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一種微型斜面減振器.pdf

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一種 微型 斜面 減振器
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摘要
申請專利號:

CN201510296128.1

申請日:

2015.06.02

公開號:

CN104895987A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16F 7/116申請日:20150602|||公開
IPC分類號: F16F7/116 主分類號: F16F7/116
申請人: 西安電子科技大學
發明人: 葛世濱; 段學超; 保宏; 米建偉; 程璧; 楊勇智
地址: 710071陜西省西安市太白南路2號西安電子科技大學
優先權:
專利代理機構: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350 代理人: 湯東鳳
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510296128.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.03.01|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種微型斜面減振器,包括外筒、作動件、導向滾輪、滾輪軸、兩個拉簧、滾子、滾軸、滑槽件、彈性擋片、沉頭螺釘;其中導向滾輪分別通過滾輪軸裝配在作動件的上下兩端構成作動組件,作動組件通過呈凹形的導向滾輪實現沿外筒內壁縱向導軌的自由運動。本發明通過將沿作動件一側斜面的縱向運動轉化為拉簧的拉伸與收縮,實現縱向的減振功能,并利用斜面原理使得減振器的剛度大為減小,從而對較低頻率的振動實現隔離。此外,本發明所采用的套筒結構和斜面的設置有效地縮減了整個減振器的尺寸,使之能更好地被用在空間局限的小型裝置內,亦可將此微型減振器作為提供單自由度的低剛度減振模塊單元使用,以構成或搭建要求更高的復雜減振裝置。

權利要求書

權利要求書
1.  一種微型斜面減振器,包括外筒、作動件、導向滾輪、滾輪軸、滾子、滾軸,其特征在于,所述作動件裝嵌于所述外筒內;作動件上部和下部所設的空腔中均設有所述滾輪軸,滾輪軸上裝有所述導向滾輪;所述滾軸的兩端分別連接于所述外筒兩側,而所述滾子則套接于所述滾軸;作動件兩側的中部沿縱向均開有V形槽,其中一側的V形槽主要由縱向的上下兩段斜面以及這兩段斜面交匯處光滑過渡的圓角構成,所述兩段斜面均與縱向成一定夾角,且兩個夾角角度相同;作動件在圓角處橫向尺寸最小。

2.  根據權利要求1所述的微型斜面減振器,其特征在于,所述導向滾輪呈兩端直徑大于中間直徑的腰鼓形狀。

3.  根據權利要求1所述的微型斜面減振器,其特征在于,所述外筒包括前壁、后壁和底壁三面筒璧,其相對的前壁和后壁均設有縱向導軌,設于所述作動件上部和下部所設空腔中的導向滾輪可沿所述縱向導軌縱向運動;其中所述后壁上設有彈性擋片或擰成多股的細金屬絲,而前壁上設有與所述滾子相匹配的容腔。

4.  根據權利要求1或3所述的微型斜面減振器,其特征在于,所述外筒前壁的兩側通過沉頭螺釘裝配有滑槽件,所述滾軸的兩端分別可作相對運動地連接在所述滑槽件上設置的橫向通槽中。

5.  根據權利要求1所述的微型斜面減振器,其特征在于,所述外筒的兩側分別設有至少一根拉簧,所述拉簧的兩端均帶有拉鉤,其中一端的拉鉤套接在外筒后壁所設的圓形通孔上,另一端的拉鉤勾接在裝有滾子的滾軸上,通過拉簧的彈力使得滾子始終與作動件一側所 設的主要由縱向上下兩段斜面以及這兩段斜面交匯處光滑過渡的圓角構成的V形槽的斜面相接觸。

