CN112324828B - 一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，包括：外壳、底座、垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块，各组金属橡胶模块由两个完全相同的金属橡胶件构成，所述金属橡胶件安装在外壳和底座之间，分别独立发挥垂向、横向、纵向上的隔振与缓冲功能，并带有相应的机械限位结构。本发明通过结构布局设计显著简化了现有三向隔振器中金属橡胶件的设计制备难度，有效提高了隔振与缓冲性能，并且具备机械结构简单，安装拆卸方便和应用范围广的优势。

Description

一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器

技术领域

本发明涉及一种用于机载电子设备的隔振器，特别涉及一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，属于机械动力学与振动领域。

背景技术

航空航天器的机载电子设备一般安装到标准机柜，内部含有精密的电子部件或运动旋转机构，容易受到外界机械振源、冲击源干扰，影响正常工作。因此机载电子设备需要进行专门的机械环境适应性设计，现有方法主要是采用电子设备结构自身的加固设计和隔振缓冲系统将设备与振源隔离这两类措施([1]朱兰琴,杨文芳,李雨.某机载电子设备机架隔振缓冲系统设计[J].振动与冲击,2015(11):183-187.)，设计开发通用性较好的隔振器系列化产品是第二类措施中的重要手段，优势在于可以显著缩短隔振缓冲系统的研发周期，节约仿真和试验成本。

隔振器系列化产品的结构设计可以依据国家军用标准和一些相关行业标准作为参考，例如《GJB 1948-1994隔振器通用规范》规定隔振器在结构上具有限位功能、方向特性和尺寸小的设计要求，在性能上应满足公称位移、固有频率、振动传递率、冲击传递率及碰撞传递率的详细指标要求。《HB 6752-1993飞机动力装置隔振器设计和安装技术要求》进一步规定了隔振器设计可以实现振型解耦、具备限动装置、机械锁和保证扭转间隙的功能。随着现代航空航天器朝着超高速、轻量化、重载荷的方向不断发展，往往对于机载电子设备的隔振器性能提出了更全面精细的设计要求，不再受限于上述的基本标准，显著增加了隔振器的设计难度。

依据当前航空航天器工作环境发生的振动冲击载荷类型，主要包括气动载荷、机动载荷、惯性载荷、着陆载荷以及动力装置的振动等([2]解思适.飞机设计手册第9册载荷、强度和刚度[M].国防工业出版社,1983.04.)，并且传递到机载电子设备的动载荷通常具备三个正交方向的特征，因此可以将机械振动环境对于机载电子设备的隔振器提出的新要求可以归纳为如下几点：(1)新型隔振器必须能够减弱三个正交方向上的振动和冲击载荷，在各方向上的隔振性能可以根据载荷形式进行参数化设计；(2)新型隔振器中必须包含高性能的阻尼元件，吸收并消耗振动冲击能量；(3)对于应用在标准机柜/机架的新型隔振器系列化产品，要求结构形式简单，隔振缓冲元件能够进行参数化设计和研制。

然而截止目前，市面和文献所提及到的隔振器性能大都仍然以单方向的减振缓冲为主，使用以弹簧、橡胶为代表的弹性元件，如果把多个隔振器组合使用则会明显增加重量体积，已经不适用于航空航天飞行器的隔振抗冲应用。近年来公开的一些专利开始涉及到三向隔振器的结构设计，例如以文献([3]赵奎.一种可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器:中国，CN201811555181.9[P].2019-02-22.)为代表的一类专利提出了将金属橡胶材料作为弹性元件的新型结构布局，特征是该元件在安装空间中的三个正交方向上均可以产生压缩变形，但存在的问题是由圆筒形金属橡胶半径方向的变形来提供两个水平方向的振动刚度和阻尼，径向变形是该圆筒的压缩和弯曲叠加组成，相对更复杂，本质上是将三个正交方向的性能设计叠加到一个金属橡胶元件的工艺上，增加了参数设计难度。文献([4]任志英.一种基于金属橡胶的三向减振抗冲击吊架及其工作方法:中国，CN201811446204.2[P].2019-01-29.)提出了将三个正交方向的隔振元件分级、进行串联的结构布局，即振动载荷传递路径是从安装基础依次经过横向元件、纵向元件和垂向元件，最后到被隔振设备，该布局能够实现刚度解耦的功能，但在结构形式上占用了更大的安装空间，而且各正交方向上的元件变形受到传递路线弯曲的影响，叠加后的变形量难以进行参数化建模。文献([5]王平,张国玉,高玉军,et al.金属橡胶减振器在机载光电吊舱复合减振系统中的应用[J].振动与冲击,2014,33(005):193-199.；[6]刘树峰,白鸿柏,李玉龙,etal.光电通信吊舱内框架悬置系统设计与分析[J].现代电子技术,2011,34(7).)指出已经有技术经验将金属橡胶材料应用到机载光电设备减振系统的成功实例，证明原理可行有效，因此可以进一步根据使用需求开发新型的隔振抗冲结构。综上所述，面向航空航天机载平台环境设计的隔振器必须考虑更加宽泛的载荷特征、更加严苛的使用环境和空间重量限制，现有设计还不能完全满足使用需求，亟需开发一种新型结构的三向隔振器。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，针对现有三向隔振器设计存在的问题作出改进，解决现有技术的三向隔振器使用同一块金属橡胶发挥三个正交方向上的减振缓冲功能，导致刚度阻尼参数相互耦合、在设计阶段很难独立调整的问题，并且提供机械限位装置减小金属橡胶受到的压缩载荷，防止产生损伤和破坏，可以简化金属橡胶件的设计制备难度，有效提高三向隔振器的隔振与缓冲性能。

