專利名稱：一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻尼減振結(jié)構(gòu)，更特別的說(shuō)，是指一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的研制和使用中，振動(dòng)問(wèn)題直接影響到設(shè)備的可靠性、安全性及性能實(shí)現(xiàn)，因此采取適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)控制措施具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。隔振器的負(fù)泊松比特性由于對(duì)材料和機(jī)械性能有重大影響而在振動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)備受關(guān)注。負(fù)泊松比特性是指材料或結(jié)構(gòu)在受拉時(shí)在橫向(或長(zhǎng)度方向)會(huì)發(fā)生膨脹，而受壓時(shí)在橫向(或長(zhǎng)度方向)會(huì)發(fā)生收縮。隔振器對(duì)材料或結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的改善主要表現(xiàn)在 (I)高剪切模量負(fù)泊松比特性使得材料或結(jié)構(gòu)將更容易發(fā)生壓縮變形與體積變形而難以發(fā)生剪切變形，從而較少了材料和結(jié)構(gòu)的損傷；(2)抗沖擊性強(qiáng)具有負(fù)泊松比特性的材料或結(jié)構(gòu)在受壓時(shí)會(huì)發(fā)生收縮，局部密度增大，強(qiáng)度增強(qiáng)，從而能更有效地抵抗沖擊；(3)斷裂韌性高負(fù)泊松比特性使得材料或結(jié)構(gòu)的斷裂韌性受體積壓縮率的影 響，在壓縮狀態(tài)時(shí)，隨著體積壓縮率的增大其斷裂韌性也成倍提高；(4)抗缺口能力強(qiáng)當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)在拉伸載荷下產(chǎn)生裂紋時(shí)，負(fù)泊松比特性會(huì)使裂紋處發(fā)生膨脹從而填補(bǔ)裂紋，避免裂紋的擴(kuò)展；(5)抗損傷能力強(qiáng)具有負(fù)泊松比特性的材料或結(jié)構(gòu)在受彎時(shí)會(huì)向外膨脹而不是向內(nèi)收縮從而有效避免損傷的出現(xiàn)。目前研制出的具有負(fù)泊松比特性的材料或結(jié)構(gòu)都屬于多孔性材料或結(jié)構(gòu)，其自身強(qiáng)度與硬度較低，而若增強(qiáng)其強(qiáng)度和硬度，負(fù)泊松比特性就會(huì)消失，從而限制了這種具有負(fù)泊松比特性的材料或結(jié)構(gòu)在航空、航天產(chǎn)品及武器裝備等具有較大振動(dòng)、沖擊載荷環(huán)境下的應(yīng)用。金屬橡膠是一種多孔的功能性結(jié)構(gòu)阻尼材料，是由金屬絲經(jīng)過(guò)選絲、繞絲、拉伸、編織和模壓成型等過(guò)程制作而成。因其宏觀上具有類似橡膠的大分子結(jié)構(gòu)和彈性，又是全金屬制品，因此稱為“金屬橡膠”。金屬橡膠減振、隔振器依靠金屬絲間的相對(duì)滑移產(chǎn)生干摩擦耗散振動(dòng)能量，達(dá)到阻尼減振的作用。因而廣泛應(yīng)用在航空航天、武器裝備、交通運(yùn)輸及民用建筑等各個(gè)領(lǐng)域。在振動(dòng)控制方面它有兩個(gè)重要特點(diǎn)，一是高彈性，結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)金屬橡膠的剛度(彈性)也可在較大范圍內(nèi)變化，即剛度可調(diào)；二是高阻尼，阻尼比系數(shù)一般能達(dá)到O. 2 O. 3 (—般鋼制彈簧為O. 06，天然橡膠為O. 22 O. 47)。除此之外，它還有重量輕，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，孔隙度可控，易于成型等特點(diǎn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是將金屬橡膠這一高阻尼結(jié)構(gòu)材料與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合，通過(guò)多個(gè)單元體交錯(cuò)排列構(gòu)形得到具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器。本發(fā)明內(nèi)空型金屬橡膠隔振器一方面利用金屬橡膠結(jié)構(gòu)阻尼材料的良好阻尼性能，從而解決內(nèi)空型金屬橡膠隔振器的振動(dòng)疲勞和沖擊失效問(wèn)題；另一方面通過(guò)交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的負(fù)泊松比特性從而提聞隔振器的抗沖擊載荷的能力。