【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有阻尼和变刚度特性的弹簧、弹簧组件及减隔振装置，属于结构振动控制。
技术介绍
1、弹簧，包括螺形弹簧和蝶形弹簧，常用来隔离机械振动，以减小结构振动对支撑的影响或者支撑振动对结构的影响。这里，结构是对建筑、桥梁、电机、机械结构等事物的统称；支撑是对放置结构的基础(如地基等)的统称。结构和支撑均可以为激励振源。当受到激励振动作用时，弹簧会发生弹性形变，将振动能量吸收并存储在自身内部(形成弹性势能)；当振动停止时，弹簧会反弹恢复到初始状态，释放出储存的弹性势能。因此，弹簧是一种储存和释放弹性势能的元件，它起到瞬时缓解振动(隔振)的作用。对于使用螺旋弹簧的隔振场景，由于振动能量未能及时被耗散掉，结构仍将会在较长时间段内保持振荡或者支撑基础长时间受到结构振动的影响；而对于使用蝶形弹簧的隔振场景，碟形弹簧在变形时伴随有弹簧片接触面间的滑动摩擦,在动态变形过程中产生一定阻尼,使部分振动能量被耗散掉，但碟形弹簧的阻尼性能往往有限。
2、为实现对机械振动的控制与抑制、维持结构的稳定性(减小结构的振动幅值)，通常需要将弹簧和阻尼器(或阻尼单元)协同使用，利用阻尼器来消耗振动能量，进而抑制弹簧吸振后反弹引起的持续振荡。弹簧和阻尼器的组合体构成了一个减隔振装置。目前常用的阻尼器为粘滞阻尼器(又称为阻尼筒)，它是通过阻尼器内部阻尼介质(粘滞阻尼液)的压缩变形来阻碍振动的传播，将机械能转化为热能以抑制振动。然而，粘滞阻尼器存在阻尼液泄漏风险、所需安装空间大、维护成本高等不利属性。电涡流阻尼器是另外一种耗散外部振动能量的装置，它是
3、鉴于上述技术问题和实际应用需求，迫切需要研发出一种新型减隔振装置，具备需求刚度和阻尼性能，能同时实现隔离振动与减小结构振动幅值的功效。所研制的新型减隔振装置能有效克服传统弹簧与粘滞阻尼器或弹簧与电涡流阻尼器的组合体的不利属性，并可以实现减隔振装置的刚度可变可调节(刚度随振动位移幅变化而变化)。所研制的新型减隔振装置，应用于建筑及桥梁、机械支座等领域，起到消能减振和隔振的作用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供具有阻尼和变刚度特性的弹簧、弹簧组件及减隔振装置。
2、本专利技术第一方面提供具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧、螺旋弹簧组件及螺旋弹簧减隔振装置，第二方面提供具有阻尼和变刚度特性的蝶形弹簧、蝶形弹簧组件及蝶形弹簧减隔振装置。
3、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现。
4、本专利技术首先提供具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧、螺旋弹簧组件及螺旋弹簧减隔振装置。
5、具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，用于组成螺旋弹簧组件，并进一步用于螺旋弹簧减隔振装置，起到隔离振动并减弱振动能量传递的作用，
6、所述具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧的材质的力学性能满足：屈服强度
7、≥250mpa，抗拉强度≥350mpa，断后伸长率≥14％，断面收缩率≥20％；所述具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧的材质的阻尼性能满足：在室温和4×10-4应变幅条件下损耗因子＞2.0％，并且损耗因子随弹性应变幅的增加而增加；
8、所述具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧的最大静态损耗因子不小于6.0％。
9、所述螺旋弹簧组件至少包含一根具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧；当螺旋弹簧组件包含一根以上具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧时，所述螺旋弹簧采用并联方式排布，其中心轴线相互平行或重合；
10、所述螺旋弹簧组件的最大静态损耗因子不小于6.0％，并且所述螺旋弹簧组件具有变刚度特性。
11、本专利技术的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧可以为拉伸弹簧或压缩弹簧；用于制作螺旋弹簧的线材的横截面形状可以为圆形、方形等形状。
12、具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧起到提供刚度、承载和隔离与衰减振动的作用。限定螺旋弹簧材质的断后伸长率≥14％和断面收缩率≥20％，目的是确保具有上述延展性的线材能够被顺利卷绕成螺旋弹簧以及螺旋弹簧在使用过程中呈现出良好的抗疲劳破坏的能力。
13、所述螺旋弹簧的材质具有良好的阻尼特性，这使得螺旋弹簧组件表现出阻尼功效。本专利技术限定所述螺旋弹簧的材质的阻尼性能满足：在室温和4×10-4应变幅条件下，损耗因子＞2.0％；另外，本专利技术中螺旋弹簧材质的损耗因子随弹性应变幅的增加而增加(即呈正相关关系)，如图1例示。换言之，随弹性应变幅增加，所述螺旋弹簧以及螺旋弹簧组件表现出更好的阻尼特性，其耗散振动能量的效果也越显著。这里需要指出，所述螺旋弹簧材质的损耗因子还同螺旋弹簧材质的化学成分密切相关。
