專利名稱：仿生耦合減振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生機(jī)械，特指一種用于抗振動(dòng)沖擊防護(hù)的仿生耦合減振器。
背景技術(shù)：
振動(dòng)、沖擊等多種隨機(jī)因素在不同工作條件下的激勵(lì)和耦合，形成了極為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，成為制約各類設(shè)備工作可靠性、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的重要因素，長(zhǎng)期以來人們始終致力減振緩沖的理論和技術(shù)研究。目前技術(shù)難題現(xiàn)有減振器技術(shù)在衰減振動(dòng)時(shí)，不能兼顧抗大沖擊或根本就不能兼顧沖擊，且不能實(shí)現(xiàn)三向減振抗沖功能。
近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，新的振動(dòng)理論、測(cè)試技術(shù)、新型的抗振動(dòng)沖擊介質(zhì)材料和器件不斷涌現(xiàn)。減振防沖，實(shí)際上涉及到社會(huì)生活的各個(gè)方面，無論是航天工業(yè)及軍用設(shè)備的防護(hù)，還是汽車制造業(yè)及其它工程領(lǐng)域，人們都將減振抗沖技術(shù)的研究作為設(shè)備性能和安全的重要研究?jī)?nèi)容，例如隨著高阻尼粘彈材料生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)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(jī)振動(dòng)的多共振峰問題上取得良好效果；美國(guó)研究開發(fā)的具有高可靠性的鋼絲繩減振器，借助良好的非線性阻尼和剛度匹配設(shè)計(jì)，使其在良好的減振性能，在加固技術(shù)中倍受青睞。在此基礎(chǔ)上由中科院力學(xué)研究所、航天部623所、江南大學(xué)等參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)與開發(fā)了多系列鋼絲繩減振器，也極大地豐富了國(guó)內(nèi)在航天與其他領(lǐng)域中的應(yīng)用。另外國(guó)內(nèi)東南大學(xué)和上海交大參照美國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家減振技術(shù)應(yīng)用彈簧剛度與附加的可變庫侖阻尼進(jìn)行了較成功的匹配而開發(fā)了無諧峰減振器(該類型僅具有單向減振功能)和復(fù)合減振器(結(jié)構(gòu)及性能與無諧峰減振器類似)。楊平等研制設(shè)計(jì)了多介質(zhì)耦合減振器、油阻尼減振器等并研究了特性獲得了較好的兼顧抗振動(dòng)沖擊性能。但這些減振器件大多不能兼顧抗沖擊，更不用說抗大沖擊，因此無法滿足沒備在環(huán)境越來越惡劣的條件下安全可靠工作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)實(shí)現(xiàn)兼顧抗大振動(dòng)和沖擊的技術(shù)難題，為解決現(xiàn)有減振器技術(shù)在衰減振動(dòng)時(shí)，不能兼顧抗大沖擊或根本就不能兼顧抗振動(dòng)和沖擊的缺點(diǎn)，提供一種可實(shí)現(xiàn)三向減振抗沖功能的仿生耦合減振器。
實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的技術(shù)方案為仿生耦合減振器由鋼絲繩(網(wǎng))、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構(gòu)成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網(wǎng)罩構(gòu)成罩架結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用阻尼板與位于其上方的橡膠罩和位于其下方的橡膠膜構(gòu)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征的物理結(jié)構(gòu)。
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(fā)明通過借鑒啄木鳥頭頸部特性即啄木鳥頭頸具有一層海綿狀的骨骼并吸附著許多液體在頸部具有薄膜構(gòu)成了微小空氣間隙，同時(shí)具備強(qiáng)有力的肌肉系統(tǒng)、和骨架，從而形成了抗大振動(dòng)沖擊功能的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用了鋼絲繩(鋼絲網(wǎng))、油液、空氣、橡膠等多種介質(zhì)設(shè)計(jì)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(yōu)越的衰減振動(dòng)性能、油液阻尼優(yōu)越的抗大沖擊性能和空氣擠壓非線性調(diào)整特性進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)仿生抗振動(dòng)沖擊防護(hù)功能。
采用若干股鋼絲繩構(gòu)成一罩架結(jié)構(gòu)，一般可設(shè)計(jì)3～8股，亦可視尺寸要求設(shè)計(jì)為鋼絲網(wǎng)罩型式，特性相同，該罩架結(jié)構(gòu)可設(shè)置于油腔內(nèi)進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)，該罩架結(jié)構(gòu)工作時(shí)表現(xiàn)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(shè)計(jì)阻尼板與橡膠罩及橡膠膜構(gòu)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(dòng)激勵(lì)作用時(shí)，油液擠壓空氣形成泵動(dòng)作用使油液串流而產(chǎn)生油阻尼并結(jié)合鋼絲繩庫倫阻尼來衰減振動(dòng)，油液阻尼隨振動(dòng)激勵(lì)的振幅變化而變化，大振幅振動(dòng)時(shí)使上安裝板與底座間相對(duì)位移大，則泵動(dòng)作用強(qiáng)，產(chǎn)生較大油阻尼并結(jié)合此時(shí)已產(chǎn)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(dòng)時(shí)使上安裝板與底座間相對(duì)位移小，則泵動(dòng)作用弱，產(chǎn)生微小油阻尼，而此時(shí)鋼絲繩庫倫阻尼不產(chǎn)生作用來適應(yīng)隔振，從而模仿啄木鳥頭頸部筋皮特性及吸附的液體流動(dòng)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(diào)節(jié)剛度和阻尼的作用。