說明書

說明書一種微型斜面減振器
技術領域
本發明涉及減振領域,具體涉及一種微型斜面減振器,應用于空間較為局限、并且要求低頻減振和抗沖擊的場合,可應用在晶振、小型電子設備、玩具等具體領域。
背景技術
小型電子設備、機載或彈載晶振等小型裝置需要在較為局限的空間內實現減振,從而抑制由于基體的振動對于電子裝置輸出電信號特性的不利影響。而現有的減振裝置一般適用于中大型的結構,如精密儀器、汽車、工程機械等領域所應用的減振器,而應用于小微型結構的減振器,尤其是晶振等電子裝置領域的減振器一般采用橡膠、鋼絲繩和彈性元件進行減振,但在十分有限的空間中對于重量很輕的減振對象,在受到低頻振動時通常都無法起到減振效果。
發明內容
針對現有技術的不足,本發明旨在提供一種微型斜面減振器,通過利用斜面原理設計一種套筒結構的減振器,具有微小的結構和很低的剛度,從而能夠在小空間內實現低頻減振功能。
為了實現上述目的,本發明采用如下技術方案:
一種微型斜面減振器,包括外筒、作動件、導向滾輪、滾輪軸、 滾子、滾軸,其特征在于,所述作動件裝嵌于所述外筒內;作動件上部和下部所設的空腔中均設有所述滾輪軸,滾輪軸上裝有所述導向滾輪;所述滾軸的兩端分別連接于所述外筒兩側,而所述滾子則套接于所述滾軸;作動件兩側的中部沿縱向均開有V形槽,其中一側的V形槽主要由縱向的上下兩段斜面以及這兩段斜面交匯處光滑過渡的圓角構成,所述兩段斜面均與縱向成一定夾角,且兩個夾角角度相同;作動件在圓角處橫向尺寸最小。
需要說明的是,作動件其中一側所設V形槽的兩段斜面的相對長度以及圓角在兩段斜面上的相對位置取決于裝上減振對象之后減振器的靜態變形量,因此要根據減振對象的重量來確定。
需要進一步說明的是,所述導向滾輪呈兩端直徑大于中間直徑的腰鼓形狀。
需要說明的是,所述外筒包括前壁、后壁和底壁三面筒壁,其相對的前壁和后壁均設有起定位和導向作用的縱向導軌,用以約束裝在作動件上部和下部所設空腔中的導向滾輪,使其可沿所述縱向導軌縱向運動;所述后壁上設有彈性擋片或擰成多股的細金屬絲,而前壁上設有與所述滾子相匹配的容腔。
需要進一步說明的是,所述前壁的兩邊外緣通過沉頭螺釘裝配有滑槽件,所述滾軸的兩端分別可作相對運動地連接在所述滑槽件上設置的橫向通槽中。
需要說明的是,所述外筒的兩側分別設有至少一根拉簧,所述拉簧的兩端均帶有拉鉤,其中一端的拉鉤套接在外筒后壁所設的圓形通 孔上,另一端的拉鉤勾接在裝有滾子的滾軸上,通過拉簧的彈力使得滾子始終與作動件一側所設的主要由縱向上下兩段斜面以及這兩段斜面交匯處光滑過渡的圓角構成的V形槽的斜面相接觸。
本發明的有益效果在于:
1、本發明根據斜面原理在作動件兩側分別設置沿縱向的V形槽,其中始終與滾子相接觸的V形槽主要由上下兩段與縱向成一定夾角的斜面組成,使得減振器在其縱向的剛度值大為減小,約為拉簧剛度值的1/cot2θ(其中θ是V形槽斜面與作動件縱向之間的夾角;如果θ=11°,那么減振器在縱向的剛度約為拉簧剛度值的1/25),從而減振系統能達到很低的固有頻率,實現對更低頻激勵的隔振;
2、斜面的傾角可以和兩段斜面的長度可以根據具體的減振對象和減振參數進行設計,從而可以滿足對一定范圍內不同剛度值的設計需要,和對于不同振幅的設計需要,從而可以使得設計具有較大的選擇性和靈活性;