14、本专利技术进一步限定：所述螺旋弹簧的最大静态损耗因子不小于6.0％；并且，所述螺旋弹簧具有变刚度特性。限定螺旋弹簧的最大静态损耗因子不小于6.0％，目的是确保螺旋弹簧组件及螺旋弹簧减隔振装置具有良好的阻尼特性。另外，螺旋弹簧具有变刚度特性，从而对隔离宽频域的激励振动具有显著有效性；相对而言，具有固定刚度的传统螺旋弹簧只对隔离特定频率的激励振动有效。在实际应用场景中，激励振动多具有宽频域特征，因此本专利技术的变刚度螺旋弹簧及变刚度螺旋弹簧隔振装置对隔离实际振动更为有效。这里所述的螺旋弹簧变刚度特性来源于螺旋弹簧材料本身特性(螺旋弹簧材质具有阻尼特性)。
15、本专利技术中分别定义弹簧材料的损耗因子、弹簧的静态损耗因子、弹簧的最大静态损耗因子。弹簧材料的损耗因子是材料的固有属性，它是衡量材料阻尼性能的一个重要参量；从能量角度来看，材料损耗因子定义为材料在交变力场作用下每周期耗散能量与在一周期内的最大贮能之比，反映材料在受力过程中能量的损耗情况；材料损耗因子的测量依据国家标准或国际标准执行。本专利技术中，弹簧材质的损耗因子呈现出与弹性振动应变幅正相关关系。弹簧的静态损耗因子定义为弹簧在一个加载-卸载循环过程中损耗能量与最大存储能量的比值；弹簧的静态损耗因子与弹簧材质的损耗因子密切相关，还与弹簧的几何形状尺寸有关。本专利技术中，由于弹簧材质的损耗因子呈现出与振动弹性应变正相关关系，相应地，弹簧的静态损耗因子与弹簧的变形位移幅呈现出正相关关系。需要指出，弹簧在一个竖向加载-卸载循环内，加载的起点应该与卸载的终点相重合。在极限变形位移幅条件下弹簧的静态损耗因子即为弹簧的最大静态损耗因子；当施加在弹簧上的变形位移超过极限位移幅时，弹簧在卸载后无法回到加载的起始原点(即弹簧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，所述螺旋弹簧的材质的显微组织主要为ε马氏体和奥氏体组织，其还可以包含有α′马氏体或碳化物，其中，ε马氏体在全部组织中的体积占比不少于75％；
3.根据权利要求1所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，所述螺旋弹簧的几何形状为圆柱螺旋弹簧或变径螺旋弹簧。
4.具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧组件，其特征在于，所述螺旋弹簧组件至少包含一根权利要求1-3中任一项所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧；
5.根据权利要求4所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧组件，其特征在于，部分或全部根数的螺旋弹簧包覆在高分子弹性体中，形成螺旋弹簧-高分子弹性体的部分复合体螺旋弹簧组件或复合体螺旋弹簧组件。
6.一种螺旋弹簧减隔振装置，其特征在于，所述螺旋弹簧减隔振装置由权利要求4或5所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧组件，以及顶座和底座组件、调节螺栓组件、限位环组成，其中，调节螺栓组件用来调节螺旋弹簧组件使用时的初始竖
7.具有阻尼和变刚度特性的蝶形弹簧，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的具有阻尼和变刚度特性的蝶形弹簧，其特征在于，所述蝶形弹簧的材质的显微组织主要为ε马氏体和奥氏体组织，其还可以包含有α′马氏体或碳化物，其中，ε马氏体在全部组织中的体积占比不少于75％；
9.具有阻尼和变刚度特性的蝶形弹簧组件，其特征在于，
10.一种蝶形弹簧减隔振装置，其特征在于，所述蝶形弹簧减隔振装置由权利要求9所述的具有阻尼和变刚度特性的蝶形弹簧组件，以及顶座和底座组件、导向轴、调节螺栓组件组成，其中，调节螺栓组件用来调节蝶形弹簧组件使用时的初始竖向高度；或，
...【技术特征摘要】
1.具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，所述螺旋弹簧的材质的显微组织主要为ε马氏体和奥氏体组织，其还可以包含有α′马氏体或碳化物，其中，ε马氏体在全部组织中的体积占比不少于75％；
3.根据权利要求1所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧，其特征在于，所述螺旋弹簧的几何形状为圆柱螺旋弹簧或变径螺旋弹簧。
4.具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧组件，其特征在于，所述螺旋弹簧组件至少包含一根权利要求1-3中任一项所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧；
5.根据权利要求4所述的具有阻尼和变刚度特性的螺旋弹簧组件，其特征在于，部分或全部根数的螺旋弹簧包覆在高分子弹性体中，形成螺旋弹簧-高分子弹性体的部分复合体螺旋弹簧组件或复合体螺旋弹簧组件。
6.一种螺旋弹簧减隔振...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨蔚涛，涂田刚，杨旗，朱明婉，王敏，
申请(专利权)人：上海材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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