CN105201998A - 一种仿生垫片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生垫片，包括垫片本体和仿生缓冲单体，垫片本体的内圆和外圆共轴线，垫片本体上均匀分布花键通槽；仿生缓冲单体是由缓冲体和花键轴构成一体式结构，仿生缓冲单体以花键轴插在垫片本体的花键通槽中；仿生缓冲单体在垫片本体的上、下面成圆形均匀阵列分布，垫片本体上、下面对应的仿生缓冲单体是关于垫片本体厚度中心横截面对称，垫片本体的上、下面各有九个仿生缓冲单体。本发明是对平时常用普通垫片和弹簧垫圈结合使用的一种优化，避开了弹性垫圈使用时涨圈、氢脆等问题；在垫片本体双面均匀分布仿生缓冲单体，提高了垫片受压后的复原速度，保证了弹力的均匀性、连续性。

Description

一种仿生垫片

技术领域

本发明属于工程仿生技术领域，具体涉及一种仿生垫片。

背景技术

螺栓和螺母配合紧固零件时，常用到普通垫片和弹簧垫圈，目的就是增大紧固的接触面积，减少螺母对零件表面的磨损，预防螺母松动等。然而，弹簧垫圈的防松能力并不理想，弹力分布不均匀，尤其目前在欧美各国要求高可靠性的产品中使用率极低，特别在重要的承力结构联接部位早已被抛弃好多年。原因有两个：一是“涨圈”，二是氢脆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生垫片，用于零件联接紧固处。当零件受力时，零件会把力传递给垫片，垫片在弹性变化范围内，先压缩变形并在恢复力的作用下迅速复原。恢复弹力使垫片消除了所受的压力，从而减少了螺母的松动。

猫科动物可以在崎岖、复杂的地形上安全的跳跃，除了与自身腿部健壮的肌肉、高强度的韧带和巧妙的骨骼结构有关外，还与足底的肉垫有关。猫科动物跳跃、奔跑过程中，脚掌与地面接触后会产生很大的冲击。为了避免这些冲击对肢体产生伤害，猫科动物会自主调节足部关节和相应的软组织变形。因此，足底肉垫起到缓冲、减震等重要作用。猎豹，行动敏捷，善于跳跃，一跃可达6米高，12米远；善于奔跑，是世界上陆地奔跑最快的动物，它的时速可以达到120公里。猎豹每只脚下有一个大的掌垫，每个脚趾下又有一个小的趾垫。肉垫具有独特的力学特性，在猎豹高速奔跑过程中，脚底和趾下柔软的肉垫触地受压，起着较好的缓冲、减震作用。当猎豹足离地瞬间，受压的肉垫可以随之恢复原状，从而保护好猎豹的全身。

本发明设计思路来源猎豹足底的掌垫，依据掌垫的形状和功能，设计了仿生缓冲单体。

本发明包括垫片本体和仿生缓冲单体，垫片本体的内圆和外圆共轴线，垫片本体上均匀分布花键通槽；仿生缓冲单体是由缓冲体和花键轴构成一体式结构，仿生缓冲单体以花键轴插在垫片本体的花键通槽中；若干个仿生缓冲单体在垫片本体的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体上、下面对应的仿生缓冲单体是关于垫片本体厚度中心横截面对称。每个仿生缓冲单体的缓冲体的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的y为纵坐标，x为横坐标：

第一曲线满足：y=-3×10^-6x⁶+2×10^-7x⁵+0.0009x⁴-9×10^-5x³-0.0894x²+0.0061x+18.085；其中：-13<x<13；

第二曲线满足：y=6×10^-6x⁶+5×10^-7x⁵-0.0004x⁴-5×10^-5x³-0.0098x²+0.0006x+0.0397；其中：-10<x<10；

第三曲线满足：y=0.0186x²-2.579x-26.72；其中：-13<x<-10；

第四曲线满足：y=0.0109x²+2.7759x-27.983；其中：10<x<13。

所述的垫片本体选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体选取邵氏硬度为30的硅胶。

本发明的工作原理和过程：

仿生缓冲单体通过花键轴和花键通槽的配合装配到垫片本体上、下面，从而成圆形均匀阵列分布且关于垫片本体厚度中心横截面对称。由于仿生缓冲单体在整个圆周上是连续、均匀的分布，这就使得垫片在整个圆周上保持连续、均匀的弹性。

硅胶具有弹性好、耐压缩变形、硬度范围宽、特别容易成型等性能，垫片本体和仿生缓冲单体选取不同硬度的硅胶材质，从而实现不同的弹性。垫片本体选取邵氏硬度为60的硅胶，弹性稍低；仿生缓冲单体选取邵氏硬度为30的硅胶，弹性较高。这利于垫片整体受不同力时，垫片本体和仿生缓冲单体产生相应形变后的复原，进一步缓解螺母松动。

当零件受力较小时，仿生缓冲单体形变量较大，垫片本体的形变量较小。仿生缓冲单体缓冲体的横截面面积增大、高度降低，而每个仿生缓冲单体的分布间隙为这种变化提供了伸缩空间。由于硅胶具有耐压缩性，受压的仿生缓冲单体会在恢复力的作用下吸收零件受力，迅速恢复原状。

