專利名稱：一種梯度阻尼件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梯度阻尼件。特別是涉及以多孔鋁合金復(fù)合材料為支撐端子、以合金棒為支撐桿的具有三明治構(gòu)造梯度阻尼器件。
背景技術(shù)：
阻尼件或裝置廣泛應(yīng)用在各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。僅中國專利局近7年來公開和授權(quán)的阻尼件或裝置的中國專利就有800多項(xiàng)，平均每年100項(xiàng)以上；但其中梯度阻尼件很少，不超過1%。原因之
一在于阻尼原始性創(chuàng)新的新材料太少，梯度阻尼設(shè)計(jì)面臨無新材料可選的尷尬境地。目前梯度阻尼
件設(shè)計(jì)面臨主要問題是廣泛應(yīng)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(zhì)的剛度(靜態(tài)力學(xué)中的屈服強(qiáng)度或動(dòng)態(tài)力學(xué)中的彈性摸量)大于橡膠
1000倍以上，而其阻尼系數(shù)(損耗因子Q—i或阻尼因子tan5)又小于橡膠1000倍以上，兩種材料之間密切相關(guān)梯度指標(biāo)相差如此之大，以至于器件設(shè)計(jì)中只能利用各自優(yōu)點(diǎn)(剛度和阻尼)，梯度指標(biāo)之間大跨越現(xiàn)象一直存在并難以用合適材料彌補(bǔ)梯度間隔；壓縮性能和阻尼性能等梯度指標(biāo)之間存在大跨越現(xiàn)象類似。另外，器件庫存期受到橡膠老化的限制，表現(xiàn)在鋼彈簧或鋼板在通常庫存環(huán)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(xiàn)出彈性降低或降解等嚴(yán)重老化癥狀。這種材料庫存其梯度大跨越的存在使其在國防領(lǐng)域中應(yīng)用造成困難。諸如和平時(shí)期至少應(yīng)該保存一定量、防止因發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)所需要的移動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射運(yùn)載工具上阻尼件、或空投坦克、輕兵器以及其它戰(zhàn)略物資所需要阻尼件。
1999年，美國專利商標(biāo)局公開了美國海軍部申請(qǐng)的題為"輕量化高阻尼的多孔金屬-酞腈復(fù)合材料"的USP5，895，726號(hào)專利，該專利揭示在10Hz以內(nèi)頻段、所發(fā)明材料阻尼系數(shù)(阻尼因子tanS)的梯度可達(dá)到5—3的梯度間隔；并材料具有很好抗腐蝕。顯然、該發(fā)明相對(duì)不足表現(xiàn)在仍存在耐壓過小而限制應(yīng)用、酞腈材料降解而導(dǎo)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(qǐng)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(hào)專利，該專利揭示對(duì)于醫(yī)院中普遍使用的"核磁檢測(cè)儀"采用主動(dòng)的梯度阻尼和被動(dòng)的梯度阻尼設(shè)計(jì)；其中主動(dòng)梯度阻尼采用了梯度磁阻尼控制；被動(dòng)梯度阻尼設(shè)計(jì)器件更多，雖然揭示了許多被動(dòng)梯度阻尼件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但其選材僅僅揭示橡膠一種，更多材料并未揭示，因此，很難從該發(fā)明被動(dòng)梯度阻尼件設(shè)計(jì)上獲得啟發(fā)。
2007年，中國專利局公開了上海東華大學(xué)申請(qǐng)的題為"一種梯度雜化體減振復(fù)合材料及其制備方法"的200710040573.7號(hào)專利，該專利揭示利用聚合物雜化材料的組分不同所導(dǎo)致的阻尼系數(shù)、剛度和壓縮強(qiáng)度等的不同原理，獲得呈梯度變化的減振復(fù)合材料，其中復(fù)合材料阻尼系數(shù)的梯度(阻尼因子tanS)可達(dá)到的梯度間隔為4~0.3。該發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于為解決構(gòu)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(chǔ)；但其相對(duì)不足為所發(fā)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伙公司申請(qǐng)的題為"用于壓縮空氣裝置的消音器"的200580024576. O號(hào)專利，該專利揭示對(duì)于汽車等普遍使用的"通風(fēng)等車內(nèi)空調(diào)"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(shè)計(jì)出通過風(fēng)壓梯度控制達(dá)到降低噪音目的的器件。但構(gòu)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(zhì)碳酸鈣解絮機(jī)"的200620132174.4號(hào)專利，該專
利申請(qǐng)保護(hù)強(qiáng)震測(cè)械中的解絮機(jī)與梯度阻尼相關(guān)尺寸或結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，但選材未揭示。顯然，構(gòu)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(fā)明沒有注意。
