一种可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器的制作方法

本发明属于被动无源减振技术，涉及一种可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器的设计。

背景技术：

随着科学与技术的发展，汽轮机、水轮机等动力机械，汽车、飞机等交通工具，火箭、导弹等国防和武器系统等都向着精密化、高速化的方向发展，随之而来的振动和冲击问题越来越凸显，也越来越受到重视。众多工程结构、工业机械和仪器受到过大的振动载荷时，常会引起电子器件失效、仪器仪表失灵、机械零部件寿命缩短、设备的精度和可靠性降低等，严重时会引起不可逆转的损坏，引发灾难性后果。尤其对于技术密集型的电子产品，机械振动的危害更大，主要的危害形式有：

（1）振动将破坏电子设备的正常工作环境，比如，当设备自身固有频率与外界干扰激励频率近似产生共振时，使得电子设备发生较大的工作变形，这就可能会引起元器件的电参数发生漂移，当漂移超出允许范围时就会产生电气故障，大的工作变形也可能会引起电子元器件的引线或焊点发生脱离，甚至会损坏元器件本身，使电子设备无法正常工作；

（2）振动和冲击导致机械结构的最大应力可能超过材料的许用应力，引起结构在应力集中区域的损坏，或者最大应力虽满足承载结构材料的静载荷强度条件，但是长期高频的振动冲击导致材料疲劳，最终也会使设备损坏，不能正常工作。

为了保证电子设备在所要求的环境条件和使用情况下工作的可靠性，一般有两种方法：一种是进行加固设计，即通过增加结构的刚度来提高设备的抗振和抗冲击性能，使设备在不加装任何减振缓冲装置的情况下，就能在严酷的振动环境下安全、可靠地工作；另一种是采用减振抗冲击技术，在设备和基座之间增加减振缓冲器，减小传递到设备上的振动量值，降低设备在动载荷作用下的响应水平，从而使得通过减振器传递到设备的激励值始终小于设备的允许值。

由于受到自身质量、体积、结构功能和工艺手段等技术条件或经济成本等因素的限制，仅依靠加固设计来提高仪器设备的耐振动和抗冲击能力，效果是十分有限的。而在设备和基座之间增加减振缓冲器的方法比较容易实现，并且装置结构简单，在许多场合下减振效果与可靠性较好，因此，增加减振缓冲器的方法在电子设备的减振设计中获得了广泛的应用。

控制器是航空发动机中重要的控制单元，在使用过程中，控制器必然会受到发动机工作产生的振动载荷、飞机着陆时的冲击载荷以及气动颤振等振动载荷的作用，为了保证控制器在这些载荷作用下仍能正常工作，不仅要对控制器中的印刷电路板进行加固设计，更重要的是要增加合适的减振缓冲器来降低传递到控制器的振动量级。由于控制器的工作环境比较特殊，这就要求所使用的减振器能满足如下要求：

1)能承受三个正交方向的激励，在三个方向均具有减振和抗冲击能力；

2)在较宽的频率范围内（15~2000hz）均具有良好的减振效果；

3)能适应高低温、湿热、油污等恶劣环境；

4)能长期可靠工作，使用寿命长；

5)减振器的抗振、抗冲击特性和环境适应性必须优于控制器；

6)在弹性元件失灵后，必须有防护装置，在任何条件下，控制器不得处于无支承状态。

现有的减振器很难满足上述苛刻条件，需要针对控制器特殊的工作环境和使用要求，设计新的减振器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器，在某重点型号航空发动机控制器的减振系统设计中，针对以往减振器寿命不高的问题，采用新的结构形式和新成型工艺制作的金属橡胶，能满足控制器减振要求的三向减振耐高温长寿命金属橡胶减振器。

按照本发明提供的技术方案，所述可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器，所述减振器包括上盖、安装座、上减振结构、下减振结构及下盖，所述上减振结构及下减振结构为对称结构，所述上减振结构及下减振结构分别设置在上盖与安装座之间，上盖下端安装有下盖。

作为本发明的进一步改进，所述上减振结构包括第一圆柱弹簧、第一衬套、第一金属橡胶，在上盖上端与安装座上端之间设置有第一衬套及第一金属橡胶，第一金属橡胶设置在上盖上端与第一衬套之间，所述安装座上端与第一衬套的外侧套装有第一圆柱弹簧。

作为本发明的进一步改进，所述下减振结构包括第二圆柱弹簧、第二衬套及第二金属橡胶，在上盖下端与安装座下端之间设置有第二衬套及第二金属橡胶，第二金属橡胶设置在上盖下端与第二衬套之间，所述安装座下端与第二衬套的外侧套装有第二圆柱弹簧。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属橡胶及第二金属橡胶均封闭在上盖、安装座、下盖、第一衬套及第二衬套组成的封闭腔中。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属橡胶、第二金属橡胶分别采用新成型工艺制作成阶梯圆柱状。

