气动准零非线性隔振装置的制作方法

本发明涉及隔振设备领域，具体是一种气动准零非线性隔振装置，满足航空航天、船舶、车辆工程中的重载与低频隔振需求。

背景技术：

在航空、航天与航海等重大工程领域中，振动控制始终是动力学问题中的研究焦点之一，隔振与减振为其重要分支。依据是否消耗额外能源及其能量大小，振动控制技术可分为被动、半主动和主动振动控制三类。由于被动技术不需要外界能源，装置结构较简单，易于实现，经济与可靠性好，在许多场合下隔振、减振效果令人满意，已广泛应用在各工程领域中。但线性隔振理论主要存在一个固有的矛盾：对于线性隔振理论，只有当激振频率和系统固有频率满足时，隔振器才会起隔振作用。而当隔振装置受到随机激励或者冲击激励时，由于这些形式的激励中含有低频成分，因此这些形式的响应可能瞬间会造成隔振装置的局部应力过大，从而导致整个装置的失效，而非线性隔振设计却有可能弥补这些缺陷，因为通过非线性的力-位移弹性特性曲线，可实现在静平衡位置具有小的动态刚度，而在远离平衡位置处，力-位移曲线快速陡增，从而具有大的静态刚度。因此这种在平衡位置处刚度近零的特性被称为准零刚度，准零刚度隔振器是近年来非线性隔振技术的典型代表。现有研究集中于方案的创新性设计，一种常见的实现方法是将负刚度机制系统并联于正刚度系统中，具体又分两种方式，一是利用负刚度机构或负刚度弹簧；二是利用磁引力抵消部分正刚度系统的弹性恢复力；此外，更为直接地，利用特定形状结构(如曲梁)的力-位移的非线性变形关系也可实现高静低动的刚度特性，如弹性曲梁结构，因为梁的屈曲变形亦是一种简捷有效实现高静态低动态刚度的方式。欧拉梁低频隔振器则是以梁的屈曲态为静平衡态，实现了低动态刚度。而目前准零刚度隔振技术主要存在的问题在于承载能力不足、结构稳定性差等，因此尚需进一步完善与改进。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种气动准零非线性隔振装置，具有分段式的高静态低动态非线性刚度，可以同时兼顾重载和低频振动环境的隔振需求，突破线性理论中二者无法兼顾的矛盾，在航空航天，船舶，轨道交通等重型隔振工程领域均有较大的应用价值。

本发明包括由缸体和密封端盖组成的密封容器，密封端盖中央开有通孔，通孔中插入有作动杆；所述的作动杆1外缘上套有波纹管容器，波纹管容器上端口与密封端盖固定，下端口固定有密封端盖，波纹管容器内部为液固混合介质；密封端盖下方固定有倒t型的导向圆台，导向圆台与缸体底部构成活塞结构。活塞结构作用主要是纵向定位，保证作动杆在振动环境下不发生偏斜导致波纹管内部混合介质油液泄露。

进一步改进，所述的缸体内部为充压气体或气液混合物质，气液混合物质为气体和航空液压油按照计算比例混合填充，其中气体体积为缸体内部容积的10％-20％。当缸体内部仅填充一定压力气体时，内导向圆台和缸体底部之间设置有橡胶块，大冲击下，隔振装置被急剧拉伸，在缸体底部设置硫化弹性橡胶块，可以起到限幅缓冲作用。

进一步改进，所述的波纹管内部的液固混合介质中，液体介质为航空液压油，固体介质为波纹管弹性单元体，波纹管弹性单元体为开口两端焊接密封的弹性元件，单元体腔体内部为常压气体。

进一步改进，所述的密封端盖上安装有充气阀。

进一步改进，所述的密封端盖通孔处嵌有尼龙轴套，轴套与作动杆为间隙配合，为了保证作动杆与上端盖通孔在振动环境下的动态密封，轴套与作动杆之间通过第二密封橡胶圈密封。

进一步改进，所述的导向圆台和缸体内壁纸件形成环形间隙，间隙宽度为3-4mm，导向圆台上开有节流阻尼通孔。因为油液流经环形缝隙时形成油液阻尼，所以在圆台处开有节流孔，以减小过大的油液阻尼。

进一步改进，所述的缸体和密封端盖之间通过螺栓固定，为了保证缸体内部气体的密封性，缸体上缘处环开有环形槽，环形槽内设有第一橡胶垫圈。

本发明有益效果在于：

1、具有分段式的高静态低动态非线性刚度，可以同时兼顾重载和低频振动环境的隔振需求，突破线性理论中二者无法兼顾的矛盾。分段高静态低动态非线性刚度的主要实现机理是，利用气体负压提供静载、波纹管结构提供动刚度这一结构上设计巧妙实现高静低动刚度特性，不仅能够有效隔离低频、宽频振动，还具有抗大冲击的性能。

2、单个承载能力可从几十公斤至数十吨，隔振频率可低至0.5hz以下。

3、本发明结构上紧凑、稳定性好，适合于航空航天、船舶、车辆工程中的重载与低频隔振需求。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例2结构示意图。

