CN100557262C - 组合式缓冲器 - Google Patents
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Abstract
组合式缓冲器，它涉及一种缓冲器。针对薄壁金属圆柱管缓冲器在冲击过程中，其载荷波动较大，单位体积内吸收的能量较小；铝蜂窝及泡沫铝缓冲器，单位体积及单位质量内吸收的能力较少及薄壁金属管塑性变形缓冲器，在冲击过程中的冲击力不平稳，轴向尺寸较大问题。方案一：锥环为端盖式锥环(1)，端盖式锥环(1)的下端锥形体(3)，上端设有环形外沿(4)，环形外沿(4)与锥形体(3)之间的端盖式锥环(1)的外壁上设有环槽(5)，胀环(2)的上端面与环形外沿(4)的下端面之间设有间隙。方案二：锥环为柱体和锥体组合式锥环(12)，柱体和锥体组合式锥环(12)的上端为柱体(10)，下端为锥体(13)，锥体(13)和缓冲材料芯(9)装在胀环(2)内。本发明具有缓冲吸能效果好、冲击力更加平稳的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种缓冲器。
背景技术
薄壁金属圆柱管是传统的吸能构件，也是应用最广泛的缓冲吸能构件之一。但是薄壁金属圆柱管作为缓冲器在冲击过程中，其载荷波动较大，单位体积内吸收的能量较小。铝蜂窝及泡沫铝缓冲器具有结构简单，冲击载荷较平稳等优点，但这类缓冲器单位体积及单位质量内吸收的能力较少。另一种典型的缓冲器为薄壁金属管塑性变形缓冲器，该缓冲器具有结构简单，缓冲吸能效果好等优点，但是，该缓冲器在冲击过程中的冲击力不平稳，单一的薄壁金属管塑性变形缓冲器单位体积内吸收的能量还是略显不足，且轴向尺寸较大，不利于该类缓冲器的推广。
发明内容
本发明的目的是为解决薄壁金属圆柱管缓冲器在冲击过程中，其载荷波动较大，单位体积内吸收的能量较小；铝蜂窝及泡沫铝缓冲器，单位体积及单位质量内吸收的能力较少及薄壁金属管塑性变形缓冲器，在冲击过程中的冲击力不平稳，且轴向尺寸较大，不利于推广的问题，进而提供一种缓冲吸能效果好、冲击力更加平稳，使被保护对象能够得到更加有效地保护的组合式缓冲器。
本发明为解决上述问题采取的第一种技术方案是：本发明的缓冲器包括锥环和胀环；所述锥环为端盖式锥环，所述端盖式锥环的下端为直径由上至下逐渐缩小的锥形体，端盖式锥环的上端外壁上设有环形外沿，端盖式锥环的外壁上设有环槽，所述环槽位于环形外沿与锥形体之间，环形外沿的直径大于锥形体的最大直径，锥形体装在胀环内且与胀环的内壁紧密配合，胀环的上端位于端盖式锥环的环槽处，胀环的上端面与环形外沿的下端面之间设有间隙。
本发明为解决上述技术问题采取的第二种技术方案是：本发明的缓冲器包括锥环和胀环；所述缓冲器还包括缓冲材料芯，所述锥环为柱体和锥体组合式锥环，所述柱体和锥体组合式锥环的上端为柱体，柱体和锥体组合式锥环的下端为锥体，所述锥体的直径由上至下逐渐缩小，锥体的最大直径大于柱体的直径，锥体装在胀环内且与胀环的内壁紧密配合，胀环的上端面位于柱体上端面的下方，锥体下端的胀环内固装有缓冲材料芯，锥体的下端面与缓冲材料芯的上端面之间设有间隙。
本发明的有益效果是：一、本发明将薄壁金属圆柱管缓冲器、薄壁金属管塑性变形缓冲器及多孔缓冲材料缓冲器进行了有机的组合，组合式缓冲器相当于在体积几乎保持不变的条件下，将上述三种缓冲器进行了叠加，组合后的缓冲器具有单位体积吸收能量大、单位质量吸收的能量大(比吸能大)的优点，有利于缓冲器的轻量化设计及小型化设计。二、由于各子缓冲器的冲击力曲线形成错位叠加，使得该组合式缓冲器的冲击力平稳，使被保护对象能够得到很好的保护。三、由于该组合式缓冲器的所有构件均采用金属材料，使得该缓冲器能够很好地适应不同的环境温度，扩大了该组合式缓冲器的使用范围。四、通过合理的设计，该组合式缓冲器可应用在汽车安全及高速列车的结构耐撞性领域中，还可以应用在腿式航天着陆器领域，以成功实现腿式航天着陆器在所探测星球表面的软着陆，应用范围广。
附图说明
