專利名稱：彈性材料和金屬復(fù)合的彈簧隔振體的制作方法
背景技術(shù)：
和發(fā)明綜述本發(fā)明涉及一種新型的隔振體，特別涉及，一種具有在額定負(fù)荷下低的固有頻率的彈性材料和金屬復(fù)合彈簧的隔振體。
這種隔振體可用于很多用途，在安裝大型柴油發(fā)動機(jī)中，它特別具有優(yōu)點，可將發(fā)動機(jī)的低頻振動向它的支撐結(jié)構(gòu)的傳遞降至最小，或消除。這些柴油發(fā)動機(jī)的特定用途包括，但不限于，牽引機(jī)車發(fā)動機(jī)和捕魚船柴油機(jī)。
安裝大型柴油機(jī)的目前情況是，有時，柴油機(jī)與配套的傳動齒輪，發(fā)電機(jī)和輔助的設(shè)備重達(dá)30噸，故此制造一個具有外拱的支撐甲板(即，中部是向上的弓形的)。這將補(bǔ)償當(dāng)發(fā)電機(jī)總成在它們上就位時產(chǎn)生的豎直變形。這個外曲度顯著增加發(fā)動機(jī)總成支撐墊的制造復(fù)雜程度。在所述墊可以加工前，平臺必須彎曲到它最終的曲率。進(jìn)行這些安裝墊的制備的設(shè)備和工具是重型的、復(fù)雜的、昂貴的。而且，使用這些設(shè)備的工藝過程費時，勞動強(qiáng)度大，要用多到數(shù)天的時間完成。
一些安裝使用具有7Hz或更高的固有頻率的發(fā)動機(jī)總成彈性材料架。因為，大型柴油機(jī)的工作速度是200-2000rpm，空轉(zhuǎn)振動一般在6-10Hz。因為安裝系統(tǒng)的固有頻率處在發(fā)動機(jī)的空轉(zhuǎn)速度振動的范圍內(nèi)，在固有頻率上的墊振動(共振)會在柴油機(jī)空轉(zhuǎn)時發(fā)生。共振不僅造成發(fā)動機(jī)的振動向支撐的轉(zhuǎn)移，如直接將發(fā)動機(jī)進(jìn)行硬安裝造成的那樣，而且實際上可能將振動擴(kuò)大到硬安裝發(fā)動機(jī)總成的反作用的水平的十倍。顯然，這樣的放大會具有不希望的效果，因此，力圖將系統(tǒng)的固有頻率移出到發(fā)動機(jī)的工作頻率之外是一個重要的設(shè)計考慮，或者如果不可能這樣，移動到一個頻率(如3-5Hz)，當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動時快速通過這個頻率，以避免有害的破壞振動發(fā)生。
能產(chǎn)生3-5Hz固有頻率的彈性材料隔振器具有高的靜擾曲和相關(guān)的塑性變形和偏移，而在某些柴油機(jī)應(yīng)用中，由于相關(guān)的上下游硬件連接(如空氣入口導(dǎo)管，排管，燃料管線，輔助電力連接，壓力空氣管線)，僅容許較小的(一英寸或更小)相對位移。而且，使問題加劇的是，這些常規(guī)彈性材料件安裝在平臺上，與發(fā)動機(jī)總成固定，使得聚焦和半聚焦固定托架困難。不用在低頻支撐中的聚焦的某些形式，反作用的橫向平移和旋轉(zhuǎn)通常加倍合在一起(由于托架的定位完全在總成的重心下)，造成更大的不希望的搖動。
本發(fā)明的彈性材料-金屬復(fù)合彈簧隔振器提供一個帶有低固有頻率(如3-5Hz)隔振系統(tǒng)。這個隔振器包括一個彈性材料夾層托，它包括一個大型的彈性材料部分，該彈性材料部分結(jié)合第一下和第二上金屬板。彈性材料部分具有多個除去芯的穴道，穴道中安裝螺旋金屬彈簧。上下板具有模制到它們中的空腔，空腔伸入到通過彈簧中心的芯挖出的各穴道部?？涨坏耐怀龆吮砻嬗袕椥圆牧贤繉?，它的作用是在壓縮方向形成緩沖的減振。彈簧圈相對于上下板的下表面作用，在上板上形成一個保護(hù)支撐座，保護(hù)結(jié)合上的彈性材料。彈簧圈設(shè)計帶有初始預(yù)負(fù)荷，完全支撐被支撐裝置的靜態(tài)重量，使得彈性材料僅經(jīng)受動負(fù)荷。由于減少隔振器的動應(yīng)力/應(yīng)變水平，這顯著延長隔振器的使用壽命。