本发明的技术解决方案：一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，包括：外壳(1)、底座(2)、垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块；

所述外壳(1)由顶板(1a)、安装边(1b)和立柱(1c)构成，所述顶板(1a)设有外壳安装孔(101)，通过第一连接螺钉(b)将所述外壳安装孔(101)与机载电子设备机柜(a1)或者机载仪表(a2)相连接，同时所述顶板(1a)的中央设有顶板螺栓孔(103)，用于安装芯柱螺丝(18)；所述顶板(1a)的4个边分别向下延伸出安装边(1b)，所述安装边(1b)设有螺栓孔，形成止口法兰边；所述顶板(1a)的4个角分别向下延伸出立柱(1c)；

所述底座(2)由底板(2a)、安装座(2b)和空心凹槽(2c)构成，所述底板(2a)上设有底座安装孔(102)，通过第二连接螺钉(d)与将所述底座安装孔(102)与安装基础结构(e)相连接；所述底板(2a)向上延伸出安装座(2b)，所述安装座(2b)内部设有空心凹槽(2c)，用于安装垂向金属橡胶模块，所述安装座(2b)的端面设有螺纹孔，用于安装上挡板(4)；

所述垂向金属橡胶模块布置在外壳(1)和底座(2)之间；所述垂向金属橡胶模块包括芯柱(3)、芯柱螺丝(18)、上挡板(4)、第一垂向金属橡胶(5)、第二垂向金属橡胶(6)和上挡板螺丝(15)；芯柱(3)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部，所述芯柱(3)由上芯柱(3a)、隔板(3b)和下芯柱(3c)构成，所述上芯柱(3a)的端面上设有螺纹孔，通过芯柱螺丝(18)将芯柱(3)与外壳(1)相连接；所述第一垂向金属橡胶(5)和第二垂向金属橡胶(6)的几何尺寸和力学性能完全相同，位置关系是关于所述隔板(3b)呈上下镜像对称布置，第一垂向金属橡胶(5)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部、所述隔板(3b)的上方，第二垂向金属橡胶(6)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部、所述隔板(3b)的下方；上挡板(4)安装到所述底座(2)的安装座(2b)端面，通过上挡板螺丝(15)将上挡板(4)和底座(2)相连接；

所述横向金属橡胶模块包括第一横向金属橡胶(7)、第二横向金属橡胶(8)、第一横向挡板(9)、第二横向挡板(10)和横向挡板螺丝(16)；所述第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的几何尺寸完全相同，第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的上方设有止口和螺纹孔，构成止口法兰边，分别通过横向挡板螺丝(16)连接到所述外壳(1)的安装边(1b)上，第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的内部设有C形凹槽；所述第一横向金属橡胶(7)和第二横向金属橡胶(8)的几何尺寸和力学性能完全相同，关于所述底座(2)的安装座(2b)呈左右镜像对称布置，第一横向金属橡胶(7)安装到所述第一横向挡板(9)的C形凹槽(9c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合，第二横向金属橡胶(8)安装到所述第二横向挡板(10)的C形凹槽(10c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合；

所述纵向金属橡胶模块包括第一纵向金属橡胶(11)、第二纵向金属橡胶(12)、第一纵向挡板(13)、第二纵向挡板(14)和纵向挡板螺丝(17)；所述第一纵向金属橡胶(11)和第二纵向金属橡胶(12)的几何尺寸完全相同，第一纵向挡板(13)和第二纵向挡板(14)的上方设有止口和螺纹孔，构成止口法兰边，分别通过纵向挡板螺丝(17)连接到所述外壳(1)的安装边(1b)上，第一纵向挡板(13)和第二纵向挡板(14)的内部设有C形凹槽；所述第一纵向金属橡胶(11)和第二纵向金属橡胶(12)的几何尺寸和力学性能完全相同，关于所述底座(2)的安装座(2b)呈前后镜像对称布置，第一纵向金属橡胶(11)安装到所述第一纵向挡板(13)的C形凹槽(13c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合，第二纵向金属橡胶(12)安装到所述第二纵向挡板(14)的C形凹槽(14c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合。

