CN1103935A - 冲击载荷用减振器 - Google Patents

Abstract

一种能吸收能量的减振器，有一基体限定着一个 充满液体的内腔，在基体内设有多条沟道，每一沟道 在基体的外侧有一外出口，并与一个在液压下能弹性 顺从的介质有联系。可用较少费用制出。该沟道是 较窄的节流沟，能弹性顺从的介质是一张能弹性膨胀 的膜片，该膜片固定地把减振器的周围都密封起来并 把节流沟的外出口遮盖起来。由于冲击所施加的能 量，使液体受压通过窄小的节流沟并使弹性膜片膨 胀，这样能量就被吸收。

Description

本发明涉及一种能吸收能量的冲击载荷用减振器，该器有一由弹性可变形材料制成的基体，该基体具有弹性、可整体受压并限定着一个充满液体的内腔，在基体内设有多条从内腔向外自由流通的沟道，每一沟道在基体的外侧有一外出口，并与一个在液压下能弹性顺从的介质有联系，在内腔与该能弹性顺从的介质之间可建立起水力学的节流，该基体还具有一个支承面和一个加载面，这两个面面对面地设立，沟道基本上是在这两面的方向上伸展。

在已公开的（德国专利DE-PS 1203578号）这类减振器中，沟道是较宽的连通沟。该连通沟有外出口接在一根管道上，再与气垫连接。当基体受到载荷时，气垫被弹性地压缩，由单向阀进入气垫内的液体通过节流阀流回到管道。这种减振器要有管道、气垫和阀才能使用并且是费钱的。

本发明的目的是要研制一种较少化钱的这类减振器。这个目的现已达到，按照本发明的减振器，其特征为，沟道是较窄的节流沟，能弹性顺从的介质是一张能弹性膨胀的膜片，该膜片能固定地将减振器的周围都密封起来并将节流沟的外出口遮盖起来。

由于冲击或撞击所施加的能量，使液体受压通过窄小的节流沟并使弹性膜片膨胀，这样能量就被吸收。本减振器占地很小，构造简单，不需许多附加零件，例如环形管道、气垫和阀，只要设置能膨胀的膜片就可以了。本减振器的减振作用可以达到在开始时不会受到强烈的冲击而是逐渐上升的压力，并且能量的消除也是逐渐进行的，不会产生震荡。

本发明的减振器是一个弹性的、液压的、能吸收能量的系统，在该系统中受到冲击或撞击时液体可从能消耗功率的弹性的成形内腔中通过节流沟而被压出，被压出的液体聚集在膜片内，并在工作行程中返回到内腔内。通过弹性、体积、节流诸项参数可以准确地定出所能消耗的功率。刚性系统中出现的惯性作用的极高力可以得到避免。另外本减振器可以得到稳定缓慢的加载，不像有些系统在减振时会产生剧烈的震荡。

膜片或箔叶举例来说可由弹性塑料或合成橡胶制成。基体举例说可由密集蜂窝状的聚氨酯、硅橡胶或海绵状橡胶制成。节流沟的直径可按照减振器的使用情况和所希望的减振过程而定。基体一般制成整块的，其形状按照本发明是在一个平面上设置的浑圆形、长圆形、甚或方形。

设置多于两条的节流沟是特别适合和有效的。采用更多的例如多于三条的节流沟可以改善减振器的效率。

本发明减振器可免去一开始出现的高度震荡而调整为逐渐上升的减振过程。一种特别适合和有效的做法是将基体、节流沟和膜片调整为一种类似抛物线的减振过程。这样一种减振过程，就是当撞击性载荷施加在加载面上时在支承面上测出的力与时间的关系应当类似抛物线，这对许多使用场合是比较有利的。

一种特别适合和有效的实施形式是将基体制成一个长圆筒形状而将两个端面封闭，并将节流沟设在圆筒形的外层上。这样，支承面和加载面就都伸长了。该减振器的复位，那就是液体从膜片的鼓胀处回流到内腔内是通过节流沟缓慢进行的。圆筒形的外层为膜片提供了大面积膨胀的场所。

另一种特别适合和有效的实施形式是将基体凹洼处形成的凹腔用膜片的一部分跨越并限定其界线，该膜片是从一个形成凹腔的凸部上挂下并将节流沟的外出口覆盖的。采用这种实施形式，当冲击载荷终止时，液体能很快地从节流沟外出口旁的膜片鼓胀处越过凸部流回到凹腔内。

按照本发明的一种实施形式，节流沟都是设在基体内的，节流沟四周是是封闭起来与基体隔开的，其时节流沟与支承面和加载面都隔开一段距离。但在本发明的另一种实施形式中，内腔是设在基体的支承面上或加载面上并以凹洼限定界线的，其时节流沟设在构成凹洼的基体的加载面或支承面上，一边是敞开的并用一覆盖件来盖住，其时节流沟的侧边是由基体构成的脊棱限定界限的，该脊棱的横截面在走向其自由端时逐渐减小。