当零件受力较大时，垫片本体此时发挥的作用较大。仿生缓冲单体已被压缩到极限，每个仿生缓冲单体彼此接触，还未来得及产生恢复弹力，力已传递到垫片本体，此时更多的依靠垫片本体形变后产生的恢复力来吸收零件受力，继而恢复垫片原状。

垫片本体两面都分布着仿生缓冲单体。一般情况下，两面的仿生缓冲单体形变会产生更大的恢复力吸收零件受力。当两面仿生缓冲单体都被压缩到极限时，垫片本体才会受压，这样可以减缓垫片本体的疲劳磨损，提高垫片使用寿命。

由于花键联接具有接触面积大、承载能力高、定心和导向性能好、应力集中小、结构紧凑等优点，垫片本体与仿生缓冲单体之间采用花键联接。另外，疲劳磨损过重的仿生缓冲单体可以方便的更换，提高了使用效率。

本发明的有益效果：

本发明是对平时常用普通垫片和弹簧垫圈结合使用的一种优化，避开了弹性垫圈使用时涨圈、氢脆等问题；在垫片本体双面均匀分布仿生缓冲单体，提高了垫片受压后的复原速度，保证了弹力的均匀性、连续性。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的的俯视图。

图3为本发明的仿生缓冲单体主视图。

图4为本发明的仿生缓冲单体后视图。

图5为本发明的仿生缓冲单体侧视图。

图6为本发明的垫片本体俯视图。

其中：1—垫片本体，2—内圆，3—外圆，4—仿生缓冲单体，5—第一曲线，6—第二曲线，7—第三曲线，8—第四曲线，9—花键轴，10—缓冲体，11—花键通槽。

具体实施方式

请参阅图1至图6所示，本实施例包括垫片本体1和仿生缓冲单体4，垫片本体1的内圆2和外圆3共轴线，垫片本体1上均匀分布花键通槽11；仿生缓冲单体4是由缓冲体10和花键轴9构成一体式结构，仿生缓冲单体4以花键轴9插在垫片本体1的花键通槽11中；仿生缓冲单体4在垫片本体1的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体1上、下面对应的仿生缓冲单体4是关于垫片本体1厚度中心横截面对称，垫片本体1的上、下面各有九个仿生缓冲单体4。相邻仿生缓冲单体4之间相隔40°。

如图3所示，每个仿生缓冲单体4的缓冲体10的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的y为纵坐标，x为横坐标：

第一曲线5满足：y=-3×10^-6x⁶+2×10^-7x⁵+0.0009x⁴-9×10^-5x³-0.0894x²+0.0061x+18.085；其中：-13<x<13；

第二曲线6满足：y=6×10^-6x⁶+5×10^-7x⁵-0.0004x⁴-5×10^-5x³-0.0098x²+0.0006x+0.0397；其中：-10<x<10；

第三曲线7满足：y=0.0186x²-2.579x-26.72；其中：-13<x<-10；

第四曲线8满足：y=0.0109x²+2.7759x-27.983；其中：10<x<13。

所述的垫片本体1选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体4选取邵氏硬度为30的硅胶。

垫片本体1的大小、厚度严格参照国家标准选取，本实施例初步选取外径是115mm，内径是70mm，厚度是10mm的垫片本体；每个仿生缓冲单体4的大小相等，缓冲体10的正面最大长与中间对称线长度比是1.44:1，其厚度是5mm，花键轴9的长度是5mm。

Claims (2)

1.一种仿生垫片，其特征在于：包括垫片本体（1）和仿生缓冲单体（4），垫片本体（1）的内圆（2）和外圆（3）共轴线，垫片本体（1）上均匀分布花键通槽（11）；仿生缓冲单体（4）是由缓冲体（10）和花键轴（9）构成一体式结构，仿生缓冲单体（4）以花键轴（9）插在垫片本体（1）的花键通槽（11）中；若干个仿生缓冲单体（4）在垫片本体（1）的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体（1）上、下面对应的仿生缓冲单体（4）是关于垫片本体（1）厚度中心横截面对称；

每个仿生缓冲单体（4）的缓冲体（10）的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的y为纵坐标，x为横坐标：

第一曲线（5）满足：y=-3×10^-6x⁶+2×10^-7x⁵+0.0009x⁴-9×10^-5x³-0.0894x²+0.0061x+18.085；其中：-13<x<13；

第二曲线（6）满足：y=6×10^-6x⁶+5×10^-7x⁵-0.0004x⁴-5×10^-5x³-0.0098x²+0.0006x+0.0397；其中：-10<x<10；

第三曲线（7）满足：y=0.0186x²-2.579x-26.72；其中：-13<x<-10；

第四曲线（8）满足：y=0.0109x²+2.7759x-27.983；其中：10<x<13；

所述的垫片本体（1）选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体（4）选取邵氏硬度为30的硅胶。

2.根据权利要求1所述的一种仿生垫片，其特征在于：所述仿生缓冲单体（4）的正面最大长与中间对称线长度比是1.44:1。