一種梯度阻尼件的製作方法

2023-08-09 17:57:56

專利名稱：一種梯度阻尼件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種梯度阻尼件。特別是涉及以多孔鋁合金複合材料為支撐端子、以合金棒為支撐杆的具有三明治構造梯度阻尼器件。
背景技術：
阻尼件或裝置廣泛應用在各種生產和生活領域。僅中國專利局近7年來公開和授權的阻尼件或裝置的中國專利就有800多項，平均每年100項以上；但其中梯度阻尼件很少，不超過1%。原因之
一在於阻尼原始性創新的新材料太少，梯度阻尼設計面臨無新材料可選的尷尬境地。目前梯度阻尼
件設計面臨主要問題是廣泛應用的"橡膠鋼板"和"鋼彈簧-橡膠棒"，其材料之間的阻尼梯度和剛度梯度相差太大和橡膠年久老化等問題。
例如鋼板或彈簧的材質的剛度(靜態力學中的屈服強度或動態力學中的彈性摸量)大於橡膠
1000倍以上，而其阻尼係數(損耗因子Q—i或阻尼因子tan5)又小於橡膠1000倍以上，兩種材料之間密切相關梯度指標相差如此之大，以至於器件設計中只能利用各自優點(剛度和阻尼)，梯度指標之間大跨越現象一直存在並難以用合適材料彌補梯度間隔；壓縮性能和阻尼性能等梯度指標之間存在大跨越現象類似。另外，器件庫存期受到橡膠老化的限制，表現在鋼彈簧或鋼板在通常庫存環境中可保存百年以上；而其器件中的普通橡膠過5年就表現出彈性降低或降解等嚴重老化症狀。這種材料庫存其梯度大跨越的存在使其在國防領域中應用造成困難。諸如和平時期至少應該保存一定量、防止因發生戰爭所需要的移動飛彈發射運載工具上阻尼件、或空投坦克、輕兵器以及其它戰略物資所需要阻尼件。
1999年，美國專利商標局公開了美國海軍部申請的題為"輕量化高阻尼的多孔金屬-酞腈複合材料"的USP5，895，726號專利，該專利揭示在10Hz以內頻段、所發明材料阻尼係數(阻尼因子tanS)的梯度可達到5—3的梯度間隔；並材料具有很好抗腐蝕。顯然、該發明相對不足表現在仍存在耐壓過小而限制應用、酞腈材料降解而導致庫存期剃度跨越大等弊端。
2003年，中國專利局公開了德國西門子公司申請的題為"具有減振阻尼層板的核自旋斷層造影裝置"的02141531.5號專利，該專利揭示對於醫院中普遍使用的"核磁檢測儀"採用主動的梯度阻尼和被動的梯度阻尼設計；其中主動梯度阻尼採用了梯度磁阻尼控制；被動梯度阻尼設計器件更多，雖然揭示了許多被動梯度阻尼件結構設計，但其選材僅僅揭示橡膠一種，更多材料並未揭示，因此，很難從該發明被動梯度阻尼件設計上獲得啟發。
2007年，中國專利局公開了上海東華大學申請的題為"一種梯度雜化體減振複合材料及其製備方法"的200710040573.7號專利，該專利揭示利用聚合物雜化材料的組分不同所導致的阻尼係數、剛度和壓縮強度等的不同原理，獲得呈梯度變化的減振複合材料，其中複合材料阻尼係數的梯度(阻尼因子tanS)可達到的梯度間隔為4~0.3。該發明優點在於為解決構成阻尼件材料的剛度、壓縮性、阻尼性和庫存期梯度跨越大的難題奠定材料基礎；但其相對不足為所發明聚合物材料與鋁多孔材料相比、在耐溫性、保存或使用壽命等方面有很大差距。
2007年，中國專利局公開了德國威伯科有限合夥公司申請的題為"用於壓縮空氣裝置的消音器"的200580024576. O號專利，該專利揭示對於汽車等普遍使用的"通風等車內空調"等裝置，使用
3與普通塑料編織袋成分相近的低成本原料，可設計出通過風壓梯度控制達到降低噪音目的的器件。但構成阻尼件材料的剛度、壓縮性、阻尼性和庫存期梯度跨越大的問題沒有得到解決。
