻 尼板與底板通過螺釘連接；環(huán)形板支撐柱(或法蘭)的作用是支撐環(huán)形板的；粘彈性阻尼 材料用膠粘在上阻尼板和下阻尼板之間。從圖1的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出柔性體載荷通過錐 殼作用在環(huán)形板的中間圓環(huán)上，因此環(huán)形板該處彈性變形最大，同時將粘彈性阻尼材料安 裝在該處其剪切變形也最大、消耗的能量也最大、隔振的效果也是最好。圖2為內(nèi)法蘭外懸臂式圓盒式被動隔振器的結(jié)構(gòu)圖，可設(shè)置24個阻尼構(gòu)件，也可 以根據(jù)試驗情況進行調(diào)整。環(huán)形板外伸出對隔振器的隔振性能沒有影響，其目的是可以將 其變?yōu)閮?nèi)法蘭外螺柱支撐套式結(jié)構(gòu)的圓盒式被動隔振器，更便于試驗多方案比較。步驟二 根據(jù)現(xiàn)有的錐殼的結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計結(jié)構(gòu)要求、載荷大小和試驗中便于調(diào)整 等因素，根據(jù)仿真對關(guān)鍵零件環(huán)形板進行強度分析，最后確定下來環(huán)形板的厚度、寬度及結(jié) 構(gòu)形式對于環(huán)形板的不同厚度進行了模態(tài)分析、復(fù)模態(tài)分析、強度分析以及質(zhì)量計算，發(fā) 現(xiàn)對于環(huán)形板厚度為1mm時，其阻尼效果最好，但是其強度最差，基本不能滿足強度要求， 綜合考慮之后，選取2mm厚的環(huán)形板。選取內(nèi)法蘭高度為0. 09m,阻尼材料厚1mm，寬度可調(diào)， 高度為0. 05m。步驟三將設(shè)計好的圓盒式被動隔振器應(yīng)用到柔性體中，通過仿真查看隔振效 果對于隔振效果的評價，以傳遞率為指標(biāo)，即隔振效果的判定以柔性體在施加隔振 器前后傳遞率降低的程度來衡量的。在進行有限元分析時，將隔振器下端進行六自由度約 束，釋放縱向(橫向)的約束，在縱向(橫向)施加單位加速度正弦載荷，從5-200HZ進行 掃描，掃描步長為0. 05，在進行有限元分析時，取柔性體自身的結(jié)構(gòu)阻尼為0. 03，得到其施 加圓盒式被動隔振器前后的縱向和橫向的傳遞率對比，如圖7和圖8示。由圖7可以看到，柔性體在隔振器施加之前的傳遞率為41. 31，同樣結(jié)構(gòu)阻尼條件 下，在施加圓盒式被動隔振器以后，其傳遞率降為了 17. 18，傳遞率降低了 58.4%。由圖8 5可以看到，柔性體在隔振器施加之前的傳遞率為40. 57，同樣結(jié)構(gòu)阻尼條件下，在施加隔振 器以后，其傳遞率降為了 20. 1，傳遞率降低了 50. 47%。由此可見我們的圓盒式被動隔振器可以很大幅度地降低柔性多軸體的振動。下面 我們進一步通過實驗來驗證。步驟四將設(shè)計好的圓盒式被動隔振器加工出來，并應(yīng)用到實際的柔性體中進行 試驗，查看隔振效果。加工出來的隔振器的內(nèi)側(cè)法蘭通過鑄造加工出來，上環(huán)形板外沿對結(jié)構(gòu)沒有影 響，但是我們可以在環(huán)形板外側(cè)施加螺柱支撐，且螺柱個數(shù)可調(diào)，有利于我們對整個結(jié)構(gòu)的 優(yōu)化，環(huán)形板與錐殼連接處小孔用來安裝阻尼，其阻尼片數(shù)及單片阻尼面積均可調(diào)，本圓盒 式被動隔振器具有結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸等優(yōu)勢。將圓盒式被動隔振器應(yīng)用到實際的柔性多 軸體中。