图3为本发明实施例3结构示意图。

1-作动杆，2-密封端盖，3-充气阀，4-波纹管容器，5-航空液压油，6-弹性单元体，7-密封地板，8-缸体，9-导向圆台，10-橡胶块，11-密封橡胶圈，12-螺栓，13-密封橡胶圈，14-尼龙轴套，15-底端盖，16-内层波纹管，17-中空橡胶球，18-航空液压油，19-尼龙轴套，20-外层波纹管,21-上部安装盘，22-顶端盖，23-连杆，24-底盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明一种具体实施例如图1所示，包括由缸体8和密封端盖2组成的密封容器，密封端盖2中央开有通孔，通孔中插入有作动杆1；所述的作动杆1外缘上套有波纹管容器4，波纹管容器4上端口与密封端盖2固定，下端口固定有密封端盖7，波纹管容器4内部为液固混合介质；密封端盖7下方固定有倒t型的导向圆台9，导向圆台9与缸体8底部构成活塞结构，缸体底部硫化橡胶块10。活塞结构作用主要是纵向定位，保证作动杆在振动环境下不发生偏斜导致波纹管内部混合介质油液泄露。

所述的缸体8内部为充压气体,大冲击下，隔振装置被急剧拉伸，在缸体底部设置硫化弹性橡胶块，可以起到限幅缓冲作用。

所述的波纹管内部的液固混合介质中，液体介质为航空液压油5，固体介质为波纹管弹性单元体6，波纹管弹性单元体6为开口两端焊接密封的弹性元件，单元体腔体内部为常压气体。

所述的密封端盖2上安装有充气阀3。

所述的密封端盖2通孔处嵌有尼龙轴套14，轴套14与作动杆1为间隙配合，为了保证作动杆与上端盖通孔在振动环境下的动态密封，轴套14与作动杆1之间通过第二密封橡胶圈13密封。

所述的导向圆台9和缸体8内壁纸件形成环形间隙，间隙宽度为3-4mm，导向圆台9上开有节流阻尼通孔。因为油液流经环形缝隙时形成油液阻尼，所以在圆台处开有节流孔，以减小过大的油液阻尼。

所述的缸体8和密封端盖2之间通过八个m6螺栓12固定，为了保证缸体8内部气体的密封性，缸体8上缘处环开有环形槽，环形槽内设有第一橡胶垫圈11。

实施例2：

如图2所示，包括由缸体8和密封端盖2组成的密封容器，密封端盖2中央开有通孔，通孔中插入有作动杆1；所述的作动杆1外缘上套有波纹管容器4，波纹管容器4上端口与密封端盖2固定，下端口固定有密封端盖7，波纹管容器4内部为液固混合介质；密封端盖7下方固定有倒t型的导向圆台9，导向圆台9与缸体8底部构成活塞结构。活塞结构作用主要是纵向定位，保证作动杆在振动环境下不发生偏斜导致波纹管内部混合介质油液泄露。

所述的缸体8内部为油气混合介质，具体为气体和航空液压油按照计算比例混合填充，其中气体体积为缸体内部容积的10％-20％。大冲击下，隔振装置被急剧拉伸，气体被迅速压缩，可以起到限幅缓冲作用，

所述的波纹管内部的液固混合介质中，液体介质为航空液压油5，固体介质为波纹管弹性单元体6，波纹管弹性单元体6为开口两端焊接密封的弹性元件，单元体腔体内部为常压气体。

所述的密封端盖2上安装有充气阀3。

所述的密封端盖2通孔处嵌有尼龙轴套14，轴套14与作动杆1为间隙配合，为了保证作动杆与上端盖通孔在振动环境下的动态密封，轴套14与作动杆1之间通过第二密封橡胶圈13密封。

所述的导向圆台9和缸体8内壁纸件形成环形间隙，间隙宽度为3-4mm，导向圆台9上开有节流阻尼通孔。因为油液流经环形缝隙时形成油液阻尼，所以在圆台处开有节流孔，以减小过大的油液阻尼。

所述的缸体8和密封端盖2之间通过八个m6螺栓12固定，为了保证缸体8内部气体的密封性，缸体8上缘处环开有环形槽，环形槽内设有第一橡胶垫圈11。

实施例3：

针对舰载汽轮机等装备所设计了不同结构的气动准零隔振装置，如图3所示，内层波纹管16两端开口分别焊接于顶端盖22和底端盖15，外层波纹管20也是分别焊接于顶端盖22和底端盖15,内层波纹管16和外层波纹管20之间形成密闭腔室，底盘端盖15呈倒t型。

两层波纹管所形成的容器装有液固混合介质，混合介质由航空液压油18和中空的弹性橡胶球17组成，橡胶球内部为常压气体。

由所述顶端盖22、底端盖15、内层波纹管16和外层波纹管20，所构成的整个密封容器由四个固定连杆23悬置，并倒置于安装底盘24上。

所述顶端盖开有一螺纹通孔，便于向波纹管容器内部填充航空液压油18和单元体17。

上部安装盘21与作动连杆螺纹连接，并由螺母与垫圈紧固，上部安装盘周圈均布四个安装通孔，方便与设备连接。

底盘24上同样开有四个连接通孔，方便与安装底板连接。

上端盖22中心通孔处内嵌尼龙轴套19，可减小金属间的摩擦损耗，轴套与通孔为过盈配合，和倒t型的底端盖的作动杆为间隙配合。

本发明工作原理如下：

通过静力分析，隔振装置的大部分载重主要是由波纹管容器的外部与内部压强差所产生的负压力承载，该力可表述为(po-pa)se，可见在波纹管容器低端密封端盖面积越大，缸体内部气体压强越大，则承载能力就越大。而动态刚度仅由波纹管容器自身结构刚度所提供，所以易实现重载装备的低频隔振，隔振频率最低可在0.5hz以下。例如，在波纹管容器直径约0.1m，压力气体0.3mpa的情况下，单个承载重量即达到1.8t，随着压力气体的压强进一步增加，如0.6map，则单个承载能力也正比增加约为3.6t，这种承载能力是现有其他准零隔振技术所无法比拟的，因此在航空航天，船舶，轨道交通等重型隔振工程领域均有较大的应用价值。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。