一种基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器

1.本发明属于隔振设计及振动控制领域，涉及一种基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器。


背景技术：

2.自然环境中的建筑物会受到各种荷载的扰动而产生振动，振动是影响精密设备正常工作及使用寿命的重要环境因素之一，特殊环境下的不合理振动会对设备产生不可逆转的损坏，引起较大的经济损失。此外，某些精密设备甚至需要在振动环境中仍能够维持正常的工作状态，因此精密设备对环境振动往往有着较为严格的控制要求。为了保证在振动环境下的重要精密设备仍具有正常的工作能力和使用寿命，避免设备因振动而损坏，常在设备与基础之间设置隔振装置以削弱振动传递。
3.目前常见的隔振装置大多只考虑单一方向的振动控制，对复杂工况适用性较差。环境中的绝大多数振动往往都不是方向单一、频率固定、振幅不变的，更多时候振动是一种复杂的、多维的、综合的运动状态，因此隔振设计应当由单一方向朝着多维方向发展。三维隔振设计目前有两个方向，一是将竖向与水平向分开设计然后合理组合，也就是将竖向与水平向解耦设计，其优点是能够将三向各参数分开考虑，组合并优化以取得良好的三向隔振效果；第二种设计思路是同时考虑竖向和水平向的设计，也就是要求作为隔振主体的弹性元件要同时具有合适的三向刚度以及阻尼，但该方法只能在竖向与水平向隔振设计中折中取优。
4.在隔振装置中引入非线性阻尼是提高隔振效果的有效方法之一，但部分非线性阻尼是通过几何非线性实现的，将其引入隔振装置中会导致装置构造复杂、生产成本增加等问题，尤其在三维隔振装置中引入三向非线性阻尼更是具有极大的难度。干摩擦阻尼可通过改变接触力实现非线性，且通过合理的构造将其应用到隔振装置中不会使装置构造复杂。


