CN110486405A - 一种环形金属橡胶隔振器及隔振系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于精密载荷的环形金属橡胶隔振器及隔振系统，所述隔振系统包括多个环形金属橡胶隔振器，基座和载荷平台，其特征为多个环形金属橡胶隔振器沿圆周均布或呈方阵布置于基座和载荷平台之间，环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线与基座和载荷平台平面平行，中心对称轴线根据隔振系统刚度要求确定；环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线在平面内指向由隔振系统设计空间和载荷要求决定。本发明利用环形金属橡胶阻尼径向刚度小于轴向刚度的特点，提高系统垂直方向的隔振效果及侧向承载力，并且结构简单、体积小、质量轻、可靠性高。

Description

一种环形金属橡胶隔振器及隔振系统

技术领域

本发明涉及一种环形金属橡胶隔振器及隔振系统，属于结构振动控制技术领域。

背景技术

以光电吊舱、可见光CCD相机和惯性导航系统为代表的精密载荷既在航空航天任务中承担信息获取、导航等重要任务，同时又受到航天器/航空器所产生的振动影响。这些振动通过航天器/航空器结构传递给精密载荷，影响其正常工作、降低其使用寿命，进一步地影响航天器/航空器整体系统的正常工作。因此，有必要提供一种质量轻、体积小、可靠性高的隔振系统，布置于精密载荷与航天器/航空器结构之间，保障精密载荷的长时稳定工作。

金属橡胶是近年来减隔振技术应用领域的新型材料，由不锈钢金属丝或记忆合金材料螺旋压制而成的环形金属橡胶具有疏松的金属结构和良好阻尼特性。其工作原理是当金属橡胶受到外部压力时，金属丝网之间发生变形和相对运动，产生非线性干摩擦阻尼来耗散振动能量。环形金属橡胶隔振器能够在高低温环境保持良好的性能指标，抗老化能力强，可靠性高，并且具有质量轻、体积小的特点，适用于航空航天类精密载荷的隔振应用。

但是目前金属橡胶在隔振器中的应用效果不好，其原因在于隔振器的设计目标是使隔振系统的固有频率尽可能低，隔振效率尽可能高。但是对决定其承载能力、稳定性的静刚度和决定其隔振性能的动刚度的要求是一对矛盾。对静刚度的要求为使隔振器具有较大的承载能力和各个方向较小的变形，以满足稳定性要求；对动刚度的要求为使隔振器的动刚度尽可能低，以实现低频隔振要求，在同一频率处具有较大的衰减。因此，提高隔振系统垂直方向的隔振水平的同时改善隔振系统水平方向的承载能力，一直是本领域的技术难点。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种环形金属橡胶隔振器及其组成的隔振系统，为航空器/航天器上搭载的精密载荷提供稳定的工作环境。

其中：所述环形金属橡胶隔振器包括环形金属橡胶、弧形压板、定位管、薄头螺钉、弹簧垫圈、上转接板和下转接板。它们的位置连接关系为：两条弧形压板相对安装于环形金属橡胶的内侧，通过薄头螺钉、弹簧垫圈和定位管分别与上转接板和下转接板固定，并压紧环形金属橡胶。可通过调整薄头螺钉相对上、下转接板的旋入深度和定位管的高度来调整对环形金属橡胶的压紧程度。该环形金属橡胶由不锈钢材料细丝缠绕而成。

所述隔振系统包括三个及以上环形金属橡胶隔振器、基座和载荷平台。它们的位置连接关系为：多个环形金属橡胶隔振器布置于基座和载荷平台之间，环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线与基座和载荷平台平面平行，中心对称轴线在平面内位置和指向由隔振系统实际设计空间和载荷要求决定。环形金属橡胶隔振器可沿圆周均布或呈方阵布置，对于圆周均布布置形式，环形金属橡胶隔振器中心对称轴线方向可根据隔振系统固有频率要求而统一沿安装圆周的切向或统一指向载荷中心轴线。环形金属橡胶隔振器的上、下转接板通过安装螺钉与基座和载荷平台固定。

