仿生耦合減振器的製作方法
2023-05-19 16:18:31 2
專利名稱：仿生耦合減振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及仿生機械，特指一種用於抗振動衝擊防護的仿生耦合減振器。
背景技術：
振動、衝擊等多種隨機因素在不同工作條件下的激勵和耦合，形成了極為複雜的動力學環境，成為制約各類設備工作可靠性、運動穩定性的重要因素，長期以來人們始終致力減振緩衝的理論和技術研究。目前技術難題現有減振器技術在衰減振動時，不能兼顧抗大衝擊或根本就不能兼顧衝擊，且不能實現三向減振抗衝功能。
近幾十年來，隨著科學技術的高度發展，新的振動理論、測試技術、新型的抗振動衝擊介質材料和器件不斷湧現。減振防衝，實際上涉及到社會生活的各個方面，無論是航天工業及軍用設備的防護，還是汽車製造業及其它工程領域，人們都將減振抗衝技術的研究作為設備性能和安全的重要研究內容，例如隨著高阻尼粘彈材料生產技術的進步與成熟，約束阻尼減振理論在解決近代大量存在的寬頻帶隨機振動的多共振峰問題上取得良好效果；美國研究開發的具有高可靠性的鋼絲繩減振器，藉助良好的非線性阻尼和剛度匹配設計，使其在良好的減振性能，在加固技術中倍受青睞。在此基礎上由中科院力學研究所、航天部623所、江南大學等參照美國標準引進與開發了多系列鋼絲繩減振器，也極大地豐富了國內在航天與其他領域中的應用。另外國內東南大學和上海交大參照美國和德國等發達國家減振技術應用彈簧剛度與附加的可變庫侖阻尼進行了較成功的匹配而開發了無諧峰減振器(該類型僅具有單向減振功能)和複合減振器(結構及性能與無諧峰減振器類似)。楊平等研製設計了多介質耦合減振器、油阻尼減振器等並研究了特性獲得了較好的兼顧抗振動衝擊性能。但這些減振器件大多不能兼顧抗衝擊，更不用說抗大衝擊，因此無法滿足沒備在環境越來越惡劣的條件下安全可靠工作的要求。
發明內容
本發明的目的是針對實現兼顧抗大振動和衝擊的技術難題，為解決現有減振器技術在衰減振動時，不能兼顧抗大衝擊或根本就不能兼顧抗振動和衝擊的缺點，提供一種可實現三向減振抗衝功能的仿生耦合減振器。
實現上述技術目的的技術方案為仿生耦合減振器由鋼絲繩(網)、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網罩構成罩架結構，同時利用阻尼板與位於其上方的橡膠罩和位於其下方的橡膠膜構成油液串流上、下腔室，且橡膠膜與底座形成空氣擠壓腔，形成類似啄木鳥頭頸部特徵的物理結構。
且鋼絲繩的初剛度滿足固有頻率為5～20Hz，阻尼板的面積比率在1/6～1/20，空氣腔體積與油液腔的比率在1/2～1/10。
本發明通過借鑑啄木鳥頭頸部特性即啄木鳥頭頸具有一層海綿狀的骨骼並吸附著許多液體在頸部具有薄膜構成了微小空氣間隙，同時具備強有力的肌肉系統、和骨架，從而形成了抗大振動衝擊功能的結構特點，利用了鋼絲繩(鋼絲網)、油液、空氣、橡膠等多種介質設計形成了一種仿生耦合型減振器，該仿生型減振器利用鋼絲繩優越的衰減振動性能、油液阻尼優越的抗大衝擊性能和空氣擠壓非線性調整特性進行耦合設計來實現仿生抗振動衝擊防護功能。
採用若干股鋼絲繩構成一罩架結構，一般可設計3～8股，亦可視尺寸要求設計為鋼絲網罩型式，特性相同，該罩架結構可設置於油腔內進一步減小結構，該罩架結構工作時表現出具有一定的剛度和庫倫阻尼，從而模仿啄木鳥頭頸部筋骨特性，設計阻尼板與橡膠罩及橡膠膜構成油液串流上、下腔室，剛度極小的橡膠膜與底座形成空氣擠壓腔；振動激勵作用時，油液擠壓空氣形成泵動作用使油液串流而產生油阻尼並結合鋼絲繩庫倫阻尼來衰減振動，油液阻尼隨振動激勵的振幅變化而變化，大振幅振動時使上安裝板與底座間相對位移大，則泵動作用強，產生較大油阻尼並結合此時已產生作用的鋼絲繩庫倫阻尼米抑制大振峰，例如共振峰；小振幅振動時使上安裝板與底座間相對位移小，則泵動作用弱，產生微小油阻尼，而此時鋼絲繩庫倫阻尼不產生作用來適應隔振，從而模仿啄木鳥頭頸部筋皮特性及吸附的液體流動特性，擠壓空氣模仿啄木鳥頸部的微小空氣間隙特性，從而起到調節剛度和阻尼的作用。針對衝擊激勵瞬時性，該仿生減振器具有產生大變形的特性，減振器一方面設計具有軟剛度特性的鋼絲繩產生大變形將能量存儲，該特性使上安裝板與底座間相對空間獲得最充分的利用，另一方面此時由於大變形導致強烈的泵動作用而產生很大的油阻尼並結合已產生作用的庫倫阻尼來將衝擊能量緩慢衰減，並可獲得較小的衝擊傳遞率。
