CN107143595B - 一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构 - Google Patents

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Abstract

一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由高弹性的高分子材料制作的第一外壳、第二外壳和中间隔层以及由金属制成的基板；所述第一外壳和第二外壳分别包覆于基板的上下表面，第一外壳和基板间围成的腔体被中间隔层分割成第一腔体和第二腔体，第二外壳和基板围成了第三腔体；所述第二腔体和第三腔体内充满气体，在第一腔体内放满固体颗粒；所述基板的中部安装有微滤膜，微滤膜连通了第二腔体和第三腔体，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，该缓冲吸能结构具有多重吸能效果，可应对不同的冲击环境，具有优良的耐用性和安全性，且制造简单，成本低廉，适合大规模应用于工业生产领域。

Description

一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构
技术领域
本发明涉及一种吸能结构，具体涉及一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
背景技术
振动和冲击是工业生产中常见的有害现象之一。这些振动和冲击不仅影响了机械设备工作的精度，严重地还会对机械设备造成损伤。为了降低振动和冲击对机械设备的影响，需要在机械设备上布置各种吸能减振装置或结构。
吸能的基本原理就是将冲击的能量转换成其他能量，如热能、弹性变形能、电能等。减震垫、弹簧、板簧和碟簧是工业生产中常见的吸能装置或结构，这些装置都是将冲击能量转换成了弹性变形能。这些吸能装置的优点就是在经受冲击后再将弹性变形能释放出来，使装置回归原位，为下一次吸能做好准备。
此外，在某些其他领域，研究人员还使用蜂窝夹芯结构来吸收冲击所带来的能量，从而达到保护目标结构的目的。这种蜂窝夹芯结构在受到大冲击的时候会发生坍塌破碎，不能自动恢复成原状态。当这种蜂窝夹芯结构受到多次冲击后，内部结构将会彻底失效，从而失去减振吸能的效果。在多次冲击后，轻者该蜂窝夹芯结构破损失效，重者会导致工业设备受到严重冲击而引发生产事故，给国家和人民造成巨大损失。
单一的吸能方式并不能满足工业实际生产的需求，为了提高吸能结构的适应性，必须研制一种具有多重吸能效应的新型吸能结构。这种结构可应对不同的冲击环境，具有优良的耐用性和安全性。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，该缓冲吸能结构具有多重吸能效果，可应对不同的冲击环境，具有优良的耐用性和安全性，且制造简单，成本低廉，适合大规模应用于工业生产领域。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由高弹性的高分子材料制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7以及由金属制成的基板3；所述第一外壳1和第二外壳5分别包覆于基板3的上下表面，第一外壳1和基板3间围成的腔体被中间隔层7分割成第一腔体8和第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6；所述第二腔体2和第三腔体6内充满气体，在第一腔体8内放满固体颗粒；所述基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜4连通了第二腔体2和第三腔体6，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
制作所述第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7的高弹性的高分子材料为改性橡胶或纤维增强橡胶。
所述的第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的3-6倍。
制作所述基板3的金属为铌锆合金、钛合金、镁合金或铝合金。
充满所述第二腔体2和第三腔体6内的气体为乙醚气体、空气、氮气、二氧化碳或氢气。
放满所述第一腔体8内的固体颗粒为二氧化硅颗粒、沙子或二硅化铁颗粒。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.结构简单。该缓冲吸能结构简单，制作简便，成本低廉，适合大规模应用于工业生产。
2.多重吸能效果。该缓冲吸能结构的吸能效果具有多重性，采用不同的吸能方式组合吸能，可有效提高吸能的效率和对不同工业设备吸能的适应性。
3.耐用性。该二级缓冲吸能结构具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低。
附图说明
图1是本发明吸能结构的示意图。
图2是本发明吸能结构在吸收冲击能量的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。
下面首先对本发明的原理和工作过程做如下说明：
如图1所示，本发明一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由高弹性的高分子材料制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7以及由金属制成的基板3；所述第一外壳1和第二外壳5分别包覆于基板3的上下表面，第一外壳1和基板3间围成的腔体被中间隔层7分割成第一腔体8和第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6；所述第二腔体2和第三腔体6内充满气体，在第一腔体8内放满固体颗粒；所述基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜4连通了第二腔体2和第三腔体6，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
作为本发明的优选实施方式，制作所述第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7的高弹性的高分子材料为改性橡胶或纤维增强橡胶。
作为本发明的优选实施方式，所述的第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的3-6倍。
作为本发明的优选实施方式，制作所述基板3的金属为铌锆合金、钛合金、镁合金或铝合金。
作为本发明的优选实施方式，充满所述第二腔体2和第三腔体6内的气体为乙醚气体、空气、氮气、二氧化碳或氢气。
作为本发明的优选实施方式，放满所述第一腔体8内的固体颗粒为二氧化硅颗粒、沙子或二硅化铁颗粒。
如图2所示，在受到冲击时，该缓冲吸能结构将开始吸能，在刚受到冲击时，主要采用第一级吸能方式，第二腔体2内的气体受到冲击被压缩，这部分压缩的气体可以吸收冲击能量，随着冲击的增大，气体压缩已达到极限，此时第二腔体2内的压强会越来越大，当压强达到微滤膜4的开启压力后，开始实施第二级吸能方式，第二腔体2内的气体会通过微滤膜4进入第三腔体6，微滤膜4对气体的流动具有阻力作用，这也有助于吸收冲击能量，当中间隔层7被冲击压向基板3后，会堵住微滤膜4，此时开始实施第三级吸能方式，第一腔体8内的固体颗粒将承受主要的冲击能量，在冲击过程中，这些固体颗粒会发生相对流动，相对流动过程中的摩擦阻力将有助于吸收冲击能量，此外，第一外壳1，第二外壳5和中间隔层7的弹性变形也有助于吸收冲击能量，
该缓冲吸能结构在吸能时的功能关系可表示如下:
E＝E1+E2+E3+E4+E5+E6
式中:
E-总吸能；
E1-微滤膜阻流吸能；
E2-第一外壳1的弹性变形吸能；
E3-第二外壳5的弹性变形吸能；
E4-中间隔层7的弹性变形吸能；
E5-气体压缩吸能；
E6-固体颗粒摩擦吸能；
从公式中可以看出，该缓冲吸能结构具有多种吸能效果，吸能效果显著，在工业领域内具有较强的适应性，应用前景广阔。
实施例一
本实施例一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由纤维增强橡胶制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7，由钛合金制成的基板3，第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的3倍，
第一外壳1和中间隔层7围成了第一腔体8，第一外壳1、中间隔层7和基板3围成了第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6，
基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜3连通了第二腔体2和第三腔体6，
在第二腔体2和第三腔体6内充满乙醚气体，在第一腔体8内放满二氧化硅颗粒，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
实施例二
本实施例一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由纤维增强橡胶制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7，由铌锆合金制成的基板3，第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的4倍，
第一外壳1和中间隔层7围成了第一腔体8，第一外壳1、中间隔层7和基板3围成了第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6，
基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜3连通了第二腔体2和第三腔体6，
在第二腔体2和第三腔体6内充满空气，在第一腔体8内放满二氧化硅颗粒，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
实施例三
本实施例一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由改性橡胶制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7，由铝合金制成的基板3，第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的3倍，
第一外壳1和中间隔层7围成了第一腔体8，第一外壳1、中间隔层7和基板3围成了第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6，
基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜3连通了第二腔2和第三腔体6，
在第二腔体2和第三腔体6内充满氮气，在第一腔体8内放满沙子，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。
实施例四
本实施例一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，包括由纤维增强橡胶制作的第一外壳1、第二外壳5和中间隔层7，由镁合金制成的基板3，第二外壳5的厚度是第一外壳1的厚度的5倍，
第一外壳1和中间隔层7围成了第一腔体8，第一外壳1、中间隔层7和基板3围成了第二腔体2，第二外壳5和基板3围成了第三腔体6，
基板3的中部安装有微滤膜4，微滤膜3连通了第二腔体2和第三腔体6，
在第二腔体2和第三腔体6内充满二氧化碳，在第一腔8内放满二氧化硅颗粒，形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构。

