专利名称：精密仪器减震平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种精密仪器用的减震平台，用于防止发生不大于国家规定的设防烈度的地震时对精密仪器造成破坏。
仪器仪表被喻为工业生产和科学研究的“眼睛”，精密仪器在工业生产和科学研究中的质量检测和分析鉴定方面更起了关键的作用。它们的精密度高，在使用和保管中对环境要求也很严格。但是由于结构精细，对意外冲击的耐受性就很差，因此为了保证精密仪器的正常使用性能，必须有防止意外冲击的附属设备及装置。在各种意外的冲击中，地震冲击力的破坏最大，也是目前尚不能用人力充分防止和避免的。我国是世界上多地震的国家之一，一旦发生较高震级的地震就会使在震区内的精密仪器遭受到不同程度的破坏，给国家造成不可低估的损失；即使是轻微的损坏，也能降低精密仪器的灵敏度或缩短其使用寿命。在目前，还没有关于制造和生产精密仪器的厂家曾考虑到仪器的防地震措施的报导。因此，为精密仪器设计一个抗震、减震的设备是现实需要的。当前在已发表的技术书籍、资料及专利文献中都可以找到被称之为“减振器”或“减震装置”的设备。这些设备大都是为了减少各种机电、动力设备由于其本身的振动对周围环境造成的影响而设计和生产的。从结构上看，它们多是单个的支承形式，例如在《振动计算与隔振设计》(中国建筑工业出版社，1976年)和《机械工程手册》(机械工业出版社，1982年)及《隔振设计手册》(中国建筑工业出版社，1986年)等书中所介绍的JG型、Z型、JD1型、JX型减振器等。这样的减振器自振频率多在4至15HZ之间，有的甚至更高，而且它们的刚度大，灵敏度低，减振系数大，不适用于精密仪器的抗震和减震。地震是一种自然灾害，它释放出来的能量和对地面造成的振动是任何机电和动力设备都不能比拟的。从目前世界上已记录到的地震波来看，其频率范围大多在4HZ至12HZ之间，少数还有更高的。由此可见地震的频率范围与上述减振器的频率范围基本重合。如果把精密仪器装上这种减震器，暂不论其结构是否合适，一旦发生地震，减振器的频率如与地震的频率相重合时，就会发生可怕的共振而使精密仪器遭受到更大、更严重的破坏。地震释放出来能量是以波动的形式向各个方向传播出去。地震波是一种随机波，其中的纵波是上下颤动，有周期短、振幅小、和传播距离近的特点。而横波则是水平传递，有周期长、振幅大、和传播距离远(可影响到160公里以外)的特点。当横波到达时，地面上的物体将产生水平振动。由于横波传递了大部分的地震能量，所以在横波到达时，地面的振动也最猛烈，破坏作用也最大。因此在抗震设计中，一般只考虑横波即水平振动的影响。由于地震的这些特点，前面说到的那种用于机电、动力设备减振的减振器，无论从结构特性、频率特性、和抗地震的要求等方面都不能作为精密仪器的抗震、减震使用。
本实用新型的目的就是针对在发生地震时精密仪器可能造成损坏的实际问题，提供一种可与现有的试验台和精密仪器配套使用、结构简单、安装及拆卸方便的减震平台，其自振频率要低于一般地震频率，不会与地震产生共振，而且其减振系数要小，能有效地减少地震力对精密仪器的冲击。
以下结合附图详细说明本实用新型的具体结构及工作情况。
图1为精密仪器减震平台的结构总图，图2为只拿去外罩(19)后的俯视图，图3为减震平台纵面剖视简图，图4为在不同负荷下实测的频率与减震系数β值的关系曲线图。
精密仪器减震平台主要由上盖(8)、下座(18)、弹簧(7)、钢球(9)、外罩(19)、限位杆(11)、锁紧机构(13、14、15)几部分组成。
上盖(8)通过4个钢球(9)支承在下座(18)上。在上盖(8)侧板的内侧和下座(18)侧板的外侧的四周间装有8个弹簧(7)。在发生地震时，下座(18)虽然也会受到横波的冲击发生水平方向的振动，但由于弹簧(7)的缓冲、衰减和上盖(8)、外罩(19)及精密仪器(23)的惯性作用使上盖(8)及其上面的外罩(19)及精密仪器(23)的振动大为减小，从而使精密仪器(23)受到保护。与上盖(8)相连的限位杆(11)的作用是防止上盖(8)在发生强烈地震时的超位振动，也防止了上盖(8)、外罩(19)和精密仪器(23)的倾倒或跳起。锁紧机构(13、14、15)装在下座(18)上，可使上盖(8)与下座(18)锁紧或放松。在精密仪器的安装或检修时，可将上盖(8)与下座(18)锁住。