3、利用斜面使得減振器剛度大幅降低的同時實現了微小型化的結構設計,使得整個結構能夠應用于減振空間較小的裝置中;
4、利用外筒內壁縱向導軌的定位和導向作用,使得作動件能通過中凹的腰鼓形導向滾輪實現在縱向穩定可靠的往復運動;
5、通過外筒上裝設彈性擋片或者可通過旋擰股數來調節剛度的環形細金屬絲實現對沖擊作用的柔性緩沖。
附圖說明
圖1為本發明的爆炸示意圖;
圖2a和圖2b為圖1中所述外筒的結構示意圖;
圖3a和圖3b為圖1中作動件的結構示意圖;
圖4為圖1中各零件的裝配過程示意圖;
圖5為圖1中各零件裝配完成示意圖;
圖6為實施例的整體減振結構示意圖;
圖7a和圖7b是實施例中單個減振器的剛度分析圖解。
具體實施方式
以下將結合附圖對本發明作進一步的描述,需要說明的是,本實施例以本技術方案為前提,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發明的保護范圍并不限于本實施例。
圖中各標號所代表的零件如下:
1、外筒;2、導向滾輪;3、作動件;4、滾輪軸;5、拉簧;6、滾子;7、滾軸;8、彈性擋片;9、滑槽件;10、沉頭螺釘;11、微型斜面減振器;12、減振對象;13、振動基礎;14、上斜面;15、下斜面;16、縱向導軌;17、容腔;18、圓形通孔。
如圖1-圖6所示,四個導向滾輪2分別同軸裝配在與作動件3固連的四個滾輪軸4上,四個導向滾輪2兩兩一對分別配置于作動件3上部和下部所設的空腔中;拉簧5的一端拉鉤穿過外筒1后壁所設的圓形通孔18,另一端拉鉤則勾接于滾軸7;滾子6同軸裝在滾軸7 上;兩個滑槽件9分別通過沉頭螺釘10固連在外筒1前壁的兩側;滾軸7兩端分別穿過兩個滑槽件9的橫向通槽,通過橫向通槽對其進行支撐并約束其運動。所述外筒1包括前壁、后壁和底壁三面筒壁,作動件3通過腰鼓形的導向滾輪2裝在外筒1前壁和后壁的縱向導軌16上。所述后壁上設有彈性擋片8或擰成多股的細金屬絲以實現對沖擊作用的柔性緩沖,而前壁上設有與所述滾子相匹配的容腔17。
作動件3的兩側在中部均開有沿縱向的V形槽,其中一側的V形槽主要由縱向的上斜面14和下斜面15兩段斜面以及這兩段斜面交匯處光滑過渡的圓角構成,所述兩段斜面均與縱向成一定夾角,且兩個夾角角度相同。作動件在圓角處橫向尺寸最小斜面的傾角和兩段斜面的長度可以根據具體的減振對象和減振參數進行設計。
具體安裝的步驟為:
S1、先將滾輪軸4分別穿過導向滾輪2,再將其分別穿過作動件3上下兩端的四個通孔,在通孔兩端用金屬粘接劑對滾輪軸4兩端進行定位,使其不沿著軸向滑脫出來;
S2、將四個彈性擋片8或者環形擰股的細金屬絲套裝在外筒1的后壁上;將一個滑槽件9通過沉頭螺釘10固連在外筒1的一側上;
S3、將導向滾輪2的中間凹處與外筒1前壁和后壁所設的縱向導軌16對齊,然后將作動件沿縱向裝入外筒1中;
S4、如圖4所示,將滾子6和兩個拉簧5置于作動件3所設V形槽的斜面的適當位置,并將滾軸7的一端依次穿過已裝在外筒1一側處的滑槽件9的橫向通槽、拉簧5的拉鉤、滾子6的中心孔和另一個 拉簧5的拉鉤;
S5、最后在外筒1的另一側將滑槽件9的橫向通槽穿過滾軸并用沉頭螺釘10將滑槽件9與外筒1相固連。完成裝配的視圖如圖5所示。