技术实现要素：

5.为了提高隔振装置的普适性，解决在各种复杂振动工况下的隔振需求，本发明提供了一种基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器，其通过士字型螺杆与阻尼橡胶块的挤压提供水平刚度，以实现三维隔振，且士字型螺杆与阻尼橡胶块的接触面均为变截面设计，两者配合能够在三维隔振装置中实现各向非线性阻尼以提高隔振效果。本发明结构简单，在水平振动下具有良好的自复位能力，变截面设计能有效抑制共振，且橡胶具有良好的缓冲降噪功能。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器，包括底座、上板、隔振弹簧、士字型螺杆、锁紧螺母、阻尼橡胶块和外壳。阻尼橡胶块硫化粘接于底座均布直立角钢外立面上且两两相对；士字型螺杆上端通过上下两锁紧螺母与上板固定，下端横杆与两边阻尼橡
胶块挤压；且阻尼橡胶块与士字型螺杆两者接触面均为平面——变截面设计；隔振弹簧套于底座与上板中心凸台处；外壳通过螺钉与底座固定，所述士字型螺杆上端带有螺纹，下端设有不少于两个的平行横杆，横杆端部与阻尼橡胶块接触的摩擦面均为外凸，且摩擦面从中心到四周为平面——变截面设计。
8.所述阻尼橡胶块为长方体形状，其与士字型螺杆下端横杆接触的摩擦面为内凹；摩擦面的个数与士字型螺杆下端横杆的数量相同，阻尼橡胶块的内凹摩擦面与士字型螺杆外凸摩擦面无缝贴合，且摩擦面从中心到四周是平面——变截面设计。
9.所述士字型螺杆上端通过两锁紧螺母与上板固定，且通过改变两锁紧螺母位置调整士字型螺杆位置，保证士字型螺杆下端横杆始终处于阻尼橡胶块摩擦面中心位置。
10.所述士字型螺杆与阻尼橡胶块挤压以提供水平刚度，实现三维隔振效果。
11.所述士字型螺杆与阻尼橡胶块相对移动时可产生三向变阻尼。
12.本发明的有益效果：
13.本发明可广泛应用于各类设备或基础隔振，水平振动时，士字型螺杆与阻尼橡胶块挤压提供水平刚度，且通过改变接触面参数及阻尼橡胶块硬度可满足不同的隔振刚度需求；士字型螺杆与阻尼橡胶块相对移动时可产生摩擦阻尼，且由于两者接触面均为平面——变截面设计，振动时士字型螺杆与阻尼橡胶块之间为变阻尼，既能保证良好的隔振效果，又能有效抑制共振。此外，由于士字型螺杆位于两相对的阻尼橡胶块之间，且下部横杆两端均受阻尼橡胶块挤压，因此水平振动时有良好的自复位能力。
附图说明
14.图1为本发明装置正常工况下的构造示意图。
15.图2为本发明装置正常工况下的外观示意图。
16.图3为本发明装置中阻尼橡胶块的等轴测示意图。
17.图4为本发明装置中阻尼橡胶块的剖切示意图。
18.图5为本发明装置中士字型螺杆的等轴测示意图。
19.图6为本发明装置中士字型螺杆的剖切示意图。
20.图中：1底座；2上板；3隔振弹簧；4士字型螺杆；5锁紧螺母；6阻尼橡胶块；7外壳。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明做进一步描述。
22.图1和图2展示了本发明实施例中的基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器在正常工况下的构造及外观示意图，该隔振器由底座1、上板2、隔振弹簧3、士字型螺杆4、锁紧螺母5、阻尼橡胶块6、外壳7组成。
23.具体实施过程中，该隔振器以底座1为基础，在底座1中心有一凸台，用来约束竖向隔振弹簧3，在凸台四周为四块均布的直立角钢，且直立角钢的外立面为两两相对，既为隔振弹簧3提供了一定的水平变形空间，又能承担阻尼橡胶块6受挤压时的荷载，提高装置稳定性。
24.具体实施过程中，隔振弹簧3下端与底座1中心凸台套合，上端与上板2底面中心凸台套合，既约束了隔振弹簧3的位置，又能保证隔振弹簧3的水平变形能力。
25.具体实施过程中，上板2顶面中心为一凸台，该凸台可以承载被隔振设备的底座1或基础，且凸台中心有一螺孔，可与上部设备或底座1相连；上板2底面中心也有一凸台，用来约束隔振弹簧3，同时传递上板2的水平荷载，使隔振弹簧3能够产生水平变形；此外，上板2凸台四周均布四个孔洞，该孔洞恰能允许士字型螺杆4上端穿过。
26.具体实施过程中，如图3、图4所示的长方体阻尼橡胶块6硫化粘接于底座1均布直立角钢外立面上且两两相对，其与士字型螺杆4下端横杆接触的两摩擦面均为内凹且沿任意直径方向对称，从摩擦面中心到四周为平面——变截面设计，且在阻尼橡胶块6最外圈设有一定厚度的保护层并能抵抗部分冲击荷载。
27.具体实施过程中，如图5、图6所示的士字型螺杆4上端带有螺纹，螺杆上端穿过上板2预留孔洞后由上下两锁紧螺母5与上板2固定；士字型螺杆4下端为两平行横杆，任一横杆端部与阻尼橡胶块6接触的两摩擦面均为外凸，且摩擦面从中心到四周为平面——变截面设计。士字型螺杆4下端横杆初始位置为所对应的阻尼橡胶块6摩擦面正中心，且两者之间存在挤压，在隔振器承受一定荷载后，可通过锁紧螺母5调节士字型螺杆4位置，从而使螺杆下端横杆始终位于所对应的阻尼橡胶块6摩擦面中心位置处。
28.具体实施过程中，外壳7通过螺钉与底座1固定。
29.具体实施过程中，该隔振器在竖向振动时，由隔振弹簧3提供刚度，士字型螺杆4在上板2的带动下与阻尼橡胶块6发生相对移动，两者之间将产生一定的摩擦阻尼，且由于橡胶块与螺杆的接触面均为平面——变截面设计，即在平衡位置处具有小阻尼，在远离平衡位置处具有大阻尼，既能保证隔振效率，又能有效抑制共振。
30.具体实施过程中，该隔振器在水平振动时，在水平振动力作用下，竖向隔振弹簧3产生水平形变，非振动方向的阻尼橡胶块6受士字型螺杆4挤压，从而提供水平刚度，振动方向的阻尼橡胶块6与士字型螺杆4之间会在振动方向上发生相对移动，从而提供一定的阻尼，且由于橡胶块与螺杆的接触面均为平面——变截面设计，水平振动时隔振装置也将具有变阻尼，在保证隔振效率的同时也能有效抑制共振。此外，由于士字型螺杆4位于两相对的阻尼橡胶块6之间，且下部横杆两端均受阻尼橡胶块6挤压，因此水平振动时有良好的自复位能力。
31.综上，本发明中的基于橡胶摩擦-挤压机制的三维变阻尼隔振器在各向振动中均具有平衡位置处为小阻尼，远离平衡位置处为大阻尼的特性，因此具有三向变阻尼，并能通过改变阻尼橡胶块6与士字型螺杆4的接触面尺寸，进而改变隔振装置的阻尼参数，且水平刚度可通过改变阻尼橡胶块6硬度等进行设计，因此具有可设计的三向刚度及阻尼。本发明结构简单、成本可控，具有良好的应用前景。