本發(fā)明是一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，該內(nèi)空型金屬橡膠隔振器由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的完整單元體(100)和多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)給單元體(200)排列構(gòu)成；所述補(bǔ)給單元體(200)為半個(gè)結(jié)構(gòu)的所述完整單元體(100);完整單元體與完整單元體之間、以及完整單元體與補(bǔ)給單元體之間采用金屬絲的縫合連接或者膠粘連接；所述完整單元體(100)為一體成型的中部為空心的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，所述內(nèi)空型金屬橡膠隔振器為五行三列結(jié)構(gòu)；該隔振器包括有中間排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件 (3)、左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5);中間排列件⑴置于中間，并在中間排列件(I)的兩側(cè)分別放置左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5)，左互補(bǔ)排列件(4)的左側(cè)放置左端排列件(2)，右互補(bǔ)排列件(5)的右側(cè)放置右端排列件(3)；所述中間排列件⑴由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左端排列件(2)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述右端排列件(3)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左互補(bǔ)排列件(4)由結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側(cè)分別縱向重疊所述補(bǔ)給單元體(200)；所述右互補(bǔ)排列件(5)由結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側(cè)分別縱向重疊所述補(bǔ)給單元體(200)。本發(fā)明內(nèi)空型金屬橡膠隔振器的優(yōu)點(diǎn)在于(I)內(nèi)部容縮空間的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的負(fù)泊松比特性，需要完整單元體(金屬橡膠構(gòu)件)內(nèi)部具有足夠容納構(gòu)件框架壓縮變形的空間。因此，完整單元體設(shè)計(jì)成中空內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)。(2)外部框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)足夠的承載能力和特殊的變形要求，需要完整單元體(金屬橡膠構(gòu)件)外部框架結(jié)構(gòu)具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和合適的結(jié)構(gòu)剛度分布特征，因此采用框架結(jié)構(gòu)的非等厚度分布和連接處采用過(guò)渡圓角的優(yōu)化設(shè)計(jì)。


圖I是本發(fā)明完整單元體的外部結(jié)構(gòu)圖。圖IA是圖I的正視面的結(jié)構(gòu)圖。圖IB是本發(fā)明完整單元體的尺寸關(guān)系示意圖。圖2是本發(fā)明互補(bǔ)單元體的外部結(jié)構(gòu)圖。圖2A是圖2的正視角的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明內(nèi)空型金屬橡膠隔振器的正視面的結(jié)構(gòu)圖。圖3A是本發(fā)明內(nèi)空型金屬橡膠隔振器的等軸結(jié)構(gòu)圖。圖4是對(duì)彈簧絲預(yù)成型體進(jìn)行纏繞的方式示意圖。圖4A是材料為T(mén)i-50. 3% Ni形狀記憶合金的第二預(yù)成型體的外部照片。圖4B是Ti-50. 3% Ni形狀記憶合金金屬橡膠的外部照片。圖5是記憶合金金屬橡膠試件剛度、阻尼參數(shù)隨試驗(yàn)溫度變化曲線。圖6是本發(fā)明內(nèi)空型和實(shí)體性金屬橡膠構(gòu)件泊松比。圖7是本發(fā)明內(nèi)空型普通材料構(gòu)件和內(nèi)空型金屬橡膠材料構(gòu)件瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)比。圖8是本發(fā)明內(nèi)空型金屬橡膠構(gòu)件與實(shí)體型金屬橡膠構(gòu)件彈性模量對(duì)比。
權(quán)利要求
1.一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于該內(nèi)空型金屬橡膠隔振器由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的完整單元體(100)和多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)給單元體(200)排列構(gòu)成；所述補(bǔ)給單元體(200)為半個(gè)結(jié)構(gòu)的所述完整單元體(100);完整單元體與完整單元體之間、以及完整單元體與補(bǔ)給單元體之間采用金屬絲的縫合連接或者膠粘連接； 所述完整單元體(100)為一體成型的中部為空心的內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述內(nèi)空型金屬橡膠隔振器為五行三列結(jié)構(gòu)；該隔振器包括有中間排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5);中間排列件(I)置于中間，并在中間排列件(I)的兩側(cè)分別放置左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5)，左互補(bǔ)排列件(4)的左側(cè)放置左端排列件(2)，右互補(bǔ)排列件(5)的右側(cè)放置右端排列件(3)； 