所述第一垂向金属橡胶(5)、第二垂向金属橡胶(6)、第一横向金属橡胶(7)、第二横向金属橡胶(8)、第一纵向金属橡胶(11)、第二纵向金属橡胶(12)所使用的材料均是金属橡胶材料，即由金属丝绕制成螺旋卷，经过拉伸、编织、模压和后期处理工艺制成的纤维结构功能性金属材料。

所述第一垂向金属橡胶(5)与所述上挡板(4)的下表面和所述芯柱(3)的隔板(3b)上表面形成配合表面，具有垂向上的预压缩量；所述第二垂向金属橡胶(6)与所述芯柱(3)的隔板(3b)下表面和所述底座(2)的底板(2a)上表面形成配合表面，具有垂向上的预压缩量；所述垂向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙；

所述第一横向金属橡胶(7)与所述和第一横向挡板(9)的C形凹槽(9c)的左表面和所述底座(2)的安装座(2b)右表面形成配合表面，具有横向上的预压缩量；所述第二横向金属橡胶(8)与所述第二横向挡板(10)的C形凹槽(10c)的右表面和所述底座(2)的安装座(2b)左表面形成配合表面，具有横向上的预压缩量；所述横向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙；

所述第一纵向金属橡胶(11)与所述第一纵向挡板(13)的C形凹槽(13c)的后表面和所述底座(2)的安装座(2b)前表面形成配合表面，具有纵向上的预压缩量；所述第二纵向金属橡胶(12)与所述第二纵向挡板(14)的C形凹槽(14c)的前表面和所述底座(2)的安装座(2b)后表面形成配合表面，具有纵向上的预压缩量；所述纵向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙。

所述垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块设有机械限位装置，即包括垂向金属橡胶模块限位装置、横向金属橡胶模块限位装置和纵向金属橡胶模块限位装置；所述机械限位装置的功能是所述隔振器在某一方向上承受振动和冲击载荷，如果对应方向上的金属橡胶发生变形将要超过限位间隙，这个限位间隙设计为金属橡胶压缩变形方向上尺寸的10％，那么可以在结构中提供一条额外的载荷传递路线，从而约束对应方向上的金属橡胶不会产生超过限位间隙的变形而导致损伤和破坏；所述机械限位装置的具体特征如下：

所述垂向金属橡胶模块限位装置是由所述外壳(1)的顶板(1a)的下表面和所述上挡板(4)的上表面构成，在不发挥功能时所述上表面和下表面之间留有垂向限位间隙(s1)，如果第二垂向金属橡胶(6)的压缩变形将要超过限位间隙，那么所述垂向限位间隙闭合、所述上表面和下表面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到外壳(1)的传递路线，从而防止第二垂向金属橡胶(6)产生过大变形导致损伤和破坏；为了所述垂向金属橡胶模块限位装置能够发挥功能，所述芯柱(3)的下芯柱(3c)端面距离所述底座(2)的底板(2a)上表面的距离应该超过所述垂向限位间隙；

所述横向金属橡胶模块限位装置是由所述底座(2)的安装座(2b)外表面和所述第一横向挡板(9)、第二横向挡板(10)的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有横向限位间隙(s2)；如果第一横向金属橡胶(7)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第二横向挡板(10)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第二横向挡板(10)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第一横向金属橡胶(7)产生过大变形导致损伤和破坏；如果第二横向金属橡胶(8)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第一横向挡板(9)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第一横向挡板(9)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第二横向金属橡胶(8)产生过大变形导致损伤和破坏；

所述纵向金属橡胶模块限位装置是由所述底座(2)的安装座(2b)外表面和所述第一纵向挡板(13)、第二纵向挡板(14)的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有纵向限位间隙(s3)；如果第一纵向金属橡胶(11)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第二纵向挡板(14)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第二纵向挡板(14)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第一纵向金属橡胶(11)产生过大变形导致损伤和破坏；如果第二纵向金属橡胶(12)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第一纵向挡板(13)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第一纵向挡板(13)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第二纵向金属橡胶(12)产生过大变形导致损伤和破坏。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明的隔振器在三个正交方向上刚度阻尼参数相互独立，即各方向的刚度阻尼参数可以通过更换对应方向的金属橡胶进行调整，对其他方向不产生影响。现有技术的三向隔振器是使用同一块金属橡胶发挥三个正交方向上的减振缓冲功能，导致刚度阻尼参数相互耦合、在设计阶段很难独立调整。本发明的隔振器所采用的技术特征是设计了结构布局上相对独立的垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块，用于分别承受三个正交方向上的振动与冲击载荷，从而降低了三向隔振器的设计和调整难度。

(2)本发明的隔振器在承受过大振动和冲击载荷的情况下，可以减小金属橡胶受到的压缩载荷，防止产生损伤和破坏。现有技术的三向隔振器没有具体方法用来保护金属橡胶，一旦金属橡胶受力过大就会发生塑性变形。本发明的隔振器所采用的技术特征是垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块设有机械限位装置，如果在某一方向上的金属橡胶发生变形将要超过限位间隙，那么可以在结构中提供一条额外的载荷传递路线，从而约束对应方向上的金属橡胶不会产生过大变形导致损伤和破坏，本证本发明隔振器具有高承载能力。

