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基于形狀記憶合金彈簧的超低頻液壓隔振裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510311826.4

申請日:

2015.06.10

公開號:

CN105065560A

公開日:

2015.11.18

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 13/00申請日:20150610|||公開
IPC分類號: F16F13/00 主分類號: F16F13/00
申請人: 浙江大學
發明人: 王林翔; 吳庭; 張誠; 陳惟峰
地址: 310058浙江省杭州市西湖區余杭塘路866號
優先權:
專利代理機構: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100 代理人: 王佳健
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510311826.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于形狀記憶合金彈簧的超低頻液壓隔振裝置。該隔振裝置主要由油箱、橡膠托體、活動側板、活塞、活塞桿、安裝臺面、導向套、普通彈簧、形狀記憶合金彈簧、密封圈等部件組成。本發明提出的超低頻液壓隔振裝置,采用形狀記憶合金彈簧作為彈性元件,通過對形狀記憶合金的預處理,使其工作在超彈性工作區間。在此超彈性工作區間,形狀記憶合金彈簧較大的變形只會引起微小的恢復力,因此形狀記憶彈簧可以取得超低動剛度。以形狀記憶合金彈簧為彈性元件的差動式液壓裝置,可以有效的隔離超低頻振動。

權利要求書

1.基于形狀記憶合金彈簧的超低頻液壓隔振裝置,主要由油箱、橡膠托體、活動板、活塞、活塞桿、安裝臺面、導向套、普通彈簧、形狀記憶合金彈簧、密封圈組成,其特征在于:所述油箱箱體內壁兩側各設一塊活動板,活動板與箱體形成密封腔,內部為空氣;所述箱體壁面與活動板之間采用一根普通彈簧連接;所述油箱底部安裝有空心彈性橡膠托體,橡膠托體內部充滿空氣;所述橡膠托體的橡膠層中嵌有彈性鋼絲網,使其兼具彈性與支撐性能;所述橡膠托體上開有導油槽,當通過注油口給油箱充滿高壓油后,高壓油能進入活塞下表面,從而使得活塞與橡膠托體分離,懸置于液壓油中;所述油箱箱體上板中心開有圓孔,圓孔與導向套配合,活塞桿穿過導向套,上端與安裝臺面連接,下端與活塞連接;導向套與活塞桿接觸部分利用密封圈密封;所述活塞上開有若干阻尼孔,用以調節整體的阻尼特性;所述導向套上端面與安裝臺面之間安裝有形狀記憶合金彈簧,導向套下端與活塞之間也設置形狀記憶合金彈簧;所述的形狀記憶合金彈簧工作在超彈性工作區。

說明書

基于形狀記憶合金彈簧的超低頻液壓隔振裝置

技術領域

本發明涉及一種超低頻隔振裝置,更準確地說,是涉及一種結合形狀記憶合金彈簧超彈性效應與低頻液壓隔振技術的超低頻液壓隔振裝置。

背景技術

作為船舶、車輛以及工程機械等設備的重要組成部分之一,隔振裝置能有效地隔離機械設備上發動機產生的振動,減少振動噪聲對發動機本身以及周邊儀表器械產生的有害影響。

當前,大多數車輛與船舶發動機均采用橡膠懸置或者普通液壓懸置隔振。橡膠隔振裝置通過橡膠分子之間的內摩擦作用來衰減振動,因其結構簡單、可靠性高且便于維修等優點,目前仍廣泛應用于對振動性能要求較低的車輛及其它工程設備上。然而,普通應用場合的發動機工作頻帶較寬(10~500Hz),橡膠隔振裝置無法滿足對低頻振動的隔振要求。普通液壓隔振器具有低頻高阻尼和高頻低剛度的特點,可以滿足普通車輛發動機的隔振要求,然而對于軍用艦船發動機這類超低頻振源卻束手無策。