附图1是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用端盖式空心锥环7，并设置有缓冲材料芯9)，附图2是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用端盖式实心锥环11，并设置有缓冲材料芯9)，图3是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用端盖式空心锥环7，未设置有缓冲材料芯9)，图4是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用端盖式实心锥环11，未设置有缓冲材料芯9)，图5是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用柱体和锥体组合式空心锥环16，并设置有缓冲材料芯9)，图6是本发明的组合式缓冲器的主视剖面图(采用柱体和锥体组合式实心锥环14，并设置有缓冲材料芯9)，图7-a是薄壁金属管塑性变形缓冲器的主视剖面图，图7-b是薄壁金属圆柱管缓冲器的主视剖面图，图7-c是多孔缓冲材料缓冲器的主视剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的缓冲器包括锥环和胀环2；所述锥环为端盖式锥环1，所述端盖式锥环1的下端为直径由上至下逐渐缩小的锥形体3，端盖式锥环1的上端外壁上设有环形外沿4，端盖式锥环1的外壁上设有环槽5，所述环槽5位于环形外沿4与锥形体3之间，可保证缓冲器能够顺利地进行变形从而吸收冲击能量，环形外沿4的直径大于锥形体3的最大直径，锥形体3装在胀环2内且与胀环2的内壁紧密配合，胀环2的上端位于端盖式锥环1的环槽5处，胀环2的上端面与环形外沿4的下端面之间设有间隙。
具体实施方式二：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的端盖式锥环1为端盖式实心锥环11或者是在锥形体3的下端面上设置有中心沉孔6的端盖式空心锥环7，采用端盖式空心锥环7可以减轻缓冲器的整体重量。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的端盖式空心锥环7的中心沉孔6内的下端固装有压板8，所述压板8与端盖式空心锥环7组合构成锥环组件，可提高缓冲器的整体强度。本实施方式中，端盖式空心锥环7与压板8采用焊接的方式固定在一起。
具体实施方式四：结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三的不同点是：本实施方式的缓冲器还包括缓冲材料芯9；所述缓冲材料芯9固装在端盖式实心锥环11下端的胀环2内或者固装在端盖式空心锥环7下端的胀环2内，端盖式实心锥环11的下端面与缓冲材料芯9的上端面之间或者端盖式空心锥环7的下端面与缓冲材料芯9的上端面之间均设有间隙，缓冲材料芯9由铝蜂窝缓冲材料或泡沫铝缓冲材料制成，可提高缓冲效果。
具体实施方式五：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式的缓冲器包括锥环和胀环2；所述缓冲器还包括缓冲材料芯9，所述锥环为柱体和锥体组合式锥环12，所述柱体和锥体组合式锥环12的上端为柱体10，柱体和锥体组合式锥环12的下端为锥体13，所述锥体13的直径由上至下逐渐缩小，锥体13的最大直径大于柱体10的直径，可保证缓冲器能够顺利地进行变形从而吸收冲击能量，锥体13装在胀环2内且与胀环2的内壁紧密配合，胀环2的上端面位于柱体10上端面的下方，锥体13下端的胀环2内固装有缓冲材料芯9，锥体13的下端面与缓冲材料芯9的上端面之间设有间隙，可保证缓冲器不发生互相干涉现象。
具体实施方式六：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式的柱体和锥体组合式锥环12为柱体和锥体组合式实心锥环14或者是在锥体13的下端面上设置有中心内沉孔15的柱体和锥体组合式空心锥环16。采用柱体和锥体组合式空心锥环16可以减轻缓冲器的整体重量。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的柱体和锥体组合式空心锥环16的中心内沉孔15内的下端固装有压板8，所述压板8与柱体和锥体组合式空心锥环16组合构成锥环形组件，可提高缓冲器的整体强度。