將其坐在振動臺上，對其進行縱向(橫向)正弦激勵，掃描頻率為5-200HZ，得到該 柔性體在施加圓盒式被動隔振器前后的傳遞率對比曲線如圖3和圖4不。從實驗結(jié)果數(shù)據(jù)可以看到，由圖3可以看到，對于橫向來說，柔性體在隔振器施加 之前的傳遞率為32. 52，同樣結(jié)構(gòu)阻尼條件下，在施加圓盒式被動隔振器以后，其傳遞率降 為了 15. 51，傳遞率降低了 52.3%。由圖4可以看到，柔性體在隔振器施加之前的傳遞率 為48. 11，同樣結(jié)構(gòu)阻尼條件下，在施加隔振器以后，其傳遞率降為了 23. 02，傳遞率降低了 52. 15%。步驟五對柔性體進行隔振器強度的校核。柔性體的集中質(zhì)量塊有兩個分別為50kg和8kg，再考慮到柔性體和錐殼的分布質(zhì) 量以及連接螺栓、上阻尼板等質(zhì)量，將這些分布質(zhì)量和其它質(zhì)量等效到這兩個集中質(zhì)量，可 以得到叫=60kg, m2 = 10kg ；試驗時縱向加橫向速度最大值為0. 3g = 3m/s2 ；取動載系 數(shù)為2。取鋁板的彈性模量為6. 8el0 ；泊松比為0. 31 ；鋼材的彈性模量為:2ell ；泊松 比為0. 3 ；環(huán)形板材料為LF6，強度極限為315Mpa，取許用安全系數(shù)為1. 5，因此許用應(yīng)力 為[o ] = 210Mpa。(1)柔性體的縱向振動試驗載荷由圖 5 可知Fy = 60 X (10+3) X 2+10 X (10+3) X 2 = 1820N其它為零。(2)柔性體橫向振動試驗載荷由圖6可以看出，等效到錐殼上表面上的載荷為橫向載荷為Fx= 60 X 3 X 2+10 X 3 X 2 = 420N縱向載荷為Fy= 60X10X2+10X10X2 = 1400N轉(zhuǎn)化到錐殼頂端的力矩為Mz= (0. 2+0. 15) X600X 2+0. 9X 100X 2 = 600Nm其它為零。綜上所述，在以下進行的內(nèi)法蘭外懸臂式圓盤隔振器的強度校核時，所施加的載 荷為縱向振動試驗Fy = 1820N其它為零。
橫向振動試驗Fx = 420NFy = 1400NMz = 600Nm,其它為零。(3)縱向振動試驗強度校核所建立的有限元模型見圖9，錐殼上端面一共有120個節(jié)點，每個節(jié)點載荷Fy = 1820/120 = 15. 2N。通過有限元計算，分別得到了內(nèi)法蘭外懸臂式圓盤隔振器縮比樣機在縱向振動試 驗情況下，有限元模型的Y方向的位移云圖10和等效應(yīng)力云圖12。同時，作出環(huán)形板沿板 寬由外向內(nèi)的Y方向的位移沿板寬路徑圖11和等效應(yīng)力沿板寬路徑圖13。從圖11可以看 出錐殼與環(huán)形板連接處0. 4mm左右，環(huán)形板外邊位移為0. 7mm ；從圖13可以看出最大應(yīng)力 為52Mpa，發(fā)生在環(huán)形板與錐殼連接處，小于許用應(yīng)力。從最大位移和最大應(yīng)力發(fā)生的部位 來看是正確的。(4)橫向振動試驗強度校核由于錐殼上端面一共有120個節(jié)點，每個節(jié)點載荷Fy = 1400/120 = 11. 67N ；Fx =420/120 = 3. 5N ；Mz = 600/120 = 5Nm。圖 14 為有限元及載荷圖。通過有限元計算，分別得到了內(nèi)法蘭外懸臂式圓盤隔振器縮比樣機在橫向振動試 驗情況下，有限元模型的Y方向的位移云圖15和等效應(yīng)力云圖17。同時，作出環(huán)形板沿板 寬由外向內(nèi)的Y方向的位移沿板寬路徑圖16和等效應(yīng)力沿板寬路徑圖18。從圖16可以看 出錐殼與環(huán)形板連接處0. 55mm左右，環(huán)形板外邊位移為0. 89mm ；從圖18可以看出最大應(yīng) 力為62Mpa，發(fā)生在環(huán)形板與錐殼連接處，小于許用應(yīng)力。從最大位移和最大應(yīng)力發(fā)生的部 位來看是正確的。