所述中間排列件(I)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成； 所述左端排列件⑵由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成； 所述右端排列件(3)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左互補(bǔ)排列件(4)由結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側(cè)分別縱向重疊所述補(bǔ)給單元體(200)； 所述右互補(bǔ)排列件(5)由結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側(cè)分別縱向重疊所述補(bǔ)給單元體(200)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述內(nèi)空型金屬橡膠隔振器為三行七列、三行九列、三行十一列、四行五列、四行七列、四行九列、四行十一列、五行五列、五行七列、五行九列或者五行十一列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述完整單元體(100)上設(shè)有上橫肋(101)、固定底邊(102)、左上斜肋(103)、左下斜肋(104)、右上斜肋(105)和右下斜肋(106);左上斜肋(103)與左下斜肋(104)的結(jié)合處稱為左腰結(jié)點(diǎn)(107)，右上斜肋(105)與右下斜肋(106)的結(jié)合處稱為右腰結(jié)點(diǎn)(108)；其中，上橫肋(101)與固定底邊(102)的結(jié)構(gòu)相同，且以軸向中心線對(duì)稱設(shè)置；左上斜肋(103)、左下斜肋(104)、右上斜肋(105)和右下斜肋(106)的結(jié)構(gòu)相同，且左上斜肋(103)與右上斜肋(105)以縱向中心線對(duì)稱設(shè)置，且左下斜肋(104)與右下斜肋(106)以縱向中心線對(duì)稱設(shè)置，且左上斜肋(103)與左下斜肋(104)以軸向中心線對(duì)稱設(shè)置，且右上斜肋(105)與右下斜肋(106)以軸向中心線對(duì)稱設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述補(bǔ)給單元體(200)為一體成型的中部為空心的半內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)；所述補(bǔ)給單元體(200)上設(shè)有底邊梁(202)、左邊梁(204)、右邊梁(206);其中，左邊梁(204)與右邊梁(206)的結(jié)構(gòu)相同，且以縱向中心線對(duì)稱設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述完整單元體(100)的尺寸關(guān)系滿足Hiqq = (I I. 2) L100, H100 = 4. 5D100, a100 =O.2 O. 4H100，H100 = 9. 5d103，H100 = 8w101，Θ =60。，γ101+γ103+β = θ ,β = -θ，W101 =Ott8,2 4Λ 3dioi+rioi，d101 = 3r101,X101 二 (2 ？)；k103，Rmi, R103 = 2R101,r1O3 =(; )及謝。 33 52 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有負(fù)泊松比特性的內(nèi)空型金屬橡膠隔振器，該隔振器由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的完整單元體(100)和多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)給單元體(200)重疊排列構(gòu)成；所述補(bǔ)給單元體為半個(gè)結(jié)構(gòu)的所述完整單元體。重疊排列包括有中間排列件(1)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5)；中間排列件(1)置于中部，并在中間排列件(1)的兩側(cè)分別放置左互補(bǔ)排列件(4)、右互補(bǔ)排列件(5)，左互補(bǔ)排列件(4)的左側(cè)放置左端排列件(2)，右互補(bǔ)排列件(5)的右側(cè)放置右端排列件(3)。本發(fā)明隔振器一方面利用金屬橡膠結(jié)構(gòu)阻尼材料的良好阻尼性能，從而解決隔振器的振動(dòng)疲勞和沖擊失效問(wèn)題；另一方面通過(guò)完整單元體與互補(bǔ)單元體的交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)，該交錯(cuò)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的負(fù)泊松比特性從而提高隔振器的抗沖擊載荷的能力。
文檔編號(hào)F16F3/02GK102720785SQ20121017304
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者仝小龍, 張大義, 洪杰, 陸宏偉, 馬艷紅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)