2007年，中國專利局公開了題為"一種輕質碳酸鈣解絮機"的200620132174.4號專利，該專
利申請保護強震測械中的解絮機與梯度阻尼相關尺寸或結構方面設計，但選材未揭示。顯然，構成阻尼件材料的剛度、壓縮性、阻尼性和庫存期梯度跨越大的問題該發明沒有注意。
2007年，中國專利局公開了題為"減小高塔結構風振響應的動力吸振和耗能裝置"的200520120271.7號專利，該發明針對各個城市存在的電視發射塔風擺振動，利用傳統而有效的"鋼絲繩"減震原理，結合常用壓縮彈簧和橡膠件等，設計與梯度阻尼減震相關的系統設計。但構成阻尼件材料的剛度、壓縮性、阻尼性和庫存期梯度跨越大的問題沒有得到解決。
2007年，中國專利局授權了中國科學院長春應用化學研究所申請的題為"高鎂鋁合金-膨脹礦石複合材料的製備方法"的ZL200510119107.9號專利，該專利揭示以防鏽鋁與抗腐蝕天然泡沬玻璃為原料所獲得的多孔複合材料，壓縮強度可控制在50—254MPa之間，這意味著利於克服通常泡沫鋁作為阻尼材料耐壓過小(壓縮強度在3—38MPa之間)而限制其設計梯度阻尼件的弊端；為解決鋁合金阻尼件梯度跨越大的難題奠定材料基礎；也為阻尼件材料庫存期梯度跨越大難題的解決奠定材料基礎。相似專利還有2007年中國專利局授權的題為"鎂合金-珍珠巖泡沫複合材料的製備方法"的ZL200510119108.3號專利，2007年中國專利局公開的題為"多孔鎂合金和多孔鋁所用造孔劑的製備方法及其造孔方法"的200610163259. 3號專利等。發明內容
為解決鋁合金阻尼件梯度跨越大及阻尼件材料庫存期梯度跨越大難題，本實用新型提供一種梯度阻尼件。
本發明設計原理在於
(1) 、已知構成三明治結構阻尼件器件中的支撐端子部分的多孔鋁合金材料壓縮強度最大值可達到254MPa(中國專利ZL200510119107.9)。夾帶氣體鑄造所鑄造出合金件必產生氣孔為已知常識。
氣孔導致力學性能下降；對於構成三明治結構阻尼器件中的支撐杆部分的鋁合金杆、由於氣孔導致壓縮強度獲得最小值，並向380 MPa靠近；由此達到支撐端子和支撐杆壓縮強度梯度縮小的目的。
(2) 、鑄造氣孔屬於結構材料的鑄造缺陷；而結構材料的鑄造缺陷又是具有阻尼特性功能材料的阻尼產生根源；對於構成三明治結構阻尼器件中的支撐杆部分的鋁合金杆、由於氣孔導致阻尼係數最大化，並向支撐端子部分的多孔鋁合金材料的阻尼係數靠近由此達到支撐端子和支撐杆阻尼係數梯度縮小的目的。
(3) 、滲流鑄造為合金液體在支撐顆粒空隙中流過的鑄造，如果支撐顆粒被局部排空則合金液體從排空處直接流過或因停止滲流而在排空處凝固，這些為已知鑄造常識；當該"排空處"形狀為圓杆形；多孔鋁合金支撐端子和圓杆形的支撐杆在同一滲流鑄造模具中實現自然連接。
一種梯度阻尼件是具有三明治構造的梯度阻尼器件，其由有兩個圓柱體l、 2為支撐端子，兩個圓柱體l、 2之間夾有合金棒3、 4、 5、 6和7為支撐杆；
所述的兩個圓柱體l、 2的外型尺寸相同，圓柱體直徑12的小d是自身高度ll的Hd的2倍或3倍；梯度阻尼件的主軸線8的L。通過兩個圓柱體直徑(l)d的中點並與圓柱體中的圓平面垂直；
所述的五根合金圓棒3、 4、 5、 6和7的外型和尺寸也相同，每根合金圓棒的直徑10的)z為圓柱體l、 2的直徑(J)d的l/5至l/8;每根合金圓棒的高度9的hd等於圓柱體l、 2的高度Ha或為Hd高度的2倍；每根合金圓棒在其高度hd方向上相互平行豎立並與梯度阻尼件的主軸線8平行；每根合金圓棒任意一端都具有一個圓平面並且該圓平面上也一定具有一個圓心點，五根合金圓棒任意一