一個帶有的長度超過上下板空腔間的正常距離的拉緊螺栓裝有一對負(fù)荷轉(zhuǎn)移金屬墊圈，墊圈接合有彈性材料涂層減振表面，減振表面在擴(kuò)張方向，又形成夾層托架上下板間的相對運(yùn)動的緩沖的減振。另外，內(nèi)部涂層表面減少在拉緊螺栓和空腔裸露表面間的金屬對金屬接觸的聲音。拉緊螺栓和它的相關(guān)固定螺母形成隔振器的彈簧預(yù)壓縮約束的第一水平，限制伸長的相對變形，并固定該總成在一起。一個特殊的鎖緊螺母接合拉緊螺栓的突出端，將金屬彈簧預(yù)壓到較高的第二水平，它大致等于隔振器承受的靜載荷。這個鎖緊螺母設(shè)計在發(fā)動機(jī)安裝到隔振器平臺前去掉。
閱讀以下說明將明了本發(fā)明的特征，優(yōu)點。
附圖的簡要說明結(jié)合下列附圖詳細(xì)說明優(yōu)選的實施例，其中相同數(shù)碼表示相同部件。


圖1A是沿圖1C的A-A線觀察的彈性材料-金屬復(fù)合彈簧隔振器的側(cè)視剖面圖；圖1B是沿圖1C的B-B線觀察的隔振器的端視剖面圖1C是圖1A隔振器的頂視圖；圖2是支撐一個柴油機(jī)的本發(fā)明隔振系統(tǒng)側(cè)視圖；圖3是根據(jù)圖2，發(fā)動機(jī)在位的隔振系統(tǒng)的端視圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述在圖1A,1B和1C示出彈性材料和金屬彈簧隔振器20的第一實施例。如圖1A所示，隔振器20包括一個夾層的托架22，它包括一個大的彈性材料部分24，它在第一下金屬板26L和第二上金屬板26U之間。板26L和26U最好分別結(jié)合到彈性材料部分24的下和上表面。
彈性材料部分24具有多個挖出芯的穴道28，如圖1A所示三個。穴道的實際數(shù)目取決于使用的具體需要，可在兩個到五個之間變化，在此對這個具體用途選擇三個。穴道28的形狀一般是截圓錐形，從頂?shù)降族F度縮小。對一些應(yīng)用，穴道28可替換地具有圓柱形。第一多個穴道28安裝第二同樣多個螺旋金屬彈簧30，它們在板26L和26U下表面間起作用。設(shè)置圓弧的彈簧座31，防止彈簧圈30在彈性材料部分24中發(fā)生應(yīng)力斷裂。彈簧圈30設(shè)計成完全支撐被支撐件的的靜負(fù)荷，在柴油機(jī)總成中，該系統(tǒng)為三十噸重(通常)。部分24中的彈性材料不經(jīng)受靜負(fù)荷，這顯著減小應(yīng)變負(fù)荷，延續(xù)彈性材料使用壽命。
在隔振體20用作安裝大型柴油機(jī)的系統(tǒng)的部件時，通過將系統(tǒng)的固有頻率(SNF)降低到3-5Hz,SNF從柴油機(jī)的空轉(zhuǎn)速度范圍到啟動時的快速運(yùn)動通過的速度范圍除去。這實際上消除了持續(xù)的系統(tǒng)共振，和形成與此相隨的破壞力的可能性。