本发明的优点在于：

(1)本发明所述环形金属橡胶隔振器结构简单、质量轻、体积小。

(2)本发明利用环形金属橡胶径向刚度小于轴线刚度的特点，使环形金属橡胶的径向与精密载荷重力方向同向，提高隔振系统垂直方向隔振水平，同时改善系统水平方向承载能力。

(3)本发明所述的环形金属橡胶隔振器中通过弧形压板和转接板对环形金属橡胶径向压紧，同时通过定位管对环形金属橡胶相对转接板的运动进行限位，一方面不需要破坏金属橡胶结构而实现对其的固定，保证隔振效果；另一方面弧形压板与环形金属橡胶内侧为曲面接触，有效避免的工作过程中金属橡胶与弧形压板间相互摩擦而磨损，提高隔振器和隔振系统使用寿命。

(4)本发明所述隔振系统组成灵活、安装便捷，可根据实际载荷设计环形金属橡胶隔振器数量和安装方向。

(5)本发明采用全金属材料，高低温性能良好，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的环形金属橡胶隔振器的立体示意图；

图2a和2b示出本发明提供的隔振系统的一种布局形式，即多个环形金属橡胶隔振器沿圆周均布，且环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线统一沿安装圆周的切向；

图3是本发明提供的隔振系统的一种布局形式，即多个环形金属橡胶隔振器沿圆周均布，且环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线统一指向载荷中心轴线本发明的隔振单元结构示意图；

图4a和4b是本发明提供的隔振系统的一种布局形式，即多个环形金属橡胶隔振器呈方阵布置，环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线方向沿系统X向(方向2)或Y向(方向1)。

图中：

1—上转接板 2—下转接板 3—定位管

4—弧形压板 5—环形金属橡胶 6—弹簧垫圈

7—薄头螺钉 8—载荷平台 9—环形金属橡胶隔振器

10—基座

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。以下实例有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，例如环形金属橡胶隔振器在安装平面内的布局及中心对称轴线指向，这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图4，本发明是一种环形金属橡胶隔振器及其隔振系统。

如图1所示，所述环形金属橡胶隔振器包括上转接板1、下转接板2、定位管3、弧形压板4、环形金属橡胶5、弹簧垫圈6和薄头螺钉7。它们的位置连接关系为：两条弧形压板4相对安装于环形金属橡胶5的内侧，通过薄头螺钉7、弹簧垫圈6和定位管3分别与上转接板1和下转接板2固定，并压紧环形金属橡胶5。可通过调整薄头螺钉7相对上、下转接板的旋入深度和定位管3的高度来调整对环形金属橡胶的压紧程度。

如图2-4所示，所述环形金属橡胶隔振器组成的隔振系统包括环形金属橡胶隔振器9、基座10和载荷平台8。它们的位置连接关系为：多个环形金属橡胶隔振器5布置于基座10和载荷平台8之间，环形金属橡胶隔振器9的上转接板1、下转接板2通过安装螺钉与基座10和载荷平台8固定。环形金属橡胶隔振器9的中心对称轴线与基座10和载荷平台8平面平行，中心对称轴线在平面内位置和指向由隔振系统实际设计空间和载荷要求决定。环形金属橡胶隔振器可沿圆周均布或呈方阵布置，对于圆周均布布置形式，环形金属橡胶隔振器中心对称轴线方向可统一沿安装圆周的切向(图2)或统一指向载荷中心轴线(图3)。对于方阵布置形式，环形金属橡胶隔振器中心对称轴线方向可沿系统X向(图4-方向2)或Y向(图4-方向1)。

上述实施例的隔振器的工作过程为：由于上转接板1、定位管3和弧形压板4对环形金属橡胶5的压紧固定，每只环形金属橡胶隔振器为一个六自由度被动隔振系统。当基座10受到单方向的干扰时，载荷平台8与基座10之间存在相对位移，导致环形金属橡胶隔振器9中的环形金属橡胶5沿位移方向发生变形，同时对精密载荷趋于干扰方向的运动提供阻力，耗减振动能量，保持稳定。同理，在复杂振动环境下，隔振系统中各位置的环形金属橡胶5随载荷平台8与基座10之间的相对位移而发生变形，对基座10向载荷平台8传递的振动干扰进行衰减，从而满足了精密载荷对稳定工作环境的要求。

