[发明专利]一种隔离机械振动的方法及装置

说明书

本发明属机械领域。涉及一种可以在极宽的频率范围内有效地隔离机械振动的方法和装置。

现有的隔振技术，其原理上都是采用具有一定刚度和阻尼系数的弹性装置的“隔振”系统，因此系统的固有频率不为零，存在有共振区。由于“隔振”效果与振源的频率有关，当振源的频率在很宽的范围内变化时，很难实现有效的“隔振”。因此，现有的隔振措施，从理论上讲只是不同程度地降低振动的传递率，并未真正切断振动传递途径，其隔振效果有很大的局限性。现代的振动控制技术，虽可以对振源实现有效的控制，但由于技术复杂，成本昂贵，未能应用于一般工程技术领域。

本发明的目的是为了减少以至消除机械振动对人员及机器、结构或仪器设备的有害影响，实现一种在理论上完全切断振动传递途径的隔振方法和装置，对工程中大量存在的频率变化范围很宽的机械振动，达到理想的隔振效果，且结构简单，易于推广应用。

本发明的目的是通过下述的方法和设备来实现的：通过适当选取由重物、基座和装在它们之间的“机械悬浮机构”所组成的机械系统的结构参数，使该系统的力学特性，在重物与基座之间可能产生的相对铅垂位移在△范围内，具有刚度为零，固有频率为零的特性，这样，在重物和基座互为任意频率的振源和被隔振物时，重物与基座之间都能实现理想的“完全隔振”。所说的“机械悬浮机构”（如图1）是由能绕基座上的A轴转动的弹簧，为压缩弹簧用的弹簧杆和一端与弹簧杆铰接，并能绕基座上的B轴转动的摆杆所构成，所说的适当选取该系统结构参数的方法是同时满足下列条件：

（1）使弹簧的刚度与重物的重量成正比，与弹簧转轴A到摆杆转轴B之间的距离成反比;

（2）使摆杆处于摆角α＝0°的初始安装角时，保证弹簧力的作用线通过摆杆转轴B;

（3）使弹簧的初始压缩量与弹簧转轴A到弹簧杆-摆杆铰接点初始位置C′之间的距离成正比。

通过适当修改其同时满足的系统结构参数的条件之一，可达到使系统具有适应重物的重量在一定范围内变化和使重物保持在一个相对稳定的平衡位置的能力，修改系统结构参数的方法是：

（1）.改变弹簧的初始压缩量;

（2）.使摆杆的初始安装角α≠0;

（3）.在弹簧转轴A和摆杆转轴B处加装刚度远小于（＜1/10）系统弹簧的辅助扭力弹簧。

实现上述方法的装置是（如图1），由基座（108），承重台（101），支座轴（109），和两组弹簧筒-摆杆机构（107）（103）所组成;支座轴（109）安装在基座（108）上，两组弹簧筒-摆杆机构（107）（103）对称交叉地套装在支座轴（109）上，承重台（101）平架在弹簧筒-摆杆机构的上面。承重台（101）与基座（108）之间可以自由地产生沿铅垂方向的相对位移，该相对位移的最大值△可根据需要于结构设计时确定。弹簧筒-摆杆机构是由摆杆（103），滚子（102），弹簧（106），活塞（105），弹簧杆（104）所组成，装配关系是：在弹簧筒内具有一定初始压缩量的弹簧（106）一端被压在活塞（105）的端面上，另一端压在弹簧筒盖的内侧，可沿弹簧筒的轴线方向滑动的活塞（105）与弹簧杆（104）的一端螺纹连接，弹簧杆（104）的另一端与摆杆（103）的短臂端点铰接，摆杆（103）的长臂端点处装有可以转动的滚子（102），滚子（102）与承重台底面滑动接触，摆杆（103）的支点在支座轴（109）上，当承重台（101）与基座（108）之间产生相对运动时，在摆杆（103）绕支座轴（109）转动的同时，滚子（102）可沿承重台内侧表面滚动。在机构许可的承重台与基座间的最大相对位移△范围之内，经滚子（102）作用到承重台（101）上的力始终与重物的重量Q相等，这一力学特性可见图2所示，图中横座标δ表示承重台与基座之间的相对位移，纵座标P表示作用在承重台上的外力，Q是重物的重量，△是机构许可的承重台与基座之间的最大相对位移。由于在△范围内系统刚度为零，固有频率也为零，重物Q处于“悬浮”状态，从而达到理想的隔振效果。这同样也适用于在以Q作为主动振动的情况下，实现基座不会发生振动，而处于“完全隔振”状态。

本发明可应用于一切需要隔离机械振动的技术领域，包括被动隔振和主动隔振。优点是：隔振效果好，可以实现理想的完全隔振，适用频率范围宽，且结构简单，易于加工制造，使用中不需维护，成本低廉，便于推广应用。

附图说明：

图1：隔离机械振动装置的原理结构图。

图中：Q-重物的重量

△-承重台与基座间的最大相对位移

101-承重台  106-弹簧

102-滚子  107-弹簧筒

103-摆杆  108-基座