(3)本发明可以通过设计金属橡胶工艺参数来优化隔振器在三个正交方向上的刚度阻尼参数，几何参数有垂向金属橡胶的外径ro、内径ri、高度h，横向、纵向金属橡胶的几何参数有长度m、宽度n、高度t，此外还可以设计金属橡胶制备工艺中的丝径、螺旋径、相对密度等参数来进一步提高隔振与缓冲性能。

附图说明

图1是本发明安装到机载设备机柜的安装方式示意图；

图2是本发明安装到单台机载仪表的安装方式示意图；

图3是本发明实施例的三维结构图；

图4是图3中A-A面的剖视结构图；

图5是本发明实施例中外壳的三维结构图；

图6是本发明实施例中底座的三维结构图；

图7是本发明实施例中芯柱的三维结构图；

图8是本发明实施例中第一横向挡板和第二横向挡板的三维结构图；

图9是本发明实施例中第一纵向挡板和第二纵向挡板的三维结构图；

图10是本发明实施例中第一和第二垂向金属橡胶的几何尺寸示意图；

图11是本发明实施例中第一和第二横向(或纵向)金属橡胶的几何尺寸示意图；

图12是本发明实施例中垂向金属橡胶模块的装配示意图；

图13是本发明实施例中横向金属橡胶模块的装配示意图；

图14是本发明实施例中纵向金属橡胶模块的装配示意图；

图15是本发明实施例中外壳与底座的装配示意图。

图中X.横向坐标，Y.纵向坐标，Z.垂向坐标；

图中：a1.机载设备机柜，a2.机载仪表，b.第一连接螺钉，c.本发明的隔振器，d.第二连接螺钉，e.安装基础结构；

图中：s1.垂向限位间隙，s2.横向限位间隙，s3.纵向限位间隙；

图中：1.外壳，1a.顶板，1b.安装边，1c.立柱，2.底座，2a.底板，2b.安装座，2c.空心凹槽，3.芯柱，3a.上芯柱，3b.隔板，3c.下芯柱，4.上挡板，5.第一垂向金属橡胶，6.第二垂向金属橡胶，7.第一横向金属橡胶，8.第二横向金属橡胶，9.第一横向挡板，9a.第一横向挡板的止口，9b.第一横向挡板的主体，9c.第一横向挡板的C形凹槽，10.第二横向挡板，10a.第二横向挡板的止口，10b.第二横向挡板的主体，10c.第二横向挡板的C形凹槽，11.第一纵向金属橡胶，12.第二纵向金属橡胶，13.第一纵向挡板，13a.第一纵向挡板的止口，13b.第一纵向挡板的主体，13c.第一纵向挡板的C形凹槽，14.第二纵向挡板，14a.第二纵向挡板的止口，14b.第二纵向挡板的主体，14c.第二纵向挡板的C形凹槽，15.上挡板螺丝，16.横向挡板螺丝，17.纵向挡板螺丝，18.芯柱螺丝；

图中：101.外壳安装孔，102.底座安装孔，103.顶板螺栓孔；

图中：ro.垂向金属橡胶的外径，ri.垂向金属橡胶的内径，h.垂向金属橡胶的高度，m1.横向金属橡胶的长度，n1.横向金属橡胶的宽度，t1.横向金属橡胶的高度，m2.纵向金属橡胶的长度，n2.纵向金属橡胶的宽度，t2.纵向金属橡胶的高度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明实施例的一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器c安装到被隔振设备和安装基础结构e上。如果被隔振设备是机载设备机柜a1，则将4个本发明的隔振器c通过4组第一连接螺钉b分别安装到机载设备机柜a1的四角，通过4组第二连接螺钉d与安装基础结构e相连接。如果被隔振设备是单台机载仪表a2，则将1个本发明的隔振器通过1组第一连接螺钉b安装到机载仪表a2的底部，通过1组第二连接螺钉d与安装基础结构e相连接。

如图3、图4所示，本发明的一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器c的实施例包括：外壳1、底座2、垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块。下面分别对上述结构的具体实施方式进行说明。

1)外壳1

如图3、图4、图5所示，外壳1是由顶板1a、安装边1b和立柱1c构成；所述顶板1a是边长为100mm、厚度为6mm的正方形板，在所述顶板1a的中央设有直径为4mm的顶板螺栓孔103，用于安装芯柱螺丝18，在所述顶板1a的四角分别设有M6的螺纹孔，用于安装第一连接螺钉b；所述顶板1a的4个边分别向下延伸出安装边1b，所述安装边1b的高度为10mm、厚度为9.5mm，在所述安装边1b上设有2个直径为4.3mm的螺栓孔，用于安装横向挡板螺丝16和纵向挡板螺丝17；所述顶板1a的4个角分别向下延伸出立柱1c，所述立柱1c的截面为19mm×19mm的正方形、高度为24mm，用于将第一横向金属橡胶7、第二横向金属橡胶8、第一纵向金属橡胶11、第二纵向金属橡胶12完全封闭到隔振器结构内部，从而避免受到外界污染物影响金属橡胶的性能；