2007年，中國專利局公開了題為"減小高塔結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的動(dòng)力吸振和耗能裝置"的200520120271.7號(hào)專利，該發(fā)明針對(duì)各個(gè)城市存在的電視發(fā)射塔風(fēng)擺振動(dòng)，利用傳統(tǒng)而有效的"鋼絲繩"減震原理，結(jié)合常用壓縮彈簧和橡膠件等，設(shè)計(jì)與梯度阻尼減震相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但構(gòu)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(quán)了中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所申請(qǐng)的題為"高鎂鋁合金-膨脹礦石復(fù)合材料的制備方法"的ZL200510119107.9號(hào)專利，該專利揭示以防銹鋁與抗腐蝕天然泡沬玻璃為原料所獲得的多孔復(fù)合材料，壓縮強(qiáng)度可控制在50—254MPa之間，這意味著利于克服通常泡沫鋁作為阻尼材料耐壓過小(壓縮強(qiáng)度在3—38MPa之間)而限制其設(shè)計(jì)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(chǔ)；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(chǔ)。相似專利還有2007年中國專利局授權(quán)的題為"鎂合金-珍珠巖泡沫復(fù)合材料的制備方法"的ZL200510119108.3號(hào)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制備方法及其造孔方法"的200610163259. 3號(hào)專利等。發(fā)明內(nèi)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(shí)用新型提供一種梯度阻尼件。
本發(fā)明設(shè)計(jì)原理在于
(1) 、已知構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)阻尼件器件中的支撐端子部分的多孔鋁合金材料壓縮強(qiáng)度最大值可達(dá)到254MPa(中國專利ZL200510119107.9)。夾帶氣體鑄造所鑄造出合金件必產(chǎn)生氣孔為已知常識(shí)。
氣孔導(dǎo)致力學(xué)性能下降；對(duì)于構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)阻尼器件中的支撐桿部分的鋁合金桿、由于氣孔導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度獲得最小值，并向380 MPa靠近；由此達(dá)到支撐端子和支撐桿壓縮強(qiáng)度梯度縮小的目的。
(2) 、鑄造氣孔屬于結(jié)構(gòu)材料的鑄造缺陷；而結(jié)構(gòu)材料的鑄造缺陷又是具有阻尼特性功能材料的阻尼產(chǎn)生根源；對(duì)于構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)阻尼器件中的支撐桿部分的鋁合金桿、由于氣孔導(dǎo)致阻尼系數(shù)最大化，并向支撐端子部分的多孔鋁合金材料的阻尼系數(shù)靠近由此達(dá)到支撐端子和支撐桿阻尼系數(shù)梯度縮小的目的。
(3) 、滲流鑄造為合金液體在支撐顆?？障吨辛鬟^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?jié)B流而在排空處凝固，這些為已知鑄造常識(shí)；當(dāng)該"排空處"形狀為圓桿形；多孔鋁合金支撐端子和圓桿形的支撐桿在同一滲流鑄造模具中實(shí)現(xiàn)自然連接。
一種梯度阻尼件是具有三明治構(gòu)造的梯度阻尼器件，其由有兩個(gè)圓柱體l、 2為支撐端子，兩個(gè)圓柱體l、 2之間夾有合金棒3、 4、 5、 6和7為支撐桿；
所述的兩個(gè)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(gè)圓柱體直徑(l)d的中點(diǎn)并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等于圓柱體l、 2的高度Ha或?yàn)镠d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并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(gè)圓平面并且該圓平面上也一定具有一個(gè)圓心點(diǎn)，五根合金圓棒任意一
端五個(gè)圓平面上的五個(gè)圓心點(diǎn)在一個(gè)平面上，該平面與主軸線8垂直，該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的每一個(gè)圓心點(diǎn)距離主軸線8最短距離相等且等于圓柱體1、 2直徑(])d的l/3至l/4;同時(shí)該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的任意兩個(gè)相臨圓心點(diǎn)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并等于圓柱體1、 2的高度Hd的l/5或2/5;
所述的嵌入式連接的形成采用工業(yè)上已知的同一模具中滲流和直流聯(lián)合鑄造方式。即利用鋁合金液體、在圓柱體1和2內(nèi)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(nèi)進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)五根合金圓棒3、4、 5、 6和7與兩個(gè)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(dāng)外來重物沿著示意
圖1中主軸線8方向壓在本發(fā)明梯度阻尼件上的時(shí)候，其壓力首先促使圓柱體1和2產(chǎn)生應(yīng)變趨勢(shì)，并且只有當(dāng)該外來重物施加壓力超過圓柱體最大壓縮強(qiáng)度值時(shí)圓柱體1和2才能產(chǎn)生變形，否則，該圓柱體發(fā)揮正常阻尼件工效；當(dāng)外來重物施加壓力足夠大，以至于壓扁圓柱體1和2，兩個(gè)圓柱體發(fā)揮緩沖作用后，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(qiáng)度值時(shí)、五根合金圓棒才能產(chǎn)生變形，否則，五根合金圓棒發(fā)揮正常阻尼件工效。由此實(shí)現(xiàn)壓縮性、阻尼性和剛度的梯度目標(biāo)。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法優(yōu)點(diǎn)在于-
(1) 、本發(fā)明所設(shè)計(jì)梯度阻尼件形狀、尺寸比例及內(nèi)部構(gòu)造，利于并能夠?qū)崿F(xiàn)鋁合金液體在同一模具中滲流和直流同時(shí)完成，由此實(shí)現(xiàn)制造梯度阻尼件的目的。