采用这种实施形式可使基体在受到冲击时较少被搓揉，直径较少被增大。由于加载和卸载引起的形状变化可使膜片在基体上的摩擦减少。这一点不管设有凹洼和脊棱的平面是加载面还是支承面，也不营脊棱是设在上面还是下面都是同样有效的。基体的材料可以不太软和不太可压缩，因此揉坏和不稳定性可减少，实际上可避免。脊棱在受到冲击或撞击时整个受压，可以计算并调整由于脊棱的制定尺寸而使能量吸收的大小和过程改善的情况。基体一般是在一个平面上设立的圆形成或椭圆形物，脊棱的走向一般是沿径向。

特别适合和有效的做法是将通向自由端时横截面逐渐减小的脊棱做得使其一个侧腹倾斜得比另一个侧腹较为平坦些。使该脊棱在受到冲击或撞击时靠向具有陡峭侧腹的那一边，从而可使能量的吸收可以调整地改善。能量转换的效果可通过陡峭侧腹和平坦侧腹的调整来施加影响。

另外还有种特别适合和有效的做法是将脊棱设置在一个基本上是平面的基体的躯干平面上，从该躯干平面的高度出发，脊棱向躯干平面的外缘伸展同时增大，这样就构成一个凹腔。其时节流沟最初只是在脊棱最大高度的区域内被遮盖件封闭，节流沟只是在该被封闭的区域内开展节流作用，以后通过冲击造成的压力，节流沟在较低的高度上也发生堵塞，节流沟起节流作用的长度就增加了。

此时还有一种特别适合和有效的做法是将脊棱的长度至少做成为在脊棱方向上展开的支承面或加载面的直径之半的三分之一。这样节流沟所具有的长度在大多数使用场合是令人满意的。

最后还有一种特别适合的有效的做法是采用硅油。硅油无毒，并且可在从摄氏负70度到正200度的广阔的温度范围内使用。在使用硅油时能量吸收装置的制定尺寸可以简化。

在采用按照本发明的带有脊棱的减振器时，如果受到一个定向冲击力，这时将会发生如下的过程：

在液体内生成压力，促使液体向外流出，接着脊棱结构也开始流动。

同时由于外加载荷，脊棱结构进行变形，例如使外面的脊棱梳尖弯曲;流的通道随着载荷的增加将会变窄，产生节流作用，并以按指数增长的能量消耗生成压力。在载荷终止时，大部分液体聚集在基体外，其时膜片鼓起。

紧接着卸载，脊棱结构恢复原状，由于这个原故以及膨胀膜片的收缩力使液体迅即流回到凹腔内。

本发明的减振器，特别是当具有脊棱时，具有特殊的优点，可以用在鞋子的底部，特别是脚后跟部分。本减振器可用简单的手段增加鞋子穿着上的舒适性。

在附图中画出并示出本发明的各种较优实施例，其中：

图1为一冲击载荷用减振器在不加载荷时的剖面图，

图2为图1所示减振器在加上冲击载荷时，

图3为图1所示减振器在冲击载荷结束时，

图4为图1中按Ⅳ-Ⅳ线的减振器的顶视图，

图5为具有冲击加载面的减振器在支承面上的力和时间的关系曲线图，

图6为另一种冲击载荷用减震器在不加载荷时，

图7为图6所示减振器在加上冲击载荷时，

图8为图6中按Ⅷ-Ⅷ线的剖面图，

图9为图7中按Ⅸ-Ⅸ线的剖面图，

图10-13为第三种冲击载荷用减振器在各种加载和卸载状态时的横剖面图，

图14-16为图10所示减振器在用各种脊棱加载时的局部剖面图。

图1到4的减振器具有一个整块的基体1，该基体有一圆浑的周围并在一边制成一块平的支承面2，支承在基础3上。在基体1与支承面2相对的边上有两个鼓起的凸部4把自己封闭起来并围成一个凹腔5。基体1的凸部4在与支承面2相对的边上有一成为环形的加载面6，加载件7就在其上加载。在基体里面有4条沿径向的、长而直的、周围封闭起来的节流沟8，这些沟在基体的外侧面上各有一个外出口9，它们的内出口10位在凹腔5中心部分的基体上。有一膜片11不透水地固定在支承面2及其边缘部分上。该膜片11扩展出去、包覆基体1的外侧面和设在其上的外出口9，并松弛地张在外侧面上。膜片11如图1那样略为张紧并将外出口9，10等密封起来，使从凹腔流出的各个单独的小水滴都能流到基体1的外侧面上。