權(quán)利要求
一種用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，其特征在于所述圓盒式被動隔振器包括環(huán)形板(1)、多個阻尼構(gòu)件、底盤(5)和內(nèi)法蘭盤(7)，所述內(nèi)法蘭盤(7)位于底盤(5)的上端面上，且內(nèi)法蘭盤(7)的下端面與底盤(5)的上端面連接，環(huán)形板(1)套在內(nèi)法蘭盤(7)上端的外側(cè)壁上，環(huán)形板(1)與內(nèi)法蘭盤(7)的上端外側(cè)壁連接；每個阻尼構(gòu)件均由上阻尼板(2)、粘彈性阻尼片(3)和下阻尼板(4)組成，上阻尼板(2)的下端與下阻尼板(4)的上端搭接設(shè)置，粘彈性阻尼片(3)設(shè)置在上阻尼板(2)與下阻尼板(4)的搭接處之間且與二者粘接在一起；多個阻尼構(gòu)件均布設(shè)置在環(huán)形板(1)和底盤(5)之間，上阻尼板(2)的上端與環(huán)形板(1)連接，下阻尼板(4)的下端與底盤(5)的上端面連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，其特征在于所 述粘彈性阻尼片⑶由ZN-1阻尼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，其特征在于 所述上阻尼板(2)和下阻尼板(4)均由鋁合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，其特征在于所 述圓盒式被動隔振器還包括錐殼(8)，所述錐殼(8)的大端與環(huán)形板(1)的上端面連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，其特征在 于所述圓盒式被動隔振器還包括多個支撐柱(6)，多個支撐柱(6)均布設(shè)置在環(huán)形板(1) 和底盤(5)之間，且每個支撐柱(6)位于對應(yīng)位置的阻尼構(gòu)件的外側(cè)。
全文摘要
用于柔性體多軸隔振的圓盒式被動隔振器，它涉及一種應(yīng)用于柔性體中的圓盒式被動隔振器。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有柔性體自身運行時動態(tài)響應(yīng)超標(biāo)的問題。所述內(nèi)法蘭盤位于底盤的上端面上，且內(nèi)法蘭盤的下端面與底盤的上端面連接，環(huán)形板套在內(nèi)法蘭盤上端的外側(cè)壁上，環(huán)形板與內(nèi)法蘭盤的上端外側(cè)壁連接；上阻尼板的下端與下阻尼板的上端搭接設(shè)置，粘彈性阻尼片設(shè)置在上阻尼板與下阻尼板的搭接處之間且與二者粘接在一起；多個阻尼構(gòu)件均布設(shè)置在環(huán)形板和底盤之間，上阻尼板與環(huán)形板的下端面連接，下阻尼板的下端與底盤的上端面連接。本發(fā)明提高了柔性體以及其主要部位元件的使用壽命和使用安全性，本發(fā)明所述圓盒式被動隔振器適用于任何柔性體。
文檔編號F16F15/04GK101929523SQ201010166919
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者張業(yè)偉, 方勃, 李宇航, 杜艷偉, 次永偉, 王磊, 譚立軍, 陳陽 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)