2)底座2

如图3、图4、图6所示，底座2是由底板2a和安装座2b构成：所述底板2a是边长为132mm、厚度为6mm的正方形板，在所述底板2a上设有直径为8mm的底座安装孔102，用于安装第二连接螺钉d；所述底板2a向上延伸出安装座2b，所述安装座2b边长为60mm、高度为29mm，形成4个平面用于第一横向金属橡胶7、第二横向金属橡胶8、第一纵向金属橡胶11、第二纵向金属橡胶12的安装，所述安装座2b的端面上设有8个均布的M2.5螺纹孔，用于安装上挡板螺丝15；所述安装座2b的内部设有圆柱形的空心凹槽2c，所述空心凹槽2c的直径为50mm、高度为29mm，用于容纳第一垂向金属橡胶5、第二垂向金属橡胶6和芯柱3；

3)垂向金属橡胶模块

如图3、图4、图7所示，垂向金属橡胶模块的安装位置是在底座2的空心凹槽2c内部，所述垂向金属橡胶模块包括芯柱3、芯柱螺丝18、上挡板4、第一垂向金属橡胶5、第二垂向金属橡胶6和上挡板螺丝15：

所述芯柱3是由上芯柱3a、隔板3b和下芯柱3c构成，所述上芯柱3a的端面上设有M4的螺纹孔，用于通过M4的芯柱螺丝18将芯柱3与外壳1相连接；

上挡板4的截面为60mm×60mm的正方形、厚度为4mm，所述上挡板4中央设有直径为14mm的通孔用于所述上芯柱3a穿过，所述上挡板4设有8个均布的螺栓孔，通过上挡板螺丝15将上挡板4连接到安装座2b上；

第一垂向金属橡胶5和第二垂向金属橡胶6的几何尺寸和力学性能完全相同，是外径ro＝50mm、内径ri＝14mm、高度h＝12mm的空心圆柱体，安装位置关系是安装在所述底座2的空心凹槽2c内部、并关于所述芯柱3的隔板3b呈镜像对称布置，第一垂向金属橡胶5在垂向上与上挡板4的下表面和芯柱3的隔板3b上表面相接触，第二垂向金属橡胶6在垂向上与隔板3b的下表面和底座2的底板2a上表面相接触，并都具有垂向预压缩量Δh＝0.5mm；所述垂向预压缩量Δh可以在所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，保证所述配合表面上的压缩量小于0.5mm，从而不产生间隙。

4)横向金属橡胶模块

如图3、图4、图8所示，横向金属橡胶模块的安装位置是在底座2的安装座2b左右两侧，所述横向金属橡胶模块包括第一横向金属橡胶7、第二横向金属橡胶8、第一横向挡板9、第二横向挡板10和横向挡板螺丝16；第一横向金属橡胶7和第二横向金属橡胶8的几何尺寸和力学性能完全相同，是长度m1＝60mm、宽度n1＝15.4mm、高度t1＝18mm的长方体；第一横向挡板9和第二横向挡板10的几何尺寸完全相同，以第一横向挡板9为例，第一横向挡板9是由止口9a、主体9b和C形凹槽9c构成，止口9a设有M4的螺纹孔，通过横向挡板螺丝16连接到所述外壳1的安装边1b上，主体9b内部设有C形凹槽9c，所述C形凹槽9c的长度为60mm、宽度为15mm、高度为18mm，用于第一横向金属橡胶7的安装；所述第一横向金属橡胶7在横向上与所述C形凹槽9c的左侧表面和所述底座2的安装座2b右侧表面相接触，并都具有横向预压缩量Δn1＝0.4mm；所述横向预压缩量Δn1可以在所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，保证所述配合表面上的压缩量小于0.4mm，从而不产生间隙；第二横向金属橡胶8、第二横向挡板10与第一横向金属橡胶7、第一横向挡板9的位置关系关于所述底座2的安装座2b呈镜像对称布置。

