[发明专利]一种用于传感器悬置测量的通用弹性隔振装置的设计方法

摘要

本发明属于隔振技术领域，公开了一种用于传感器悬置测量的通用弹性隔振装置的设计方法。该装置包括底座、固定在底座上的梯形支架、传感器和连接传感器与梯形支架的橡胶弹性元件，橡胶弹性元件有四个，分别将梯形支架的四个角点与传感器相连，设计方法以隔振装置的固有频率为设计目标，以橡胶弹性元件的刚度、悬挂长度、伸长量及悬挂结构的尺寸为设计参数进行优化设计，达到为测量传感器提供最大振动衰减效果的目的。

主权项

1.一种用于传感器悬置测量的通用弹性隔振装置的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)选取若干原长和横截面积均不同的橡胶弹性元件样本进行拉伸刚度测量，得出每种样本的刚度随其伸长量ΔL的变化情况，并确定出刚度最小时对应的伸长量ΔL_min；(2)在传感器的质量需要在橡胶弹性元件的承重范围内的条件下，选取若干原长相同、横截面积不同的橡胶弹性元件样本进行拉伸刚度测量，通过回归分析得出伸长量为ΔL_min时的最小刚度K_min与横截面积S间的对应关系K_min＝F₁(S)；(3)在传感器的质量需要在橡胶弹性元件的承重范围内的条件下，选取若干横截面积相同、原长不同的橡胶弹性元件样本进行拉伸刚度测量，通过回归分析得出伸长量为ΔL_min时的最小刚度K_min与原长L₀间的对应关系K_min＝F₂(L₀)；(4)以f₀＝F(W₁，W₂，H，M，α，β，L₀，S)为目标函数，其中W₁为橡胶弹性元件上部两个固定点的间距、W₂为橡胶弹性元件下部两个固定点的间距、H为上部固定点连线与下部固定点间连线的距离、α为上部橡胶弹性元件与水平方向的夹角、β为下部橡胶弹性元件与水平方向的夹角、M为传感器的质量、L₀为橡胶弹性元件原长、S为橡胶弹性元件横截面积；(5)为使垂直、水平两个方向上的隔振系统固有频率都达到最低，因此将上部橡胶弹性元件与水平方向的夹角α设置为45°，且橡胶弹性元件的伸长后长度有L₁＝L₂和L₃＝L₄，其与原长的关系为L_i＝L₀+ΔL_imin(i＝1,2,3,4)，式中L₁和L₂为上部两橡胶弹性元件的伸长后长度，L₃和L₄为下部两橡胶弹性元件的伸长后长度；(6)将传感器固定到隔振装置上后，令上部、下部橡胶弹性元件所受的拉力分别为F₁、F₃，传感器的重力为G，根据传感器在垂向受力平衡关系可得到2sinα·F₁＝G+2sinβ·F₃；(7)将其伸长后长度L₁和L₃均按照刚度达到最小时的伸长量来设置，相应可以得出上、下部橡胶弹性元件所受的拉力为F₁＝K_1minΔL_1min，F₃＝K_3minΔL_3min，因此有L₁＝L₀₁+ΔL_1min，L₃＝L₀₃+ΔL_3min，这里K_1min和K_3min为上、下部橡胶弹性元件的最小刚度，L₀₁和L₀₃为其原长，ΔL_1min和ΔL_3min为其在刚度达到最小时的伸长量；(8)设定上部橡胶弹性元件原长L₀₁的初始值，并计算得出L₁值，由W₁＝2cosα·L₁、W₂＝2cosβ·L₃、计算得出W1、W2、H、β随L₃值变化时的数值，得到隔振系统在水平、垂直方向上的整体刚度，由得出该系统在水平、垂直方向上的固有频率；(9)W₁、W₂、H受装置结构尺寸的限制存在约束条件为其中W_1min、W_1max、W_2min、W_2max分别为上下悬挂点间距的上下限值，H_min、H_max为悬挂点间高度的上下限值，根据传感器的质量、隔振装置结构尺寸因素选出隔振系统固有频率最低时对应的W₁、W₂、H、β、S、L₀参数数值。