針對(duì)沖擊激勵(lì)瞬時(shí)性，該仿生減振器具有產(chǎn)生大變形的特性，減振器一方面設(shè)計(jì)具有軟剛度特性的鋼絲繩產(chǎn)生大變形將能量存儲(chǔ)，該特性使上安裝板與底座間相對(duì)空間獲得最充分的利用，另一方面此時(shí)由于大變形導(dǎo)致強(qiáng)烈的泵動(dòng)作用而產(chǎn)生很大的油阻尼并結(jié)合已產(chǎn)生作用的庫倫阻尼來將沖擊能量緩慢衰減，并可獲得較小的沖擊傳遞率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為具有在三個(gè)方向同時(shí)兼顧衰減大振動(dòng)和抗大沖擊的能力，通用性很強(qiáng)，該仿生減振器在與主激勵(lì)方向垂直的水平面各方向亦具有減振抗沖特性，但工作性能較主激勵(lì)方向稍差，并具有結(jié)構(gòu)微小、制造方便的特點(diǎn)。其可用于車載、船載和機(jī)載電子信息設(shè)備抗振動(dòng)沖擊防護(hù)等需要減振抗沖的方面，尤其是抗大振動(dòng)沖擊方面。


圖1為仿生耦合減振器實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意2為仿生耦合減振器實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意3為仿生耦合減振器在MEMS制造平臺(tái)中的應(yīng)用圖4為仿生耦合減振器在車載電子設(shè)備中的應(yīng)用1-底座 2-鋼絲繩(3～8股) 3-橡膠罩 4-上安裝板及螺釘桿 5-橡膠膜 6-壓板 7-阻尼板 8-油液，9-螺釘 10-壓環(huán) 11-螺釘桿 12-鋼絲繩冠形架(網(wǎng)罩)(3-8股左右) 13-MEMS器件及封裝 14-仿生減振器 15-MEMS制造平臺(tái) 16-車輛 17-電子設(shè)備具體實(shí)施方式
如圖1所示，實(shí)施例1采用若干股鋼絲繩構(gòu)成一罩架結(jié)構(gòu)2，一般采用3～8股，其中阻尼板7與橡膠罩3及橡膠膜5構(gòu)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8一般可采用硅油。由此實(shí)現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)耦合形成類似啄木鳥頭頸部特征的物理結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到利用鋼絲繩優(yōu)越的衰減振動(dòng)性能、油液阻尼優(yōu)越的抗大沖擊性能和空氣擠壓非線性調(diào)整特性來實(shí)現(xiàn)仿生抗振動(dòng)沖擊防護(hù)功能的目標(biāo)。
如圖2所示，實(shí)施例2采用若干股鋼絲繩構(gòu)成冠形罩架結(jié)構(gòu)12，一般采用3～8股，其置于橡膠罩3內(nèi)。其中阻尼板7與橡膠罩3及橡膠膜5構(gòu)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8一般可采用硅油。
設(shè)計(jì)時(shí)按需要承受的額定質(zhì)量計(jì)算鋼絲繩的初剛度，使固有頻率最好落在5～20Hz左右，并設(shè)計(jì)計(jì)算阻尼板的面積比率在1/6～1/20范圍內(nèi)，空氣腔體積與油液腔的比率在1/2～1/10。在保證上述參數(shù)時(shí)可依據(jù)其它要求將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成微小型和中大型，該結(jié)構(gòu)的制造比較簡(jiǎn)便。鋼絲繩與上安裝板的聯(lián)結(jié)可視尺寸采用整股穿繞接、膠接或焊接。
表1仿生耦合減振器參數(shù)性能


仿生減振器適合抗10g～500g/11ms的大沖擊或更強(qiáng)沖擊及總均方根值為1g～300g/2～200Hz或更強(qiáng)隨機(jī)振動(dòng)，因此適合各種動(dòng)力環(huán)境下的設(shè)備抗振動(dòng)沖擊防護(hù)，特別是針對(duì)減振抗沖性能要求較高的電子信息設(shè)備及在惡劣環(huán)境下的防護(hù)。
如圖3、4所示，本發(fā)明仿生耦合減振器在MEMS制造平臺(tái)中的應(yīng)用，以及仿生耦合減振器在車載電子設(shè)備中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.仿生耦合減振器，其特征在于由鋼絲繩、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構(gòu)成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網(wǎng)罩構(gòu)成罩架結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用阻尼板與位于其上方的橡膠罩和位于其下方的橡膠膜構(gòu)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征的物理結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生耦合減振器，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的仿生耦合減振器，其特征在于上述若干股鋼絲繩構(gòu)成的罩架結(jié)構(gòu)，其為3～8股，亦可為鋼絲網(wǎng)罩型式，該罩架結(jié)構(gòu)亦可置于橡膠罩內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及仿生機(jī)械，特指一種用于抗振動(dòng)沖擊防護(hù)的仿生耦合減振器，可用于車載、船載和機(jī)載電子信息設(shè)備抗振動(dòng)沖擊防護(hù)等需要減振抗沖的方面，尤其是抗大振動(dòng)沖擊方面。其由鋼絲繩(網(wǎng))、油液、空氣、阻尼板、橡膠罩、橡膠膜及底座耦合構(gòu)成的，若干股鋼絲繩或鋼絲網(wǎng)罩構(gòu)成罩架結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用阻尼板與位于其上方的橡膠罩和位于其下方的橡膠膜構(gòu)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征的物理結(jié)構(gòu)。其有在三個(gè)方向同時(shí)兼顧衰減大振動(dòng)和抗大沖擊的能力，通用性很強(qiáng)，并具有結(jié)構(gòu)微小、制造方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16F9/06GK1786509SQ20051012301
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者楊平 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)