5)纵向金属橡胶模块

如图3、图4、图9所示，纵向金属橡胶模块的安装位置是在底座2的安装座2b前后两侧，所述纵向金属橡胶模块包括第一纵向金属橡胶11、第二纵向金属橡胶12、第一纵向挡板13、第二纵向挡板14和纵向挡板螺丝17；第一纵向金属橡胶11和第二纵向金属橡胶12的几何尺寸和力学性能完全相同，是长度m2＝60mm、宽度n2＝15.4mm、高度t2＝18mm的长方体；第一纵向挡板13和第二纵向挡板14的几何尺寸完全相同，以第一纵向挡板13为例，第一纵向挡板13是由止口13a、主体13b和C形凹槽13c构成，止口13a设有M4的螺纹孔，通过纵向挡板螺丝17连接到所述外壳1的安装边1b上，主体13b内部设有C形凹槽13c，所述C形凹槽13c的长度为60mm、宽度为15mm、高度为18mm，用于第一纵向金属橡胶11的安装；所述第一纵向金属橡胶11在纵向上与所述C形凹槽13c的后侧表面和所述底座2的安装座2b前侧表面相接触，并都具有纵向预压缩量Δn2＝0.4mm；所述纵向预压缩量Δn2可以在所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，保证所述配合表面上的压缩量小于0.4mm，从而不产生间隙；第二纵向金属橡胶12、第二纵向挡板14与第一纵向金属橡胶11、第一纵向挡板13的位置关系关于所述底座2的安装座2b呈镜像对称布置，不再赘述；

本发明实施例为了实现隔振器的高承载能力，在垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块中设有机械限位装置，即包括垂向金属橡胶模块限位装置、横向金属橡胶模块限位装置和纵向金属橡胶模块限位装置。所述机械限位装置的功能是所述隔振器在某一方向上承受振动和冲击载荷，如果对应方向上的金属橡胶发生变形超过了限位间隙，这个限位间隙为金属橡胶压缩变形方向上尺寸的10％，则在结构中提供一条额外的载荷传递路线，从而约束对应方向上的金属橡胶不会产生超过限位间隙的变形而导致损伤和破坏；下面分别对上述机械限位装置的结构特征进行具体说明：

1)如图3、图4所示，垂向金属橡胶模块限位装置是由所述外壳1的顶板1a的下表面和所述上挡板4的上表面构成，在不发挥功能时所述上表面和下表面之间留有垂向限位间隙s1为1.2mm，如果第二垂向金属橡胶6的压缩变形将要超过垂向限位间隙s1，则所述垂向限位间隙闭合、所述上表面和下表面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座2到外壳1的传递路线，从而防止第二垂向金属橡胶6产生过大变形导致损伤和破坏；为了所述垂向金属橡胶模块限位装置能够发挥功能，所述下芯柱3c的端面距离所述底座2的底板2a上表面的距离应该超过所述垂向限位间隙，实施例中为1.5mm；

2)如图3、图4所示，横向金属橡胶模块限位装置是由所述底座2的安装座2b外表面和所述第一横向挡板9、第二横向挡板10的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有横向限位间隙s2为1.8mm；如果第一横向金属橡胶7的压缩变形将要超过横向限位间隙s2，则所述底座2的安装座2b外表面和第二横向挡板10的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座2到第二横向挡板10、再到外壳1的传递路线；如果第二横向金属橡胶8的压缩变形将要超过横向限位间隙s2，那么所述底座2的安装座2b外表面和第一横向挡板9的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座2到第一横向挡板9、再到外壳1的传递路线；

3)如图3、图4所示，纵向金属橡胶模块限位装置是由所述底座2的安装座2b外表面和所述第一纵向挡板13、第二纵向挡板14的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有纵向限位间隙s3为1.8mm；如果第一纵向金属橡胶11的压缩变形将要超过纵向限位间隙s3，则所述底座2的安装座2b外表面和第二纵向挡板14的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座2到第二纵向挡板14、再到外壳1的传递路线；如果第二纵向金属橡胶12的压缩变形将要超过纵向限位间隙s3，则所述底座2的安装座2b外表面和第一纵向挡板13的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座2到第一纵向挡板13、再到外壳1的传递路线；

本发明实施例的装配步骤具体如下：

1)第一步为垂向金属橡胶模块的安装。如图12所示，首先以底座2为安装基准，顺次将第二垂向金属橡胶6、芯柱3、第一垂向金属橡胶5放入底座2的空心凹槽2c内；然后将上挡板4与底座2的安装座2b端面相配合，并用上挡板螺丝15拧紧。

2)第二步为横向金属橡胶模块的安装。如图13所示，首先将第一横向金属橡胶7装入第一横向挡板9的C形凹槽9c内，第二横向金属橡胶8装入第二横向挡板10的C形凹槽10c内；然后以外壳1为安装基准，分别通过横向挡板螺丝16将第一横向挡板9、第二横向挡板10固定到外壳1的安装边1b上。

3)第三步为横向金属橡胶模块的安装。如图14所示，首先将第一纵向金属橡胶11装入第一纵向挡板13的C形凹槽13c内，第二纵向金属橡胶12装入第二纵向挡板14的C形凹槽14c内；然后以外壳1为安装基准，分别通过纵向挡板螺丝17将第一纵向挡板13、第二纵向挡板14固定到外壳1的安装边1b上。