需要說明的是,圖中所示的滾軸7兩端均帶有鼓起的結構,這起到了限位作用從而避免滾軸7從滑槽件9的兩側脫出。為了能夠實現如上所述的裝配過程,只在滾軸7的一端加工出鼓起的結構,待裝配完成后再在滾軸7的另一端通過熔融或固接鼓頭等方式制出限位結構即可。
本發明的微型斜面減振器的工作原理在于:滾軸上同軸裝有與之間隙配合的滾子,當作動件沿縱向相對于外筒做往復運動的時候,作動件上一側所設V形槽的斜面由于拉簧的拉力作用而始終與滾子相接觸。由于兩段斜面相接的圓角處是作動件橫向尺寸最小的位置,所以從滾子與作動件的圓角位置相接觸起,作動件相對于外筒或滾子向兩端運動的時候斜面會對滾子產生外擴力,從而通過滾軸將拉簧進一步拉長,當作動件作回復運動的時候,拉簧會通過滾軸帶動滾子產生收緊力作用于作動件的斜面從而提供分解到縱向的回復力。所述彈性擋片或細金屬絲提供作動件在縱向往復運動過程中超過設計振動范圍時的抗沖擊緩沖作用。通過作動件兩側的下邊緣與之相接觸并逐漸壓縮繃緊而實現柔性抗沖擊。
以下將針對某個質量m約為80g的小型減振對象進行進一步的說明,并且此減振對象只在豎直方向受到基座振動的影響,所設計的整 個減振系統豎直方向的固有頻率要求在10Hz左右。
如圖6所示,將四套微型斜面減振器11作為四個支腿布置在減振對象12的四角,作動件的上端與減振對象相固連,外筒的下端與振動基礎13相固連。
為實現上面的設計要求,減振器中所使用的拉簧可選取國標GB/T 1973.2-2005中型號為LB 0.35×2.5×7.5×7.5GB/T 1932.2-S的拉簧,其剛度為1.104N/mm。所設計的作動件兩斜面與縱向的夾角均為11度,則由于主要零件之間相對運動是滾動,在忽略較小的摩擦力的情況下可由圖7a和圖7b中所示的力平衡以及位移關系來估算單個微型斜面減振器的剛度值,圖7a中,Fn1、Fn2分別為位于作動件3上部的兩個導向滾輪2分別沿外筒1前壁和后壁所設縱向導軌16運動時受到的縱向導軌施加的力,Fn3、Fn4則分別為位于作動件3下部的兩個導向滾輪2分別沿外筒1后壁和前壁所設縱向導軌16運動時受到的縱向導軌施加的力;Fn為滾子沿著作動件1一側V形槽的上斜面14和下斜面15滾動時,受到的斜面所施加的力。
由Kd=F/Δud、Δud=Δut×(cot11°)、Δut=F·cot11°/kt三式可得到Kd=(tan11°)2·kt。其中F是為推導剛度而假設施加在作動件上沿縱向的力;Kd是微型斜面減振器的縱向剛度,kt是拉簧的剛度;Δud與Δut分別是作動件的縱向位移與相對應的拉簧伸縮量。由于微型斜面減振器兩側各有一個拉簧,兩個拉簧是并聯關系,因此kt=2×1.104N/mm=2.208N/mm,故可得到單個微型斜面減振器的縱向剛度的估算值約為Kd=0.0834N/mm;對于圖6的示例結構,豎直方向由四 個并聯的微型斜面減振器支撐,因此整個減振結構在豎直方向的剛度為Kv=4Kd=0.3336N/mm。由單自由度振動固有頻率公式可得整個減振結構的固有頻率(其中m是前面所述的減振對象的質量,其值為80g),因此滿足了設計所要求的10Hz左右的固有頻率。
對于本領域的技術人員來說,可以根據以上的技術方案和構思,作出各種相應的改變和變形,而所有的這些改變和變形都應該包括在本發明權利要求的保護范圍之內。

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