4个钢球(9)支承了上盖(8)、外罩(19)和精密仪器(23)的全部重量。为了使钢球(9)与上盖(8)和下座(18)之间因相互移动而产生的摩擦力达到最小，在上盖(8)上装有4个圆形的上滚道(10)，它们的工作平面也处在同一水平面内。在下座(18)上与上滚道(10)相对应地也装有4个圆形的下滚道(4)，它们的工作平面也处于同一水平面内。钢球(9)放在上滚道(10)和下滚道(4)的中间而和上滚道(10)及下滚道(4)成为点接触。为了进一步减少摩擦，滚道(10，4)与钢球(9)的表面都经过精加工，在安装减震平台时，在滚道(10，4)和钢球(9)的表面上还涂以少量的润滑脂。
在上盖(8)与下座(18)的侧板之间起着缓冲和衰减作用的弹簧(7)的压力可以由螺纹导柱(6)予以调整。调整后螺纹导柱(6)的位置可用螺母(5)锁紧。
附
图1、2、3中的减震平台为长方形，但可以根据精密仪器的底面形状将上盖(8)与下座(18)设计成方形、圆形或其他所要求的形状。钢球(9)、弹簧(7)、上滚道(10)及下滚道(4)的数目也可以根据减震平台的面积和承载精密仪器的重量而增加。
限位杆(11)用螺母(2)和弹簧垫圈(3)固定在上盖(8)的侧板上，限位杆(11)穿过下座(18)侧板上的限位槽孔(24)。上盖(8)虽然可以在水平方向内作横、纵、旋转三自由度的运动，但由于限位杆(11)和限位槽孔(24)的限制而不能超过限位。锁紧机构由齿销(13)、齿轮(14)和传动杆(15)三个部件构成。两个齿销(13)安装在下座(18)的两个圆孔中，传动杆(15)装在下座(18)的侧板上，两个齿轮(14)装在传动杆(15)上并与齿销(13)上的齿相咬合。用专用的扳手顺时针转动传动杆(15)，齿轮(14)即把齿销(13)的上端推入上盖(8)的定位孔中，上盖(8)即被锁紧。逆时针方向转动传动杆(15)时，齿销(13)退出定位孔返回原位，上盖(8)就处于自由状态。限位杆(11)与锁紧机构的传动杆(15)呈空间垂直位置，相互均不影响各自的运动。
外罩(19)把上盖(8)、下座(18)等连同其他部件全部罩起来，在外罩(19)和上盖(8)之间装有橡胶垫(12)，它对垂直方向的振动也有一定的减振和缓冲作用。此外，一般的精密仪器底座上都装有橡胶支脚，也起到同样的作用。在外罩(19)上开有两条纵向的长槽(25)，与上盖(8)面上的两个T型槽(26)相对应。仪器固定板(22)装在外罩(19)上面，上盖(8)的T型槽(26)中的螺栓(16)穿过橡胶垫(12)、外罩(19)上的长槽(25)和仪器固定板(22)上的孔后，拧上螺母(17)即可以把仪器固定板(22)固定。仪器固定板(22)的位置可以沿上盖(8)上的T型槽(26)移动调整。在仪器固定板(22)上也开有T型槽(27)，仪器(23)用螺栓及螺母固定在仪器固定板(22)上，并可以进行调整。这样可以使安装在减震平台上的仪器的位置在360°的平面范围内任意调整。减震平台用卡板(1)和鞍铁(21)固定在试验台台面(20)上。卡板(1)上也开有T型槽，减震平台可以沿T型槽移动并用螺栓固定。卡板(1)和鞍铁(21)也可以沿试验台的侧面移动，因此，减震平台可以在试验台台面上的360°平面范围内任意移动和调整。试验台的支脚用膨胀式地脚螺栓固定在地基上。这样可以保证试验台、减震平台及精密仪器在地震时都不会移动及倾倒。
本实用新型减震平台的减震效果经实验测试如下测试方法参照《机械工程手册》(机械工业出版社，1982年)第21篇，第10章“振动测试技术”所叙述的进行。具体的测试设备及测试条件为振 源－用5吨水平机械振动台作振源，最大振幅±25mm，频率范围1.25－25HZ。
拾振器－丹麦B＆K公司4366型高精度加速度传感器作拾振器，两个拾振器分别吸附在减震平台和振动台上。
放大器、记录器－丹麦B＆K公司2635型精密电荷放大器，用磁带机记录。
数据分析－用日本小野公司CF－910型分析仪及美国IBM公司PC／XT型微机分析数据。