4)第四步为外壳1与底座2的安装。如图15所示，首先将装配好的外壳1从上方安装到底座2上，使得第一横向金属橡胶7、第二横向金属橡胶8、第一纵向金属橡胶11、第二纵向金属橡胶12与底座2的安装座2b外表面相配合；然后用芯柱螺丝18将外壳1的顶板1a与芯柱3拧紧。

总之，本发明解决了带有金属橡胶件的隔振器在三个正交方向上刚度阻尼参数相互耦合、不能独立调整的问题。本发明所采用的技术方案是通过设置所述各组金属橡胶模块在力学关系上相对独立，即每组金属橡胶模块的受力方向与其他两组的受力方向正交，分别在垂向、横向、纵向上承受压缩载荷、吸收耗散振动能量。本发明通过结构布局设计显著简化了同类型隔振器中金属橡胶件的工艺制备难度，有效提高了隔振缓冲性能，并且具备机械结构简单，安装拆卸方便和应用范围广的优势。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照优选实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围以内。

Claims (3)

1.一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，其特征在于，包括：外壳(1)、底座(2)、垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块；

所述外壳(1)由顶板(1a)、安装边(1b)和立柱(1c)构成，所述顶板(1a)设有外壳安装孔(101)，通过第一连接螺钉(b)将所述外壳安装孔(101)与机载电子设备机柜(a1)或者机载仪表(a2)相连接，同时所述顶板(1a)的中央设有顶板螺栓孔(103)，用于安装芯柱螺丝(18)；所述顶板(1a)的4个边分别向下延伸出安装边(1b)，所述安装边(1b)设有螺栓孔，形成止口法兰边；所述顶板(1a)的4个角分别向下延伸出立柱(1c)；

所述底座(2)由底板(2a)、安装座(2b)和空心凹槽(2c)构成，所述底板(2a)上设有底座安装孔(102)，通过第二连接螺钉(d)与将所述底座安装孔(102)与安装基础结构(e)相连接；所述底板(2a)向上延伸出安装座(2b)，所述安装座(2b)内部设有空心凹槽(2c)，用于安装垂向金属橡胶模块，所述安装座(2b)的端面设有螺纹孔，用于安装上挡板(4)；

所述垂向金属橡胶模块布置在外壳(1)和底座(2)之间；所述垂向金属橡胶模块包括芯柱(3)、芯柱螺丝(18)、上挡板(4)、第一垂向金属橡胶(5)、第二垂向金属橡胶(6)和上挡板螺丝(15)；芯柱(3)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部，所述芯柱(3)由上芯柱(3a)、隔板(3b)和下芯柱(3c)构成，所述上芯柱(3a)的端面上设有螺纹孔，通过芯柱螺丝(18)将芯柱(3)与外壳(1)相连接；所述第一垂向金属橡胶(5)和第二垂向金属橡胶(6)的几何尺寸和力学性能完全相同，位置关系是关于所述隔板(3b)呈上下镜像对称布置，第一垂向金属橡胶(5)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部、所述隔板(3b)的上方，第二垂向金属橡胶(6)安装在所述底座(2)的空心凹槽(2c)内部、所述隔板(3b)的下方；上挡板(4)安装到所述底座(2)的安装座(2b)端面，通过上挡板螺丝(15)将上挡板(4)和底座(2)相连接；

所述横向金属橡胶模块包括第一横向金属橡胶(7)、第二横向金属橡胶(8)、第一横向挡板(9)、第二横向挡板(10)和横向挡板螺丝(16)；所述第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的几何尺寸完全相同，第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的上方设有止口和螺纹孔，构成止口法兰边，分别通过横向挡板螺丝(16)连接到所述外壳(1)的安装边(1b)上，第一横向挡板(9)和第二横向挡板(10)的内部设有C形凹槽；所述第一横向金属橡胶(7)和第二横向金属橡胶(8)的几何尺寸和力学性能完全相同，关于所述底座(2)的安装座(2b)呈左右镜像对称布置，第一横向金属橡胶(7)安装到所述第一横向挡板(9)的C形凹槽(9c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合，第二横向金属橡胶(8)安装到所述第二横向挡板(10)的C形凹槽(10c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合；

所述纵向金属橡胶模块包括第一纵向金属橡胶(11)、第二纵向金属橡胶(12)、第一纵向挡板(13)、第二纵向挡板(14)和纵向挡板螺丝(17)；所述第一纵向金属橡胶(11)和第二纵向金属橡胶(12)的几何尺寸完全相同，第一纵向挡板(13)和第二纵向挡板(14)的上方设有止口和螺纹孔，构成止口法兰边，分别通过纵向挡板螺丝(17)连接到所述外壳(1)的安装边(1b)上，第一纵向挡板(13)和第二纵向挡板(14)的内部设有C形凹槽；所述第一纵向金属橡胶(11)和第二纵向金属橡胶(12)的几何尺寸和力学性能完全相同，关于所述底座(2)的安装座(2b)呈前后镜像对称布置，第一纵向金属橡胶(11)安装到所述第一纵向挡板(13)的C形凹槽(13c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合，第二纵向金属橡胶(12)安装到所述第二纵向挡板(14)的C形凹槽(14c)内部、并且与所述底座(2)的安装座(2b)外表面相配合；