軍用艦船發動機運轉所產生的振動會對艦載聲吶等精密儀器設備產生干擾,還會增大艦船特別是潛艇的水下噪聲輻射,降低艦艇在水下的聲隱身效果。隨著軍事科技的發展,艦船對戰斗要求不斷提高,發動機正逐漸向超低轉速方向發展。當前最先進潛艇發動機轉速已降低至250rpm左右,低轉速動力設備必然帶來低頻甚至是超低頻振動噪聲。而眾所周知,相比于高頻振動噪聲而言,低頻甚至是超低頻振動噪聲處理更加困難,因為這在技術上要求隔振裝置本身須具有低頻或者超低頻固有頻率,同時還要實現對振源的有效支撐,現有的隔振技術難以實現這二者之間的平衡。

傳統的橡膠隔振裝置與液壓隔振裝置因彈性元件剛度較大,相應的高固有頻率決定了其難以達到超低頻隔振的要求。近年來,隨著智能材料技術的不斷發展,人們開始將一些具有特殊性質的智能材料應用于隔振減振裝置中。

其中利用形狀記憶合金超彈性效應進行隔振就是一種極具前景的隔振方法。形狀記憶合金具有形狀記憶效應、超彈性效應等特點,通過改變材料內部的溫度和應力進而控制形狀記憶合金材料內部的馬氏體相變過程,實現材料在宏觀上的這些特殊性能。由于形狀記憶合金具有超彈性效應,因此,基于形狀記憶合金制成的彈簧在特定工作區間可以取得超低動態剛度(或接近零剛度)的效果。用形狀記憶合金彈簧代替傳統隔振裝置中的彈性元件,可以大大降低減振裝置的動剛度,使得系統的固有頻率接近于零,從而對超低頻振動取得良好的隔振效果。

發明內容

本發明針對現有隔振技術的不足,提出了一種基于形狀記憶合金彈簧超彈性效應的新型超低頻液壓隔振裝置。本發明提出的超低頻液壓隔振裝置,采用形狀記憶合金彈簧作為彈性元件,通過對形狀記憶合金的預處理,使其工作在超彈性工作區間。在此超彈性工作區間,形狀記憶合金彈簧較大的變形只會引起微小的恢復力,因此形狀記憶合金彈簧可以取得超低動剛度。以形狀記憶合金彈簧為彈性元件的差動式液壓裝置,可以有效的隔離艦船發動機的低頻振動。

為了實現上述要求,本發明所采取的技術方案是:本發明提出的超低頻液壓隔振裝置主要由油箱、橡膠托體、活動側板、活塞、活塞桿、安裝臺面、導向套、普通彈簧、形狀記憶合金彈簧、密封圈等部件組成。

所述油箱箱體內壁兩側各設一塊活動板,活動板與箱體形成密封腔,內部為空氣。所述箱體壁面與活動板之間采用一根普通彈簧連接。

所述油箱底部安裝有空心彈性橡膠托體,橡膠托體內部充滿空氣。所述橡膠托體的橡膠層中嵌有彈性鋼絲網,使其兼具彈性與支撐性能。此外,所述橡膠托體上開有導油槽,當通過注油口給油箱充滿高壓油后,高壓油能進入活塞下表面,從而使得活塞與橡膠托體分離,懸置于液壓油中。

所述箱體上板中心開有圓孔,圓孔與導向套配合,活塞桿穿過導向套,上端與安裝臺面連接,下端與活塞連接。導向套與活塞桿接觸部分利用密封圈密封。

所述活塞上開有適當大小和個數的阻尼孔,用以調節整體的阻尼特性。

所述導向套上端面與安裝臺面之間安裝有形狀記憶合金彈簧,導向套下端與活塞之間也設置形狀記憶合金彈簧。所述的形狀記憶合金彈簧必須工作在超彈性工作區。

本發明提出的超低頻液壓隔振裝置在非工作狀態時,油箱內部未注油(或者壓力值非常小),活塞桿落在橡膠托體上。由于橡膠托體具有一定剛性,能夠實現對發動機(或其他振源)的支撐。

當隔振裝置處在工作狀態時,通過注油孔向油箱內注入高壓油,高壓油進入活塞下面的導油槽,當活塞底部表面積與上表面之間的壓差產生的推力足夠支撐活塞桿以及安裝臺面上的振源時,活塞脫離彈性橡膠托體。當外部振動激勵引起活塞桿上下振動時,會使得油箱內腔容積發生變化,從而引起油箱內油壓產生變化,但是由于兩側彈簧-活動板的存在,使得活塞桿上下振動產生的壓力波動被彈簧所平衡,進而使得油箱內壓力保持相對恒定,使得裝置整體維持一個相對恒定的較高的靜剛度實現對振源的支撐。