上述实施例仅仅是本发明构思的一种实施方式。环形金属橡胶隔振器与基座和载荷平台的连接根据应用环境可以有多种其他方式。例如，在振动量级较小时，可以简化三者连接，一种实施方式是，可以在上、下转接板朝向环形金属橡胶的一侧设置适应金属橡胶圆周面形状的圆弧形承接槽，这样，金属橡胶的上、下部分各有一部分位于圆弧形承接槽中，上、下转接板分别与载荷平台和基座固定连接就可以。在另一种实施方式中，可以省略掉上下转接板，直接在基座和载荷平台上开出圆弧形承接槽。有了该承接槽，金属橡胶不会相对于基座或载荷平台滑移，也可以限制基座与载荷平台之间的相对移动，也可以更好地实现六自由度的隔振。

在振动量级较大的情况下，例如该隔振系统应用于航空航天领域时，则需要保持所述金属橡胶、基座、载荷平台三者之间的固定连接，对本发明图示实施例的紧固方式(或许是优选的)可以做多种替换，例如，通过螺栓螺母分别将金属橡胶的上侧和下侧固接与载荷平台和基座，或者在存在上、下转接板的情况下，固接于上、下转接板。本文这里不再一一赘举。

本隔振系统利用环形金属橡胶5径向刚度低于轴线刚度的特征，通过多个环形金属橡胶隔振器9并联的形式，在保证承载能力的前提下降低系统垂向固有频率，有效提高隔振系统垂直方向隔振水平；同时，通过合理设计环形金属橡胶5沿中心对称轴线方向的厚度以及环形金属橡胶隔振器9的安装方向和位置，可在保证系统水平方向承载能力的基础上设计系统侧向固有频率，改善隔振系统侧向隔振水平。

Claims (10)

1.一种带环形金属橡胶隔振器的隔振系统，其特征为：包括基座、载荷平台和多个环形金属橡胶隔振器，其特征在于，多个环形金属橡胶隔振器沿圆周均布或呈方阵安装于基座和载荷平台之间；所述环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线与基座和载荷平台平面平行。

2.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征在于：环形金属橡胶隔振器包括环形金属橡胶、上转接板和下转接板，所述上转接板连接所述环形金属橡胶与所述载荷平台，所述下转接板连接所述环形金属橡胶与所述基座。

3.根据权利要求2所述的隔振系统，其特征在于：环形金属橡胶隔振器由弧形压板、定位管、上/下转接板、薄头螺钉和弹簧垫圈组成；弧形压板位于环形金属橡胶内侧，上、下转接板位于环形金属橡胶外侧，定位管位于环形金属橡胶的两侧圆环端面；环形金属橡胶通过弧形压板、上/下转接板、薄头螺钉和弹簧垫圈进行压紧，通过穿过薄头螺钉的定位管对环形金属橡胶的两侧圆环端面进行定位。

4.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征为：所述隔振系统中环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线在平面内位置和指向由隔振系统实际设计空间和载荷要求决定。

5.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征为：所述圆周均布形式的隔振系统中多个环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线统一沿安装圆周的切向或统一指向载荷中心轴线。

6.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征为：所述弧形压板为长边两侧向环形金属橡胶内侧翘起的长条形不锈钢板。

7.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征在于：所述上、下转接板在朝向所述环形金属橡胶的一侧具有适应金属橡胶圆周面的承接槽。

8.根据权利要求2或7所述的隔振系统，其特征为：所述上转接板、下转接板上具有对应的螺纹孔，通过安装螺钉与基座和载荷平台固定。

9.一种环形金属橡胶隔振器，其特征在于：包括环形金属橡胶、上转接板和下转接板，所述上转接板连接所述环形金属橡胶与一个载荷平台，所述下转接板连接所述环形金属橡胶与一个基座，所述环形金属橡胶隔振器的中心对称轴线与所述上转接板和下转接板平行。

10.根据权利要求9所述的隔振系统，其特征在于：环形金属橡胶隔振器由弧形压板、定位管、上转接板、下转接板、薄头螺钉和弹簧垫圈组成；弧形压板位于环形金属橡胶内侧，上转接板、下转接板位于环形金属橡胶外侧，定位管位于环形金属橡胶的两侧圆环端面；环形金属橡胶通过弧形压板、上转接板、下转接板、薄头螺钉和弹簧垫圈进行压紧，通过穿过薄头螺钉的定位管对环形金属橡胶的两侧圆环端面进行定位。