端五個圓平面上的五個圓心點在一個平面上，該平面與主軸線8垂直，該平面上五個圓心點中的每一個圓心點距離主軸線8最短距離相等且等於圓柱體1、 2直徑(])d的l/3至l/4;同時該平面上五個圓心點中的任意兩個相臨圓心點的直線距離相等；合金圓棒3、 4、 5、 6和7嵌入到梯度阻尼件的圓柱體l、 2中，合金圓棒3、 4、 5、 6和7的每一根嵌入到圓柱體中深度相等並等於圓柱體1、 2的高度Hd的l/5或2/5;
所述的嵌入式連接的形成採用工業上已知的同一模具中滲流和直流聯合鑄造方式。即利用鋁合金液體、在圓柱體1和2內球形膨脹珍珠巖空隙中"滲流"該合金液體，而在留有五根合金圓棒形的空模中"直流"該合金液體，"滲流"和"直流"在同一模具內進行，由此實現五根合金圓棒3、4、 5、 6和7與兩個圓柱體1和2之間形成自然金屬連接。
所獲得的梯度阻尼件，當外來重物沿著示意


圖1中主軸線8方向壓在本發明梯度阻尼件上的時候，其壓力首先促使圓柱體1和2產生應變趨勢，並且只有當該外來重物施加壓力超過圓柱體最大壓縮強度值時圓柱體1和2才能產生變形，否則，該圓柱體發揮正常阻尼件工效；當外來重物施加壓力足夠大，以至於壓扁圓柱體1和2，兩個圓柱體發揮緩衝作用後，被壓扁的圓柱體可以將外來重物施加足夠大壓力傳遞給五根合金圓棒，只有該足夠大壓力超過五根合金圓棒最大壓縮強度值時、五根合金圓棒才能產生變形，否則，五根合金圓棒發揮正常阻尼件工效。由此實現壓縮性、阻尼性和剛度的梯度目標。
本發明的設計方法優點在於-
(1) 、本發明所設計梯度阻尼件形狀、尺寸比例及內部構造，利於並能夠實現鋁合金液體在同一模具中滲流和直流同時完成，由此實現製造梯度阻尼件的目的。
(2) 、本發明所設計梯度阻尼件形狀、尺寸比例及內部構造，利於並能夠實現阻尼和壓縮強度梯度減小的發明目的。
(3) 、本發明所設計在器件中功用為支撐端子的兩個高阻尼圓柱體，其與在器件件中功用為支撐杆的五根高壓縮強度合金圓棒，所用材質相同，利於並能夠解決"庫存期梯度跨越大"的問題。
圖1是本發明梯度阻尼件的結構示意圖。
具體實施方式
實施例l
示意
圖1中的所述的兩個圓柱體1、 2是由多孔鋁合金複合材料製備的。製造本發明的梯度阻尼件過程中，首先根據應用場合固定兩個圓柱體1和2直徑12的(l)d的具體尺寸數值；然後就可以確定其他組件的儲存尺寸。所述的兩個圓柱體l、 2的外型尺寸相同，圓柱體直徑12的(d是自身高度l l的Hd的2倍或3倍;梯度阻尼件的主軸線8的L。通過兩個圓柱體直徑)d的中點並與圓柱體中的圓平面垂直；
所述的五根合金圓棒3、 4、 5、 6和7的外型和尺寸也相同，每根合金圓棒的直徑10的)z為圓柱體1、 2的直徑)d的l/5至l/8;每根合金圓棒的高度9的hd等於圓柱體1、 2的高度Ha或為Hd高度的2倍；每根合金圓棒在其高度hd方向上相互平行豎立並與梯度阻尼件的主軸線8平行；每根合金圓棒任意一端都具有一個圓平面並且該圓平面上也一定具有一個圓心點，五根合金圓棒任意一端五個圓平面上的五個圓心點在一個平面上，該平面與主軸線8垂直，該平面上五個圓心點中的每一個圓心點距離主軸線8最短距離相等且等於圓柱體1、 2直徑小d的l/3至l/4;同時該平面上五個圓心點中的任意兩個相臨圓心點的直線距離相等；合金圓棒3、 4、 5、 6和7嵌入到梯度阻尼件的 圓柱體l、 2中，合金圓棒3、 4、 5、 6和7的每一根嵌入到圓柱體中深度相等並等於圓柱體1、 2的 髙度Hd的l/5或2/5;
所述的嵌入式連接的形成釆用工業上已知的同一模具中滲流和直流聯合鑄造方式。即利用鋁合 金液體、在圓柱體1和2內球形膨脹珍珠巖空隙中"滲流"該合金液體，而在留有五根合金圓棒形 的空模中"直流"該合金液體，"滲流"和"直流"在同一模具內進行，由此實現五根合金圓棒3、 4、 5、 6和7與兩個圓柱體1和2之間形成自然金屬連接。
