载荷部振冲隔离器的制作方法

本发明整体涉及一种用于相对于支撑结构支撑航空航天载荷部(payload)的支架，更加特别地涉及一种载荷部振冲隔离器。

背景技术：

将载荷部与支撑结构或车辆的振冲负荷隔离开或者相反地将结构或车辆与振动引发载荷部隔离开是航空航天工业所关注的问题。

题目为“低廓形的多轴高度被动阻尼的隔振支座(low-profile,multi-axis,highlypassivelydamped,vibrationisolationmount)”的序列号为7,249,756的美国专利涉及一种低廓形的多轴被动阻尼隔振支座，其适于用于保护硬件和载荷部(特别地在航天器发射系统中发现的极值负荷)免受损坏性振冲负荷。

题目为“三轴六自由度的整体航空器被动隔振系统(three-axis，sixdegree-of-freedom，whole-spacecraftpassivevibrationisolationsystem)”的序列号为6,290,183的美国专利涉及一种被动三轴隔振装置，其适于产生一种六自由度的整体航空器被动隔振系统。

题目为“用于航空器的被动多轴高阻尼的隔振支座(passive，multi-axis，highlydamped,shockisolationmountforspacecraft)”的序列号为6,202,961的美国专利涉及一种被动的多轴高阻尼冲击载荷隔离支座，其特别地用作航天器的针对其发射车辆或发射车辆适配器结构的一件式支座，并且针对轴向负荷和侧向负荷二者减小了从支撑底部或支撑结构传递到载荷部的冲击载荷转移。序列号为7,249,756的美国专利、序列号为6,290,183美国专利和序列号为6,202,961美国专利的全部内容以引用方式并入本申请。

题目为“弹性体组合振冲隔离器(elastomericcombinationshockandvibrationisolator)”的序列号为3,721,417的美国专利涉及一种能够隔离冲击和振动的弹性体支座，所述弹性体支座包括细长弹性体管状屈曲柱，所述细长弹性体管状屈曲柱具有适于连接到支撑结构的一个端部。

题目为“用于支撑和固定飞机引擎或风机壳体上的设备器件的装置(deviceforsupportingandsecuringapieceofequipmentonanaircraftengineornacellecase)”的序列号为8,882,450的美国专利涉及一种减震器，所述减震器包括：第一部分，所述第一部分固定到壳体；和同轴的第二部分，所述第二部分刚性连接到设备器件；和安全构件，所述安全构件构造成在阻尼器发生故障或断裂的情况中将阻尼器保持在位。

技术实现要素：

用括号提及所公开的实施例的对应零件、部分或表面仅仅为了解释而非限制，提供了一种振冲隔离器(15)，所述振冲隔离器构造成在支撑结构(18)和载荷部(16)之间起作用，所述振冲隔离器包括：壳体(19)，所述壳体能够固定到支撑结构，并且具有刚性基部部分(20)、刚性顶部部分(22)和刚性侧部部分(21)；刚性移动件(23)，所述刚性移动件(traveler)围绕纵向轴线(x-x)定向；所述刚性移动件布置在壳体中并且构造成相对于壳体的刚性基部部分轴向和径向移动；刚性移动件具有连接部分(24)和径向延伸转移部分(25)，所述连接部分能够附接到载荷部；上非刚性柔顺元件(26)，所述上非刚性柔顺元件轴向布置在壳体的顶部部分和刚性移动件的径向延伸转移部分之间；下非刚性柔顺元件(28)，所述下非刚性柔顺元件轴向布置在壳体的基部部分和刚性移动件的径向延伸转移部分之间；上非刚性柔顺元件和下非刚性柔顺元件操作地构造并且布置成选择性地将载荷部的轴向运动与支撑结构的轴向运动断开联系；和径向非刚性柔顺元件(29)，所述径向非刚性柔顺元件径向布置在壳体的侧部部分和刚性移动件之间，并且可操作地构造并且布置成选择性地将载荷部的径向运动和支撑结构径向运动断开联系。