Claims (6)

1.一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：包括由高弹性的高分子材料制作的第一外壳（1）、第二外壳（5）和中间隔层（7）以及由金属制成的基板（3）；
所述第一外壳（1）和第二外壳（5）分别包覆于基板（3）的上下表面，第一外壳（1）和基板（3）间围成的腔体被中间隔层（7）分割成第一腔体（8）和第二腔体（2），第二外壳（5）和基板（3）围成了第三腔体（6）；
所述第二腔体（2）和第三腔体（6）内充满气体，在第一腔体（8）内放满固体颗粒；
所述基板（3）的中部安装有微滤膜（4），微滤膜（4）连通了第二腔体（2）和第三腔体（6），形成一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构；
在受到冲击时，该缓冲吸能结构将开始吸能，在刚受到冲击时，主要采用第一级吸能方式，第二腔体（2）内的气体受到冲击被压缩，这部分压缩的气体吸收冲击能量，随着冲击的增大，气体压缩已达到极限，此时第二腔体（2）内的压强会越来越大，当压强达到微滤膜（4）的开启压力后，开始实施第二级吸能方式，第二腔体（2）内的气体会通过微滤膜（4）进入第三腔体（6），微滤膜（4）对气体的流动具有阻力作用，这也有助于吸收冲击能量，当中间隔层（7被冲击压向基板（3）后，会堵住微滤膜（4），此时开始实施第三级吸能方式，第一腔体（8）内的固体颗粒将承受主要的冲击能量，在冲击过程中，这些固体颗粒会发生相对流动，相对流动过程中的摩擦阻力将有助于吸收冲击能量，此外，第一外壳（1），第二外壳（5）和中间隔层（7）的弹性变形也有助于吸收冲击能量。
2.根据权利要求1所述的一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：制作所述第一外壳（1）、第二外壳（5）和中间隔层（7）的高弹性的高分子材料为改性橡胶或纤维增强橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：所述的第二外壳（5）的厚度是第一外壳（1）的厚度的3-6倍。
4.根据权利要求1所述的一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：制作所述基板（3）的金属为铌锆合金、钛合金、镁合金或铝合金。
5.根据权利要求1所述的一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：充满所述第二腔体（2）和第三腔体（6）内的气体为乙醚气体、空气、氮气、二氧化碳或氢气。
6.根据权利要求1所述的一种带微滤膜的具有多重吸能效应的缓冲吸能结构，其特征在于：放满所述第一腔体（8）内的固体颗粒为二氧化硅颗粒、沙子或二硅化铁颗粒。
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