下板和上板26L和26U具有多個擠壓的空腔32，容納在彈簧30內(nèi)的穴道28。圖示的空腔32U是與板26U整體鑄造的，空腔32L是與板26L分開的，它們的凸緣36L安裝在凹部34內(nèi)，使得凸緣36L與板26L的外表面齊平。圖示的空腔32是截圓錐形，在某些應(yīng)用中，可以是圓柱體形。選擇截圓錐形，使得在相關(guān)部件相對運(yùn)動時部件接觸最小?？涨?2L和32U的突出端具有一層(38L,38U)結(jié)合的彈性材料，提供壓縮運(yùn)動的緩沖減振。壓縮運(yùn)動的第一階段由彈性材料和金屬復(fù)合彈簧的結(jié)構(gòu)緩沖，一些能量作為熱消散，但主要能量通過復(fù)合彈簧的恢復(fù)作用，返回到系統(tǒng)。假如發(fā)動機(jī)的沖撞或振動使上板26U向下板26L的向下運(yùn)動以超過設(shè)計的水平進(jìn)行，例如，3/8英寸，彈性材料層38L和38U將緩沖空腔32L和32U的相對突出端的減振作用，將界面的沖擊減小，并將整個的垂直擾曲限制到約1/2英寸。
多個拉緊螺栓40通過在空腔32的端部中的孔延伸，并將分開的下腔32L固定到隔振器總成20。雙固定螺母42從螺栓頭部41在螺栓上上緊到的特定的設(shè)計距離。這個距離，為隔振器總成20確定一個最大的擴(kuò)張距離，并與彈簧圈30的預(yù)負(fù)荷的水平相關(guān)。一對鋼墊圈44L和44U用于限制板26U在伸長方向的運(yùn)動?？涨?2L和32U的內(nèi)部有彈性材料涂層46，當(dāng)墊圈44L和44U在伸長方向限制相對運(yùn)動時，對墊圈44L和44U進(jìn)行的減振形成緩沖。假如被支撐的件使得板26U運(yùn)動到設(shè)計距離外，例如，向上1/2英寸，每個墊圈44L和44U將接觸各自的涂層46，從而緩沖相對運(yùn)動的減振。而且，下板26L的縱周邊帶有一對加強(qiáng)棱45，當(dāng)隔振器20遭到向上(伸長)的負(fù)荷時，它抵抗下板26L的彎曲。另外，涂層46防止螺栓頭41或固定螺母42分別與空腔32L和32U內(nèi)的金屬對金屬的碰撞。
預(yù)負(fù)荷鎖緊螺母48安裝到延伸在固定螺母42外的螺栓40的部分上。每個鎖緊螺母48帶有一個在板接合表面上的導(dǎo)向器49，以便容易對準(zhǔn)空腔32U。當(dāng)接合時，鎖緊螺母48將彈簧圈30充分預(yù)加負(fù)荷到隔振器將遇到的靜負(fù)荷的50％-100％的水平。一旦隔振器20由通過下板26L的孔50的螺栓(未示出)固定在甲板11的位置上(圖3)，使空腔32L不能移動，固定螺母48被除去。由于在彈簧圈儲存的力，彈簧隔振器20將膨脹到固定螺母42允許的程度，從預(yù)負(fù)荷的第一水平(最好是，等于全部的靜負(fù)荷)到由在螺栓40上的固定螺母42位置確定的第二較小水平。被支撐件13然后通過的螺栓進(jìn)入上板26U中的孔52中被定位固定在隔振器總成20上。隔振器20返回到它們的充分加荷位置。如上所述，這使得彈性材料部分24不帶任何靜負(fù)荷(完全去掉荷載)。
圖2和3示出用于將一個30噸的柴油機(jī)總成13墊起來的多對隔振器20。這樣大型的發(fā)動機(jī)用在牽引機(jī)車和船上。隔振器的縱軸線或力的作用線通常與垂直方向傾斜20-30度(圖3)，半聚焦隔振器的力作用線，從而消除反作用的平移和旋轉(zhuǎn)模式的相互影響。完全聚焦要求力的作用線相對于縱橫軸線都傾斜，以消除所有三個旋轉(zhuǎn)與它們的相應(yīng)的平移間的相互影響。但此例中，僅要半聚焦，使得作用線相對于豎直軸線傾斜，僅使得柴油機(jī)13的橫向的振動與圍繞其縱軸滾動的反作用相互影響消除。隔振器20以相對的對在發(fā)動機(jī)縱中心線的兩側(cè)定位，圖2中示出五對隔振器。要求的數(shù)目隨具體的發(fā)動機(jī)13而變化。上板26U的上表面27具有的傾斜角，等于聚焦角，使得表面27水平延伸，接合發(fā)動機(jī)13的安裝翼15的下表面。帶錐度的孔52以一個余角鉆入到頂板26U，使得安裝螺栓(未示出)可豎直上緊到它們中，將翼15固定到隔振器20。