上非刚性柔顺元件可以包括上弹簧，而下非刚性柔顺元件可以包括下弹簧。上弹簧和下弹簧可以各自包括波形弹簧或盘簧。移动件的径向延伸转移部分可以包括：环形上座部(30)，所述环形上座部保持上弹簧的第一端部；和环形下座部(31)，所述环形下座部保持下弹簧的第一端部。上非刚性柔顺元件和下非刚性柔顺元件可以各自包括屈曲件或可弹性变形元件。径向非刚性柔顺元件可以包括可弹性变形的元件，并且可弹性变形的元件可以包括弹性体o形圈。上非刚性柔顺元件和下非刚性柔顺元件可以操作地构造并且布置成选择性地将载荷部的径向运动与支撑结构的径向运动断开联系。径向非刚性柔顺元件可以构造并且布置成选择性地将载荷部的轴向运动与支撑结构的轴向运动断开联系。隔离器还可以包括紧固件(32)，所述紧固件构造并且布置成将壳体的基部部分刚性附接到支撑结构，并且紧固件可以包括螺钉。壳体可以经由粘合剂或焊接固定到支撑结构，并且移动件的连接部分可以经由粘合剂或焊接附接到载荷部。移动件的连接部分可以包括带螺纹的开口(33)，所述带螺纹的开口构造成接收对应的螺栓(34)。移动件的径向延伸转移部分可以包括环形凸缘。移动件的径向延伸部分的环形凸缘可以包括环形槽(35)，并且径向非刚性柔顺元件可以包括弹性体o形圈，所述弹性体o形圈布置在移动件的环形槽中。

在另一个方面中，提供了一种振冲隔离器，所述振冲隔离器构造成在支撑结构和载荷部之间起作用，所述振冲隔离器包括：壳体，所述壳体能够固定到支撑结构，并且具有刚性基部部分、刚性顶部部分和刚性侧部部分；刚性移动件，所述刚性移动件布置在壳体中并且构造成相对于壳体的支撑结构的刚性基部部分轴向和径向移动；刚性移动件具有连接部分和径向延伸转移部分，所述连接部分能够附接到载荷部；上非刚性柔顺元件，所述上非刚性柔顺元件轴向布置在壳体的顶部部分和刚性移动件的径向延伸转移部分之间；下非刚性柔顺元件，所述下非刚性柔顺元件轴向布置在壳体的基部部分和刚性移动件的径向延伸转移部分之间；并且上非刚性柔顺元件和下非刚性柔顺元件操作地构造并且布置成选择性地将载荷部的轴向运动与支撑结构的轴向运动断开联系。隔离器还可以包括径向非刚性柔顺元件，所述径向非刚性柔顺元件径向布置在壳体的侧部部分和移动件之间，并且操作地构造并且布置成将载荷部的径向运动与支撑结构的径向运动断开联系。

附图说明

图1是在支撑结构和载荷部之间起作用的改进的振冲隔离器的实施例的侧立面图；

图2是图1中示出的改进系统的俯视平面图；

图3是图2中示出的改进系统大致沿着图2的线b-b获得的竖向截面图；

图4是图3中示出的壳体的顶部部分的放大截面图；

图5是图3中示出的移动件的放大截面图；

图6是图3中示出的壳体的基部部分和侧部部分的放大截面图。

具体实施方式

开始，应当清晰理解的是，在若干附图中，相同的附图标记旨在一致地表示相同的结构元件、部分或表面，这些结构元件、部分或表面还可以由整个书面说明书进行描述或解释，本详细描述为所述整个书面说明书的一体部分。除非另有说明，否则附图旨在连同说明书一起被解读(例如，双向影线、零件的布置、比例、程度等)并且被视为本发明的整个书面说明书的一部分。如在以下描述中使用的，在读者面向特定附图时，术语“水平”、“竖直”、“左”、“右”、“上”和“下”以及其形容词和副词变体(例如，“水平地”、“向右地”、“向上地”等)仅仅指所示出结构的方向。类似地，术语“向内地”和“向外地”通常适当地指的是表面相对于其细长轴线或旋转轴线的方向。

现在参照附图并且更加特别地参照图1至图3，提供了一种改进的振冲隔离器，所述振冲隔离器的一个实施例整体用15表示。如图所示，隔离器15在支撑结构18和载荷部16之间起作用，而且通常包括壳体19、布置在壳体19内的移动件23、作用在移动件23和壳体19之间的上波形弹簧26、作用在移动件23和壳体19之间的下波形弹簧28和作用在移动件23和壳体19之间的o形圈29。

如图1和图3所示，螺栓34延伸通过载荷部16中的开口74并且具有外螺纹端部，所述外螺纹端部与移动件23的连接部分24中的内螺纹开口33螺纹接合，所述螺栓34将载荷部16刚性连接到移动件23。沉头螺钉32延伸通过壳体19的基部部分20中的开口36并且具有外螺纹端部，所述外螺纹端部与支撑结构18中的内螺纹开口38螺纹接合，所述沉头螺钉32将壳体19刚性连接到支撑结构18。尽管移动件23和壳体28显示为分别经由螺纹固定件和连接件连接到载荷部16和支撑结构18，但是可以设想的是可以使用其它类型的刚性连接件。例如而不限于，作为替代方案，可以采用粘合剂、焊接、定位环、销、压接和其它机构，其分别允许移动件23被固定连接并且随着载荷部16的径向或侧向和轴向移动而径向或侧向和轴向移动，并且允许壳体19被固定连接并且随着支撑结构18的径向或侧向和轴向移动而径向或侧向和轴向移动。