所獲得的如示意
圖1中構形的梯度阻尼件，當外來重物壓在沿著示意
圖1中主軸線8方向壓在 本發明梯度阻尼件上的時候，其壓力首先促使圓柱體1和2產生應變趨勢，並且只有當該外來重物 施加壓力超過圓柱體最大壓縮強度值時圓柱體1和2才能產生變形，否則，該圓柱體發揮正常阻尼 件工效；當外來重物施加壓力足夠大，以至於壓扁圓柱體1和2，兩個圓柱體發揮緩衝作用後，被 壓扁的圓柱體可以將外來重物施加足夠大壓力傳遞給五根合金圓棒，只有該足夠大壓力超過五根合 金圓棒最大壓縮強度值時、五根合金圓棒才能產生變形，否則，五根合金圓棒發揮正常阻尼件工效。 由此實現壓縮性、阻尼性和剛度的梯度目標。
權利要求1、一種梯度阻尼件，其特徵在於，其是具有三明治構造的梯度阻尼器件，其由有兩個圓柱體(1)、(2)為支撐端子，兩個圓柱體(1)、(2)之間夾有合金棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)為支撐杆；所述的兩個圓柱體(1)、(2)的外型尺寸相同，圓柱體直徑(12)的φd是自身高度(11)的Hd的2倍或3倍；梯度阻尼件的主軸線(8)的LQ通過兩個圓柱體直徑φd的中點並與圓柱體中的圓平面垂直；所述的五根合金圓棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)的外型和尺寸也相同，每根合金圓棒的直徑(10)的φz為圓柱體(1)、(2)的直徑φd的1/5至1/8；每根合金圓棒的高度(9)的hd等於圓柱體(1)、(2)的高度Hd或為Hd高度的2倍；每根合金圓棒在其高度hd方向上相互平行豎立並與梯度阻尼件的主軸線(8)平行；每根合金圓棒任意一端都具有一個圓平面並且該圓平面上也一定具有一個圓心點，五根合金圓棒任意一端五個圓平面上的五個圓心點在一個平面上，該平面與主軸線(8)垂直，該平面上五個圓心點中的每一個圓心點距離主軸線(8)最短距離相等且等於圓柱體(1)、(2)直徑φd的1/3至1/4；同時該平面上五個圓心點中的任意兩個相臨圓心點的直線距離相等；合金圓棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)嵌入到梯度阻尼件的圓柱體(1)、(2)中，合金圓棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)的每一根嵌入到圓柱體中深度相等並等於圓柱體(1)、(2)的高度Hd的1/5或2/5。
專利摘要本實用新型提供了一種梯度阻尼件。為解決鋁合金阻尼件壓縮性、阻尼性、剛度和庫存期梯度跨越大的技術難題，採用了具有三明治構造的梯度阻尼器件。其由有兩個圓柱體(1)、(2)為支撐端子，兩個圓柱體(1)、(2)之間夾有合金棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)為支撐杆構成；所述的支撐端子為多孔鋁合金複合材料。本實用新型提供一種梯度阻尼件是採用同一模具中滲流和直流聯合鑄造方式獲得的。其解決了目前阻尼件的壓縮性、阻尼性、剛度和庫存期梯度跨越大的問題，達到了發明目的。
文檔編號F16F15/02GK201281100SQ20082007142
公開日2009年7月29日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者吳耀明, 畢廣利, 王立東, 王立民, 董含武, 鄧志安 申請人:中國科學院長春應用化學研究所