所述垂向金属橡胶模块、横向金属橡胶模块和纵向金属橡胶模块设有机械限位装置，即包括垂向金属橡胶模块限位装置、横向金属橡胶模块限位装置和纵向金属橡胶模块限位装置；所述机械限位装置的功能是所述隔振器在某一方向上承受振动和冲击载荷，如果对应方向上的金属橡胶发生变形将要超过限位间隙，这个限位间隙设计为金属橡胶压缩变形方向上尺寸的10％，那么可以在结构中提供一条额外的载荷传递路线，从而约束对应方向上的金属橡胶不会产生超过限位间隙的变形而导致损伤和破坏；所述机械限位装置的具体特征如下：

所述垂向金属橡胶模块限位装置是由所述外壳(1)的顶板(1a)的下表面和所述上挡板(4)的上表面构成，在不发挥功能时所述上表面和下表面之间留有垂向限位间隙(s1)，如果第二垂向金属橡胶(6)的压缩变形将要超过限位间隙，那么所述垂向限位间隙闭合、所述上表面和下表面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到外壳(1)的传递路线，从而防止第二垂向金属橡胶(6)产生过大变形导致损伤和破坏；为了所述垂向金属橡胶模块限位装置能够发挥功能，所述芯柱(3)的下芯柱(3c)端面距离所述底座(2)的底板(2a)上表面的距离应该超过所述垂向限位间隙；

所述横向金属橡胶模块限位装置是由所述底座(2)的安装座(2b)外表面和所述第一横向挡板(9)、第二横向挡板(10)的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有横向限位间隙(s2)；如果第一横向金属橡胶(7)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第二横向挡板(10)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第二横向挡板(10)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第一横向金属橡胶(7)产生过大变形导致损伤和破坏；如果第二横向金属橡胶(8)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第一横向挡板(9)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第一横向挡板(9)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第二横向金属橡胶(8)产生过大变形导致损伤和破坏；

所述纵向金属橡胶模块限位装置是由所述底座(2)的安装座(2b)外表面和所述第一纵向挡板(13)、第二纵向挡板(14)的端面构成，在不发挥功能时所述外表面和所述端面之间留有纵向限位间隙(s3)；如果第一纵向金属橡胶(11)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第二纵向挡板(14)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第二纵向挡板(14)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第一纵向金属橡胶(11)产生过大变形导致损伤和破坏；如果第二纵向金属橡胶(12)的压缩变形将要超过限位间隙，则所述底座(2)的安装座(2b)外表面和第一纵向挡板(13)的端面发生接触，即提供一条压缩载荷从所述底座(2)到第一纵向挡板(13)、再到外壳(1)的传递路线，从而防止第二纵向金属橡胶(12)产生过大变形导致损伤和破坏。

2.根据权利要求1所述的一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，其特征在于：所述第一垂向金属橡胶(5)、第二垂向金属橡胶(6)、第一横向金属橡胶(7)、第二横向金属橡胶(8)、第一纵向金属橡胶(11)、第二纵向金属橡胶(12)所使用的材料均是金属橡胶材料，即由金属丝绕制成螺旋卷，经过拉伸、编织、模压和后期处理工艺制成的纤维结构功能性金属材料。

3.根据权利要求1所述的一种三向刚度阻尼解耦的高承载金属橡胶组合隔振器，其特征在于：所述第一垂向金属橡胶(5)与所述上挡板(4)的下表面和所述芯柱(3)的隔板(3b)上表面形成配合表面，具有垂向上的预压缩量；所述第二垂向金属橡胶(6)与所述芯柱(3)的隔板(3b)下表面和所述底座(2)的底板(2a)上表面形成配合表面，具有垂向上的预压缩量；所述垂向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙；

所述第一横向金属橡胶(7)与所述和第一横向挡板(9)的C形凹槽(9c)的左表面和所述底座(2)的安装座(2b)右表面形成配合表面，具有横向上的预压缩量；所述第二横向金属橡胶(8)与所述第二横向挡板(10)的C形凹槽(10c)的右表面和所述底座(2)的安装座(2b)左表面形成配合表面，具有横向上的预压缩量；所述横向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙；

所述第一纵向金属橡胶(11)与所述第一纵向挡板(13)的C形凹槽(13c)的后表面和所述底座(2)的安装座(2b)前表面形成配合表面，具有纵向上的预压缩量；所述第二纵向金属橡胶(12)与所述第二纵向挡板(14)的C形凹槽(14c)的前表面和所述底座(2)的安装座(2b)后表面形成配合表面，具有纵向上的预压缩量；所述纵向上的预压缩量保证所述隔振器在承受振动和冲击载荷时，在所述配合表面上不产生间隙。

Images