(2) 、本發(fā)明所設(shè)計(jì)梯度阻尼件形狀、尺寸比例及內(nèi)部構(gòu)造，利于并能夠?qū)崿F(xiàn)阻尼和壓縮強(qiáng)度梯度減小的發(fā)明目的。
(3) 、本發(fā)明所設(shè)計(jì)在器件中功用為支撐端子的兩個(gè)高阻尼圓柱體，其與在器件件中功用為支撐桿的五根高壓縮強(qiáng)度合金圓棒，所用材質(zhì)相同，利于并能夠解決"庫存期梯度跨越大"的問題。
圖1是本發(fā)明梯度阻尼件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
示意
圖1中的所述的兩個(gè)圓柱體1、 2是由多孔鋁合金復(fù)合材料制備的。制造本發(fā)明的梯度阻尼件過程中，首先根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合固定兩個(gè)圓柱體1和2直徑12的(l)d的具體尺寸數(shù)值；然后就可以確定其他組件的儲(chǔ)存尺寸。所述的兩個(gè)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(gè)圓柱體直徑())d的中點(diǎn)并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等于圓柱體1、 2的高度Ha或?yàn)镠d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并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(gè)圓平面并且該圓平面上也一定具有一個(gè)圓心點(diǎn)，五根合金圓棒任意一端五個(gè)圓平面上的五個(gè)圓心點(diǎn)在一個(gè)平面上，該平面與主軸線8垂直，該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的每一個(gè)圓心點(diǎn)距離主軸線8最短距離相等且等于圓柱體1、 2直徑小d的l/3至l/4;同時(shí)該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的任意兩個(gè)相臨圓心點(diǎn)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并等于圓柱體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(yè)上已知的同一模具中滲流和直流聯(lián)合鑄造方式。即利用鋁合 金液體、在圓柱體1和2內(nèi)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(nèi)進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)五根合金圓棒3、 4、 5、 6和7與兩個(gè)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(gòu)形的梯度阻尼件，當(dāng)外來重物壓在沿著示意
圖1中主軸線8方向壓在 本發(fā)明梯度阻尼件上的時(shí)候，其壓力首先促使圓柱體1和2產(chǎn)生應(yīng)變趨勢(shì)，并且只有當(dāng)該外來重物 施加壓力超過圓柱體最大壓縮強(qiáng)度值時(shí)圓柱體1和2才能產(chǎn)生變形，否則，該圓柱體發(fā)揮正常阻尼 件工效；當(dāng)外來重物施加壓力足夠大，以至于壓扁圓柱體1和2，兩個(gè)圓柱體發(fā)揮緩沖作用后，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(qiáng)度值時(shí)、五根合金圓棒才能產(chǎn)生變形，否則，五根合金圓棒發(fā)揮正常阻尼件工效。 由此實(shí)現(xiàn)壓縮性、阻尼性和剛度的梯度目標(biāo)。
權(quán)利要求1、一種梯度阻尼件，其特征在于，其是具有三明治構(gòu)造的梯度阻尼器件，其由有兩個(gè)圓柱體(1)、(2)為支撐端子，兩個(gè)圓柱體(1)、(2)之間夾有合金棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)為支撐桿；所述的兩個(gè)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(gè)圓柱體直徑φd的中點(diǎn)并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等于圓柱體(1)、(2)的高度Hd或?yàn)镠d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并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(gè)圓平面并且該圓平面上也一定具有一個(gè)圓心點(diǎn)，五根合金圓棒任意一端五個(gè)圓平面上的五個(gè)圓心點(diǎn)在一個(gè)平面上，該平面與主軸線(8)垂直，該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的每一個(gè)圓心點(diǎn)距離主軸線(8)最短距離相等且等于圓柱體(1)、(2)直徑φd的1/3至1/4；同時(shí)該平面上五個(gè)圓心點(diǎn)中的任意兩個(gè)相臨圓心點(diǎn)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并等于圓柱體(1)、(2)的高度Hd的1/5或2/5。
專利摘要本實(shí)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(shù)難題，采用了具有三明治構(gòu)造的梯度阻尼器件。其由有兩個(gè)圓柱體(1)、(2)為支撐端子，兩個(gè)圓柱體(1)、(2)之間夾有合金棒(3)、(4)、(5)、(6)和(7)為支撐桿構(gòu)成；所述的支撐端子為多孔鋁合金復(fù)合材料。本實(shí)用新型提供一種梯度阻尼件是采用同一模具中滲流和直流聯(lián)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(dá)到了發(fā)明目的。
文檔編號(hào)F16F15/02GK201281100SQ20082007142
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者吳耀明, 畢廣利, 王立東, 王立民, 董含武, 鄧志安 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所