移动件23和壳体19之间的上弹簧26、下弹簧28和o形圈29将载荷部16的相对于纵向轴线x-x的轴向和径向或侧向运动与支撑结构18的轴向和径向或侧向运动断开联系。

如图4和6所示，壳体19通常包括水平的环形基部部分20、竖直的圆筒形侧壁21和水平的环形顶部部分或盖22。参照图4，壳体19的盖22具体地构造成大体环状结构，所述大体环状结构沿着轴线x-x是细长的并且大体由面朝外的竖直圆柱形表面52、面朝下的水平环形表面53、面向内的竖直圆柱形表面54和面向上的水平环形表面55界定，面向上的水平环形表面55在其外边沿端部处连结到表面52的上边沿端部。如图所示，表面54大致限定了轴向通孔或孔口58。各自用56表示的沉头孔设置在盖22中的表面55和53之间，以接收螺钉，用于将盖22附接到壳体19的侧壁21。

参照图6，壳体19的底部部分20和侧部部分21包括具体构造成的大体实心构件，所述大体实心构件沿着轴线x-x是细长的，并且由面朝外的竖直圆柱形表面41、面朝下的水平环形表面42、面向内的竖直圆柱形表面43和面向上且面向内的截头圆锥形表面44、面向上的水平环形表面45、面向外的竖直圆柱形表面46、面向上的水平环形表面47、面向内的圆柱形表面48和面向上的水平环形表面49界定，所述面向上的水平环形表面49在其外边沿端部处连结到表面41的上边沿端部。如图所示，壳体19的侧壁21包括各自用51示出的多个内螺纹孔，所述多个内螺纹孔构造成接收附接盖22的螺钉。在这个实施例中，六个沿着圆周间隔开的螺纹螺孔51设置在壳体19的侧壁21中并且六个对应的沉头孔56设置在壳体19的盖22中，以将盖22附接到壳体19的侧壁21。尽管盖22显示为经由螺纹连接件连接到侧壁21，但是可设想的是可以使用其它类型的连接件。例如而不限于，作为替代方案，可以采用粘合剂、焊接、定位环、销、压接和其它机构，其允许盖22被固定连接到壳体19的侧壁21。如图所示，表面43和44大致限定了接收螺钉32的轴向沉头钻孔或孔36，用于将壳体19附接到结构18。

参照图5，移动件23大致是具体构造的圆柱形实心构件，所述圆柱形实心构件沿着轴线x-x是细长的，并且大体由面朝外的竖直圆柱形表面60、面朝上的水平环形表面61、面向内的竖直圆柱形表面62和面向上的水平环形表面63、面向外的竖直圆柱形表面64、面向下的水平环形表面65、面向外的竖直圆柱形表面66、面向上的水平环形表面67、面向外的竖直圆柱形表面68、面向下的水平环形表面69、面向内的竖直圆柱形表面70、面向下的水平环形表面71、面向内的竖直圆柱形表面72和面向上的水平环形表面73界定，所述面向上的水平环形表面73在其外边沿端部处连结到表面60的上边沿端部。

表面72具有螺纹并且大体限定了开口33，所述开口33以螺纹接合的方式接收载荷部螺栓34，以便将载荷部16刚性连接到移动件23。移动件23的表面60的一部分和表面61和62大致限定了保持上弹簧26的下端部的环形上座部30。类似地，移动件23的表面70和71限定了保持弹簧28的上端部的环形下座部31。移动件23的表面65、66和67限定了保持o形圈29的环形槽35。在这个实施例中，表面60和表面72的上部部分大体限定了移动件23的连接部分24，移动件23凭借所述连接部分24附连到载荷部16。在这个实施例中，表面61至71限定了移动件23的径向延伸凸缘25，所述径向延伸凸缘25支撑上弹簧26、下弹簧28和o形圈29。

如图3所示，载荷部16通过螺栓34固定连接到移动件23。螺栓34插入到通孔74中，使得螺栓34的六角头75抵靠阶梯部76并且螺栓34的螺纹端部从钻孔74的底部开口伸出并且接合移动件23的内螺纹开口33。螺栓34旋转，直到移动件23的上表面73抵接并且被牢固地保持在载荷部16的底部表面上，如图3所示。