作为本发明的进一步改进，所述一金属橡胶、第二金属橡胶由金属丝卷成螺旋状，再经过拉伸、编织、加压而成的弹性多孔材料。

本发明的优点是：第一，利用金属橡胶的材料特性，该减振器可在三个正交方向承受载荷，并均能达到较好的减振效果；第二，圆柱弹簧可承担一部分支撑力，减小金属橡胶发生不可恢复变形的可能性；第三，圆柱弹簧可改善金属橡胶在高频下的减振效果，使得该型减振器在较宽的频率范围内均具有较好的减振能力；第四，将金属橡胶封闭在减振器内部，防止金属橡胶屑末的脱落和飞溅；第五，若圆柱弹簧断裂，该型减振器仍能提供支撑力和阻尼力，保证设备安全。

附图说明

图1是本发明金属橡胶减振器剖面图。

图2是本发明金属橡胶减振器轴测图。

附图标记说明：上盖1、第一圆柱弹簧2、第一衬套3、第一金属橡胶4、安装座5、第二圆柱弹簧6、第二衬套7、第二金属橡胶8及下盖9。

具体实施方式

本发明一种可承受三向载荷的耐高温长寿命金属橡胶减振器，所述减振器包括包括上盖1、安装座5、上减振结构、下减振结构及下盖9，所述上减振结构及下减振结构为对称结构，所述上减振结构及下减振结构分别设置在上盖1与安装座5之间，上盖1下端安装有下盖9。

所述上减振结构包括第一圆柱弹簧2、第一衬套3、第一金属橡胶4，在上盖1上端与安装座5上端之间设置有第一衬套3及第一金属橡胶4，第一金属橡胶4设置在上盖1上端与第一衬套3之间，所述安装座5上端与第一衬套3的外侧套装有第一圆柱弹簧2。

所述下减振结构包括第二圆柱弹簧6、第二衬套7及第二金属橡胶8，在上盖1下端与安装座5下端之间设置有第二衬套7及第二金属橡胶8，第二金属橡胶8设置在上盖1下端与第二衬套7之间，所述安装座5下端与第二衬套7的外侧套装有第二圆柱弹簧6。

所述第一金属橡胶4及第二金属橡胶8均封闭在上盖1、安装座5、下盖9和第一衬套3及第二衬套7组成的封闭腔中。

所述第一金属橡胶4、第二金属橡胶8分别采用新成型工艺制作成阶梯圆柱状，减振器上下各设置一个第一、第二金属橡胶，第一、第二圆柱弹簧设计在减振器的外侧，减振器上下各一个圆柱弹簧。圆柱弹簧和金属橡胶同步工作，共同为结构提供支撑力和弹性力。同时，两者相互配合，实现减振器在较宽频率范围内均具有良好的减振能力。所述一金属橡胶、第二金属橡胶由金属丝卷成螺旋状，再经过拉伸、编织、加压而成的弹性多孔材料。利用金属橡胶自身的内摩擦耗能特点，为减振器提供必需的阻尼力，无须额外增加阻尼零件。

减振器采用上下对称结构，保证在任意方向振动时，至少有一个金属橡胶处于压缩状态，采用金属橡胶和圆柱弹簧共同为结构提供支撑力和弹性力，降低金属橡胶发生不可恢复塑性变形的可能性，同时改善减振器在较宽频率范围内的减振能力；采用金属橡胶的内摩擦阻尼特性，为系统提供阻尼力；将金属橡胶封闭在减振器内部，防止其磨损后的屑末脱落或飞溅。若外侧的圆柱弹簧断裂后，减振器仍能保持原形状，仍能依靠金属橡胶继续为减振系统提供弹性力和阻尼力。

金属橡胶在大变形的作用下，容易发生不可恢复的塑性变形，为了保持金属橡胶的结构外形和弹性能力，避免其承受较大载荷而发生塑性变形，采用圆柱弹簧来分担金属橡胶受到的压缩载荷，两者同步工作，共同为结构提供静态支撑力和动态的弹性力。同时，圆柱弹簧可改善金属橡胶在高频激励下的减振效果，两者相互配合，实现减振器在较宽的频率范围内均具有良好的减振能力。

金属橡胶是由金属丝卷成螺旋状，再经过拉伸、编织、加压而成的弹性多孔材料，天然兼有弹性和内摩擦阻尼特性；当金属橡胶变形时，内部的金属丝之间会发生接触摩擦耗能，表现出摩擦阻尼特性，为减振系统提供所需的阻尼力，降低减振器在共振频率点的振动幅值。金属橡胶在工作时，由于内部接触磨损而会产生金属屑末或断丝等多余物，为了避免这些多余物影响到其他设备（尤其是电子设备），将金属橡胶设计在减振器内部，防止金属橡胶屑末的脱落和飞溅。