被支撐的發(fā)動機(jī)13實質(zhì)上在彈性材料和金屬復(fù)合彈簧隔振器20上浮動。彈性材料24和彈簧圈30可自由地動態(tài)地對付振動力，使得如果有也是很小的振動跨過隔振器傳遞，假如作為壓縮或伸長減振器的接合的結(jié)果，任何振動被傳遞的話，這些接合被緩沖。在空腔32L和32U的突出端38L和38U上分別形成彈性材料緩沖層的壓縮減振器，由接合彈性材料層46的金屬墊圈44L和44U緩沖的拉緊螺栓形成伸長減震器。壓縮減震器，與伸長減震器一起將發(fā)動機(jī)13實際的整個振輻限制到±1/2英寸，或希望的任何其他有限運(yùn)動的水平?？偝?0的隔振作用進(jìn)一步通過形成在三到五Hz范圍的設(shè)計的固有頻率而得以強(qiáng)化，安裝的發(fā)動機(jī)僅暖機(jī)時的短時的過渡中通過這個范圍，消除了共振的破壞作用的形成。
在了解了上述說明后，業(yè)內(nèi)人士會進(jìn)行種種改變，但所有在權(quán)利要求范圍內(nèi)的改變，應(yīng)理解為是本發(fā)明的部分。
權(quán)利要求
1．彈性材料-金屬復(fù)合彈簧隔振器(20)，在一般用途和特殊用途用于支撐大型內(nèi)燃機(jī)(13)，將低頻振動隔離，所述隔振器包括a)一個彈性材料夾層托架(22)，包括一個大型的彈性材料部分(24)，它位于第一下金屬板(26L)和第二上金屬板(26U)之間，所述部分具有第一多個芯挖出的金屬彈簧安裝穴道(28)；b)一個第二多個金屬螺旋彈簧圈(30)，被安裝在所述芯挖出的區(qū)域，所述第二多個金屬螺旋彈簧圈的數(shù)量與所述第一多個安裝穴道的數(shù)量相等；c)隔振器預(yù)加荷裝置(40,48)，將所述彈性材料和金屬彈簧隔振器預(yù)加負(fù)荷到，當(dāng)所述隔振器支撐所述大型內(nèi)燃機(jī)時承受的靜負(fù)荷的50％-100％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔振器，其中所述彈性材料部分結(jié)合到所述第一和第二板上。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔振器，其中所述第一和第二板每個還包括一系列擠壓出的空腔(32L,32U)，它們伸入到通過所述彈簧圈所述多個芯挖出的穴道處，以便接納所述隔振器預(yù)加荷裝置。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔振器，其中在所述第一(26L)和第二(26U)板上的所述系列空腔(32L,32U)每個具有基本從圓柱和截圓錐組成的群組中選出的形狀的橫截面。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔振器，其中在所述第一板上的的所述系列空腔還包括緩沖減振裝置，所述裝置對向著和離開所述第二板上所述系列空腔的每個方向運(yùn)動，在運(yùn)動大約半英寸后，形成緩沖的減振。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔振器，其中所述緩沖減振裝置，對所述第一板上系列空腔在向著所述第二板上的系列空腔的運(yùn)動提供緩沖減振，包括一層結(jié)合到每系列空腔的端部的彈性材料(38L,38U)，以便緩沖減振接合，防止金屬對金屬的接觸。