具体实施方式八：本实施方式以图5所示的结构为例，本实施方式的缓冲器可以分解为三个缓冲器，分别相当于图7-a所示的薄壁金属管塑性变形缓冲器、图7-b所示的薄壁金属圆柱管缓冲器及图7-c所示的多孔材料缓冲器。对于图7-b所示的薄壁金属圆柱管缓冲器，由于薄壁金属圆柱管已经受到图5所示锥环形组件的作用，图5所示的胀环2已经发生弹塑性变形，因此，该薄壁金属圆柱管已经变成与胀环2的上端大直径相同的薄壁圆柱管。而对于7-c所示的多孔缓冲材料缓冲器，多孔缓冲材料为铝蜂窝或泡沫铝缓冲材料。
为了保证三个子缓冲器不发生互相干涉的情况，图7-a所示的薄壁金属管塑性变形缓冲器应最先起作用，因此将锥环形组件设计成上端面与胀环3的上端面有一定的间隙，锥环形组件的下端面与缓冲材料芯9的上端面有一定的间隙。
本发明的工作原理是：本发明的组合式缓冲器可以分解为三个子缓冲器，它们分别为薄壁金属管塑性变形缓冲器，薄壁金属圆柱管缓冲器及多孔缓冲材料缓冲器。下面分别对三个子缓冲器的工作原理进行介绍。对于薄壁金属管塑性变形缓冲器，其工作原理如图7-a所示，当外部输入冲击载荷超过设定的阈值时，由于锥环大端的外径大于胀环下端的内径，所以在锥环进入胀环时胀环会发生扩径现象，外部的冲击能量转换为胀环材料的弹塑性变形及胀环和锥环形组件之间的摩擦热能，从而达到了缓冲吸能的目的。对于薄壁金属圆柱管缓冲器，其工作原理如图7-b所示，当外部输入冲击载荷超过一定值时，金属薄壁管发生塑性坍塌从而将外部能量转换为材料的变形能，达到吸收冲击能量的目的。对于多孔缓冲材料缓冲器，其工作原理如图7-c所示，其与薄壁金属圆柱管缓冲器的工作原理相似。另外，组成缓冲器的所有构件均为金属材料，使得该缓冲器具有良好的适应环境温度的能力。
Claims (7)
1、一种组合式缓冲器，所述缓冲器包括锥环和胀环(2)；其特征在于所述锥环为端盖式锥环(1)，所述端盖式锥环(1)的下端为直径由上至下逐渐缩小的锥形体(3)，端盖式锥环(1)的上端外壁上设有环形外沿(4)，端盖式锥环(1)的外壁上设有环槽(5)，所述环槽(5)位于环形外沿(4)与锥形体(3)之间，环形外沿(4)的直径大于锥形体(3)的最大直径，锥形体(3)装在胀环(2)内且与胀环(2)的内壁紧密配合，胀环(2)的上端位于端盖式锥环(1)的环槽(5)处，胀环(2)的上端面与环形外沿(4)的下端面之间设有间隙。
2、根据权利要求1所述的组合式缓冲器，其特征在于所述端盖式锥环(1)为端盖式实心锥环(11)或者是在锥形体(3)的下端面上设置有中心沉孔(6)的端盖式空心锥环(7)。
3、根据权利要求2所述的组合式缓冲器，其特征在于所述端盖式空心锥环(7)的中心沉孔(6)内的下端固装有压板(8)，所述压板(8)与端盖式空心锥环(7)组合构成锥环组件。
4、根据权利要求3所述的组合式缓冲器，其特征在于所述缓冲器还包括缓冲材料芯(9)；所述缓冲材料芯(9)固装在端盖式实心锥环(11)下端的胀环(2)内或者固装在端盖式空心锥环(7)下端的胀环(2)内，端盖式实心锥环(11)的下端面与缓冲材料芯(9)的上端面之间或者端盖式空心锥环(7)的下端面与缓冲材料芯(9)的上端面之间均设有间隙。
5、一种组合式缓冲器，所述缓冲器包括锥环和胀环2；其特征在于所述缓冲器还包括缓冲材料芯(9)，所述锥环为柱体和锥体组合式锥环(12)，所述柱体和锥体组合式锥环(12)的上端为柱体(10)，柱体和锥体组合式锥环(12)的下端为锥体(13)，所述锥体(13)的直径由上至下逐渐缩小，锥体(13)的最大直径大于柱体(10)的直径，锥体(13)装在胀环(2)内且与胀环(2)的内壁紧密配合，胀环(2)的上端面位于柱体(10)上端面的下方，锥体(13)下端的胀环(2)内固装有缓冲材料芯(9)，锥体(13)的下端面与缓冲材料芯(9)的上端面之间设有间隙。
6、根据权利要求5所述的组合式缓冲器，其特征在于所述柱体和锥体组合式锥环(12)为柱体和锥体组合式实心锥环(14)或者是在锥体(13)的下端面上设置有中心内沉孔(15)的柱体和锥体组合式空心锥环(16)。
7、根据权利要求6所述的组合式缓冲器，其特征在于所述柱体和锥体组合式空心锥环(16)的中心内沉孔(15)内的下端固装有压板(8)，所述压板(8)与柱体和锥体组合式空心锥环(16)组合构成锥环形组件。
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