测试结果－计算减震平台水平方向的减震效果，以减震系数β表示，β的定义为响应值与输入值之比，即β＝ (a2)/(a1) ＝ (V2×Sk2)/(V1×Sk1)式中a1－输入加速度值(g)a2－响应加速度值(g)V1－测得的输入电压值V2－测得的响应电压值Sk1－仪器系统灵敏度系数(mm／V)，振动台面Sk2－仪器系统灵敏度系数(mm／V)，减震平台面在不同负荷下实测的频率与减震系数β值的关系曲线见附图4。图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线是在减震平台上分别加上160公斤、240公斤和320公斤三种质量试块所得的数据经过平滑处理后的曲线。这三条曲线明显地表明本实用新型减震平台的减震效果是很好的。当外界的激振频率在1－1.5HZ时，减震平台就开始起减振作用，开始时曲线的斜率很大，说明减震平台对外界振动衰减速度很快，随着激振频率的增加，减震系数β值逐渐接近于恒定。曲线也表明不同荷重下的减震系数β值也不同。当激振频率为12HZ时，在160公斤负荷下的β值为0.036，减震效率为96％；在320公斤负荷下的β值为0.018，减震效率高达98％，说明负荷越重则减震的效果越好。
本实用新型减震平台的自振频率为1.5HZ，不在一般地震频率范围内。在平常没有地震发生时，安装在减震平台上的精密仪器可以方便地进行日常的操作，没有丝毫不便。一旦发生地震，只要放置精密仪器的房屋不倒塌时(地震烈度不大于国家规定的设防烈度时，按规定建筑的房屋应不倒塌)，本实用新型的减震平台就能充分有效地发挥其减震效能，使精密仪器受到保护。
权利要求1.一种防止精密仪器在地震中受到冲击损坏的减震平台，其特征在于(1)由外罩(19)、上盖(8)及下座(18)构成减震平台的主体，外罩(19)及上盖(8)通过钢球(9)支承在下座(18)上，由于外力的作用上盖(8)及外罩(19)可在水平方向内自由运动；(2)在上盖(8)侧板的内侧和下座(18)侧板的外侧之间装有起缓冲和衰减作用的弹簧(7)；(3)用弹簧垫圈(3)及螺母(2)与上盖(8)侧板固定在一起并防止上盖(8)超位振动的限位杆(11)穿过下座(18)侧板上的限位槽孔(24)；(4)锁紧机构固定在下座(18)上，由传动杆(15)带动齿轮(14)作用于齿销(13)，使齿销(13)上端的销子伸入或退出上盖(8)的定位孔，从而使上盖(8)及外罩(19)相对下座(18)成锁紧或自由状态。
2.根据权利要求1所说的减震平台，其特征在于在上盖(8)向下的一面装有和钢球(9)数目相当的圆形上滚道(10)，在下座(18)向上的一面也装有和钢球(9)数目相当的圆形下滚道(4)，上滚道(10)和下滚道(4)各分别处于一个水平面上，钢球(9)位于上滚道(10)和下滚道(4)之间并和上滚道(10)、下滚道(4)成点接触，钢球(9)及上滚道(10)、下滚道(4)的表面均经过精加工，在安装减震平台时，在上滚道(10)、下滚道(4)及钢球(9)的表面均涂以润滑脂以减少摩擦。
3.根据权利要求1所说的减震平台，其特征在于弹簧(7)的刚度和弹力用螺纹导柱(6)加以调节，用螺母(5)锁紧调节后螺纹导柱(6)的位置。
4.根据权利要求1所说的减震平台，其特征在于外罩(19)上开有两条纵向长槽(25)，上盖(8)的面上有两条T形槽(26)，仪器固定板(22)装在外罩(19)上，上盖(8)T形槽(26)中的螺栓(16)穿过橡胶垫(12)、外罩(19)上的长槽(25)和仪器固定板(22)上的孔后，用螺母(17)把仪器固定板(22)固定，瞧鞴潭ò澹 2)上也开有T形槽(27)，仪器用螺栓及螺母固定在仪器固定板(22)上，仪器可在360°的平面范围内在减震平台上随意调整位置。
专利摘要防止精密仪器在地震时受冲击损坏的减震平台，由外罩、上盖及下座等几个主要部件构成。在上盖及下座的侧板之间装有弹簧。上盖、外罩及精密仪器的重量由位于上盖和下座间的钢球支承。在发生地震时，由于弹簧及钢球的缓冲、衰减和上盖、外罩及精密仪器的惯性作用，使地震的水平振动大为减弱，从而使精密仪器得到有效的保护。此减震平台可与一般的试验台配套使用，结构简单，安装拆装方便，减振系数小，对地震的衰减速度快。
文档编号F16F9/50GK2052086SQ8920876
公开日1990年1月31日 申请日期1989年6月27日 优先权日1989年6月27日
发明者杜中瑞, 王秋芬 申请人:中国石油化工总公司石油化工科学研究院