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔振器，其中所述緩沖減振裝置，對所述第一板上系列空腔，離開所述第二板上的系列空腔的運(yùn)動提供緩沖減振，包括一個拉緊螺栓(40)，它帶有配套的鎖緊螺母(42)和兩個金屬墊圈(44U,44L)，其中一個靠近所述螺栓頭部，另一個靠近所述固定螺母，所述金屬墊圈與彈性材料層(46)接合，而后者又結(jié)合到空腔(32L,32U)的內(nèi)部。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的隔振器，其中所述隔振器預(yù)加荷裝置，包括一個預(yù)加荷鎖緊螺母(48)，它被固定到所述拉緊螺栓的一端部，所述拉緊螺栓突出到所述固定螺母外，所述鎖緊螺母接合所述第一和第二板的一部分，所述拉緊螺栓的頭部接合在所述另一板上的所述系列空腔內(nèi)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的隔振器，其中所述預(yù)加荷鎖緊螺母還包括一個基本圓柱形中心導(dǎo)向件(49)，它安裝在一個它的相應(yīng)的系列空腔內(nèi)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔振器，其中所述彈簧圈承擔(dān)所有靜負(fù)荷，以致，所述彈性材料部分沒有靜負(fù)荷。
11．一種安裝柴油機(jī)(13)的方法，包括步驟ⅰ〕形成一個支撐平臺(11)，它不要求形成拱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的安裝墊的加工；ⅱ〕形成多個彈性材料-金屬復(fù)合彈簧的多個隔振器(20)；?！秤靡粋€固定裝置(40)，將每個所述隔振器預(yù)加載荷到一個第一水平，它等于當(dāng)它支撐所述柴油機(jī)時它分擔(dān)的靜載荷，所述固定裝置(40)具有一個第一固定件(48)，用于產(chǎn)生所述第一水平的預(yù)載荷，和一個第二固定件(42)，它產(chǎn)生第二較低水平的預(yù)載荷；ⅳ〕將所述多個隔振器中的每個固定到所述滑橇上；ⅳ〕除去所述隔振器每個的所述第一固定件，使得所述隔振器擴(kuò)張到所述第二水平的預(yù)載荷；ⅴ〕再壓縮所述隔振器到等于所述第一水平的預(yù)加載荷，將所述柴油機(jī)定位在所述多個隔振器上；ⅵ〕在所述多個隔振器上的固定位置中，將所述柴油機(jī)固定到所述支撐平臺。
全文摘要
具有低固有頻率的彈性材料－金屬復(fù)合彈簧隔振器。一個完全結(jié)合夾層的托架(22)具有安裝金屬彈簧圈(30)的挖掉芯的穴道(28)。在夾層托架的下板(26L)和上板(26U)上的擠壓的空腔(32),伸入到在彈簧圈(30)內(nèi)穴道(28)中,并安裝一個拉緊螺栓(40)和雙鎖定螺母總成(42),將分開的下空腔固定到隔振器。一個預(yù)加載荷鎖緊螺母(48)接合拉緊螺栓(40)的突出部分,將彈簧圈(30)預(yù)加載荷到它們的靜載荷。在安裝大型柴油機(jī)(30噸)中,復(fù)合隔振器(20)具有特殊用途。隔振器總成具有在發(fā)動機(jī)的通?？蛰d頻率外的3－5Hz的固有頻率,使得避免共振。
文檔編號F16F3/10GK1214109SQ97193156
公開日1999年4月14日 申請日期1997年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月19日
發(fā)明者詹姆斯·T·格溫 申請人:勞德公司