本發明的優點為具有在三個方向同時兼顧衰減大振動和抗大衝擊的能力，通用性很強，該仿生減振器在與主激勵方向垂直的水平面各方向亦具有減振抗衝特性，但工作性能較主激勵方向稍差，並具有結構微小、製造方便的特點。其可用於車載、船載和機載電子信息設備抗振動衝擊防護等需要減振抗衝的方面，尤其是抗大振動衝擊方面。
圖1為仿生耦合減振器實施例1結構示意2為仿生耦合減振器實施例2結構示意3為仿生耦合減振器在MEMS製造平臺中的應用圖4為仿生耦合減振器在車載電子設備中的應用1-底座 2-鋼絲繩(3～8股) 3-橡膠罩 4-上安裝板及螺釘杆 5-橡膠膜 6-壓板 7-阻尼板 8-油液，9-螺釘 10-壓環 11-螺釘杆 12-鋼絲繩冠形架(網罩)(3-8股左右) 13-MEMS器件及封裝 14-仿生減振器 15-MEMS製造平臺 16-車輛 17-電子設備具體實施方式
如圖1所示，實施例1採用若干股鋼絲繩構成一罩架結構2，一般採用3～8股，其中阻尼板7與橡膠罩3及橡膠膜5構成油液串流上、下腔室，剛度極小的橡膠膜5與底座1形成空氣擠壓腔，油液8一般可採用矽油。由此實現材料和結構耦合形成類似啄木鳥頭頸部特徵的物理結構，從而達到利用鋼絲繩優越的衰減振動性能、油液阻尼優越的抗大衝擊性能和空氣擠壓非線性調整特性來實現仿生抗振動衝擊防護功能的目標。
如圖2所示，實施例2採用若干股鋼絲繩構成冠形罩架結構12，一般採用3～8股，其置於橡膠罩3內。其中阻尼板7與橡膠罩3及橡膠膜5構成油液串流上、下腔室，剛度極小的橡膠膜5與底座1形成空氣擠壓腔，油液8一般可採用矽油。
設計時按需要承受的額定質量計算鋼絲繩的初剛度，使固有頻率最好落在5～20Hz左右，並設計計算阻尼板的面積比率在1/6～1/20範圍內，空氣腔體積與油液腔的比率在1/2～1/10。在保證上述參數時可依據其它要求將結構設計成微小型和中大型，該結構的製造比較簡便。鋼絲繩與上安裝板的聯結可視尺寸採用整股穿繞接、膠接或焊接。
表1仿生耦合減振器參數性能
仿生減振器適合抗10g～500g/11ms的大衝擊或更強衝擊及總均方根值為1g～300g/2～200Hz或更強隨機振動，因此適合各種動力環境下的設備抗振動衝擊防護，特別是針對減振抗衝性能要求較高的電子信息設備及在惡劣環境下的防護。
如圖3、4所示，本發明仿生耦合減振器在MEMS製造平臺中的應用，以及仿生耦合減振器在車載電子設備中的應用。
權利要求
1.仿生耦合減振器，其特徵在於由鋼絲繩、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網罩構成罩架結構，同時利用阻尼板與位於其上方的橡膠罩和位於其下方的橡膠膜構成油液串流上、下腔室，且橡膠膜與底座形成空氣擠壓腔，形成類似啄木鳥頭頸部特徵的物理結構。
2.根據權利要求1所述的仿生耦合減振器，其特徵在於鋼絲繩的初剛度滿足固有頻率為5～20Hz，阻尼板的面積比率在1/6～1/20，空氣腔體積與油液腔的比率在1/2～1/10。
3.根據權利要求1所述的仿生耦合減振器，其特徵在於上述若干股鋼絲繩構成的罩架結構，其為3～8股，亦可為鋼絲網罩型式，該罩架結構亦可置於橡膠罩內。
全文摘要
本發明涉及仿生機械，特指一種用於抗振動衝擊防護的仿生耦合減振器，可用於車載、船載和機載電子信息設備抗振動衝擊防護等需要減振抗衝的方面，尤其是抗大振動衝擊方面。其由鋼絲繩(網)、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網罩構成罩架結構，同時利用阻尼板與位於其上方的橡膠罩和位於其下方的橡膠膜構成油液串流上、下腔室，且橡膠膜與底座形成空氣擠壓腔，形成類似啄木鳥頭頸部特徵的物理結構。其有在三個方向同時兼顧衰減大振動和抗大衝擊的能力，通用性很強，並具有結構微小、製造方便的特點。
文檔編號F16F9/06GK1786509SQ20051012301
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者楊平 申請人:江蘇大學