此外,兩個形狀記憶合金彈簧的引入,使得系統獲得了接近于零的動剛度,從而使得整個振動系統獲得了接近于零的固有頻率,進而實現超低頻隔振效果。

由于此液壓隔振裝置采用的形狀記憶合金彈簧工作在超彈性工作區,且箱體內彈簧-活動板結構起到自動穩壓功能,和傳統隔振裝置相比,本液壓隔振裝置具有以下優點:

1.用形狀記憶合金彈簧代替傳統的彈性元件,通過對形狀記憶合金彈簧的預處理使其工作在超彈性區域,在此區域工作的形狀記憶合金彈簧在產生較大的變形時,只會引起微小的恢復力,因此,形狀記憶彈簧可以取得超低的動剛度,使得系統的諧振頻率接近于零。因此,本隔振裝置能有效隔離超低頻振動。

2.本液壓隔振裝置設有自動穩定腔內油壓的彈簧-活動板裝置,當外部振動信號引起活塞上下振動時,油箱內的體積變化可以被彈簧-活動板裝置平衡,從而保持油箱內油壓恒定。

3.由于液壓活塞的有桿面和無桿面存在面積差,在一定油壓的作用下,會產生推力。差動液壓結構與油壓恒定相結合,可以使活塞桿獲得恒定的推力,當提供的推力等于振源物體的重力時,相當于裝置獲得一個較高的靜剛度實現對振源的支撐。

附圖說明

圖1是隔振裝置處于非工作狀態時的示意圖;

圖2是隔振裝置處于工作狀態時的示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖來說明本發明的設計思想。

如圖1所示,本實施例中箱體11內置空心彈性橡膠托體14,橡膠托體14上開有導油槽13,箱體11左右兩側各設置一塊活動板5,活動板5與箱體11內壁間設置彈簧6,箱體11的上蓋板中心開有圓孔,導向套8安裝在圓孔中,通過螺栓與箱體11的上蓋板固聯,活塞桿4穿過導向套8,通過密封件7密封。活塞桿4上端與安裝臺面2通過螺紋連接,下端與活塞12相連。且安裝臺面2與導向套7上端面之間設有形狀記憶合金彈簧3,導向套8下端面與活塞12之間同樣設有形狀記憶合金彈簧9。箱體11還開有注油口10。

超低頻液壓隔振裝置在非工作狀態時,箱體11內部未注油(或者壓力值非常小),活塞12落在橡膠托體14上。由于橡膠托體14具有一定剛性,能夠實現對發動機(或其他振源)的支撐。

當隔振裝置處在工作狀態時,通過注油孔10向箱體11內注入高壓油,高壓油進入活塞12下面的導油槽13,當活塞12底部表面積與上表面之間的壓差產生的推力足夠支撐活塞桿4以及安裝臺面2上的振源1時,活塞12脫離彈性橡膠托體14。當外部振動激勵引起活塞桿4上下振動時,會使得箱體11內腔容積發生變化,當活塞桿4下降時,壓縮內腔液壓油,導致油壓增大,兩側彈簧6-活動板5裝置受壓,活動板5向箱體11內壁方向移動,內腔體積增大,油壓減小恢復到原油壓;當活塞桿4上升時,內腔容積增大,導致腔內油壓減小,兩側彈簧6-活動板5裝置受到的壓力變小,活動板5向中間移動,內腔體積減小,油壓增大恢復到原油壓。上述工作過程使得箱體11內壓力始終保持相對恒定,使得裝置整體維持一個相對恒定的較高的靜剛度實現對振源的支撐。

此外,兩個形狀記憶合金彈簧3與9的引入,使得系統獲得了接近于零的動剛度,從而使得整個振動系統獲得了接近于零的固有頻率,進而實現超低頻隔振效果。

本發明的技術方案不限于上述具體實施例的限制,凡是根據本發明的技術方案做出的技術變形,均落入本發明的保護范圍之內。

關 鍵 詞:
基于 形狀 記憶 合金 彈簧 低頻 液壓 裝置
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