沉头螺钉32将壳体19固定连接到支撑结构18。螺钉32插入到壳体19的底部部分20中的沉头孔36中并且螺钉32的螺纹端部从沉头孔36的底部开口突出并且接合支撑结构18的内螺纹开口38。螺钉32旋转，直到壳体19的底部部分20的底部表面42抵接并且被牢固保持在支撑结构18的顶部表面上，如图3所示。

在这个实施例中，上弹簧26和下弹簧28是围绕轴线x-x定向的钢波形弹簧。如图3所示，波形弹簧26在壳体19的盖22的内表面53的环形部分和移动件23的径向凸缘部分25中的环形上座部30之间起作用并且轴向位于其间。类似地，下波形弹簧28在移动件23的径向凸缘部分25中的环形下座部31和壳体19的底部部分20的环形表面47的一部分之间起作用并且轴向位于其间。在这个实施例中，上弹簧26和下弹簧28都被预加载，以分别向下和向上偏压移动件23。相对的弹簧抵抗作用在移动件23上的偏压，使得移动件23在没有施加振动或冲击负荷时返回到中立位置。因此，上弹簧26在其底端处由上座部30围绕轴线x-x径向保持，并且在这个实施例中被轴向直接压缩在壳体的盖22和移动件23的上座部30之间。下弹簧28在其顶端处由移动件23中的下座部31围绕轴线x-x径向保持，并且被轴向直接压缩在移动件23的下座部31和壳体19的壳体底部20之间。弹簧26和28提供了抵抗移动件23相对于壳体19的轴向运动的可变阻力以及抵抗移动件23相对于壳体19的径向运动的可变阻力。弹簧26和28的匝数和波形可易于调节，以容纳更大的力或满足期望的操作要求。

在这个实施例中，o形圈29是围绕轴线x-x定向的弹性体可变形材料。如图3所示，o形圈29作用在壳体19的侧壁21的内表面48的圆筒形部分和移动件23的径向凸缘部分25中的外环形槽35之间。o形圈提供了抵抗移动件23相对于壳体19的径向运动的可变阻力以及移动件23相对于壳体19的轴向运动的摩擦阻力。

因此，移动件23和壳体19之间的上弹簧26和下弹簧28相对于纵向轴线x-x对载荷部16的轴向运动和径向运动与支撑结构18的轴向运动和径向运动断开联系。移动件23和壳体19之间的o形圈29相对于纵向轴线x-x对载荷部16的轴向运动和径向运动与支撑结构18的轴向运动和径向运动断开联系。移动件23上方的波形弹簧26和下方的波形弹簧28产生了针对负荷路径的轴向依从性。围绕移动件23的圆周的o形圈29产生了侧向或径向依从性而且还影响轴向依从性。这些元件包含在壳体19内，所述壳体19安装到支撑结构18。隔离器15的各部件的相对尺寸可以设定适当的尺寸，以向柔顺元件26、28和29提供适当的预加载，从而实现隔离器15的期望动态特征。然而，波形弹簧通常用于施加压缩负荷，而o形圈通常用于密封流体，但是在这个实施例中，以新型方式使用这些元件，以产生向载荷部16提供隔离的依从性负荷路径。

尽管已经示出并且描述了波形弹簧和弹性体o形圈，但是可以使用其它形式的依从性。例如但不限于，替代波形弹簧的是，可以使用盘簧或屈曲部，并且替代o形圈的是，可以使用径向弹簧或屈曲部。壳体的几何结构还可以改变成将本发明纳入到更大的系统或更小的系统或提供增大的运动范围。

隔离器15提供了多种意料不到的益处。隔离器15具有有限数量的元件并且提供了用于调节轴向、径向和翻转-倾斜刚度的有效且具有成本效益的手段。隔离器15提供了增强的性能与成本，尤其是对于航空航天系统而言。隔离器15是模块装置，所述模块装置具有针对不同应用而言易于调整的参数和针对不同环境的各种材料选择。隔离器15提供了机械隔离并且不需要密封流体和预加载阀组件。隔离器15经由o形圈提供了混合弹性体-摩擦阻尼方法以及经由o形圈和波形弹簧提供了波形弹簧和混合弹性体-金属刚度方法。

尽管已经示出和描述了改进隔离器的目前优选形式及论述了其若干修改方案，但是本领域技术人员将易于意识到的是可以在不背离如由权利要求限定和区分的本发明的范围的前提下进行各种其它改变和修改。