此后膜片11继续扩展并松弛地张挂到凸部，然后由膜片的一部分12将凹腔5覆盖住。凹腔5和节流沟8被用一种液体例如水予以充满。当加载件7按照箭头13的方向撞击或冲击在减振器上时，基体1的整体受压，材料受压缩，内腔5的体积也被减小。液体从外出口9流出，使膜片11如图2那样四周向外鼓出而膨胀起来。而当如图3那样冲击载荷卸载时，液体不再通过狭窄的节流沟8流回凹腔5，而是漫过凸部回到凹腔内，其时膜片11略从凸部上掀起。

在图5中画出在支承面2上量出的、由于沿箭头13的冲击载荷造成的力与时间的关系曲线。冲击载荷被抑制后再传布出去，即它在到达支承面2上已没有开始时的高峰载荷而是稳步地走向最大值。

上面图1到4所说明的一般在下面图6到9中也能适用，除了说明不一致的情况以外。

在图6到9中，基体1为长圆筒形并在两端具有侧壁15。支承面2在不加载荷的状态下如图8为一窄条。空腔5也是长圆筒形并且与图1到4一样是中间没有骨架的。加载面6在不加载荷的状态下如图8也是一个窄条。相对设立有两排短的节流沟8。膜片11包覆整个基体1，固定在基体的两个端头上，而在节流沟8的区域则是松弛地支承在基体上。在加载时基体上沿节流沟的两边都向外鼓起如14所示，从该鼓起处液体通过节流沟8返回到空腔5内。如图9所示，基体在受到冲击载荷13时只是在外形上变化，材料并没有受到压缩。

这里所讨论的减振器只不过例如用在交通车一个座位的头枕上。头枕设在座位的靠背上面并在猛烈反弹时支承着坐客的后脑勺。对付这种反弹，本减振器能令人满意地加以抑制。

图10到16的减振器有一整块的基体1，该基体有一浑圆的周围并在一边制成一块不平的支承面2，该面支承在图上未示出的基础上。基体1在支承面2的范围内制成一个中间断开的、环绕设置的凸部4，在该凸部之间围有凹腔5。凸部4是由沿径向伸展的脊棱16构成的，该凸部4在基体的中心留出一小块空间17，然后从基体的里面向外缘从躯体平面18的高度开始逐渐向下增大。基体1在与支承面2相对的一边设有一块平的加载面6，在该加载面上有一未曾详细画出的加载件可按箭头18的方向施加载荷。在基体1的表面上设有多条沿径向伸展的、直而长的、一边敞开的节流沟8，它们在基体的外侧面上各有一个外出口9而其内出口10则位在凹腔5的中心部分靠近基体旁的小空间17。有一膜片11不透水地固定在加载面6上。该膜片11扩展出去、包覆基体1的外侧面和设在其上的外出口9，并松弛地张在外侧面上。如图10所示，在膜片11与基体1的外侧面之间存在着间隙，在膜片与中凸部4之间也存在着间隙。

各节流沟8都是一边有一条脊棱加以限制，这从图14中它们的横剖面可以清晰地看到。其时脊棱16沿径向伸展，横截周边的面积从基体的里面到外缘是逐渐增加的，但每一条脊棱的横截面从基体的里面以脊棱的自由端或梳尖，如图14所示，却是减少的，而这种减少如图14所示还是比较大的、成为角形的。也可能将这减少的横截面制成带圆角的或梯形端的。每一条脊棱16都由一个较平坦的侧腹19和一个较陡峭的侧腹20构成。

膜片11在基体的侧面上扩展不只是松弛地依附在其上面而是更为松动，存在着间隙21一直到凸部4的梳尖为止，然后以膜片的一部分12将凹腔5覆盖住。凹腔5、节流沟8和间隙21被用一种液体例如硅油充满。当加载件6按箭头18的方向将撞击性或冲击性载荷施加在图10所示的减振器上时，基体1将连同其脊棱16整体受压，材料受到压缩，其时脊棱将按图15和16变形，凹腔5的体积将会减少，而节流沟8从基体1的外缘沿径向到里面去的路将被关断并在横截面上变窄。在外出口9的液体将流出，以致膜片11本身将如图12那样沿径向膨胀而在四周鼓起。当如图13所示冲击载荷卸载时，脊棱16和节流沟都会恢复，液体将通过节流沟8流回。

按照图10到13，膜片11是一个圆盘形件和一个盆状件组合而成。这两个零件在周缘部分22上相互密封焊接的。按照图10到13，覆盖节流沟8的覆盖件23是由膜片的一部分构成的。可以设想用一块公用的包覆膜片将两个或多个基体覆盖起来，两个基体可一个位在另一个的上面，一个基体的脊棱支承在另一个基体的加载面上，而前一基体的加载面就作为覆盖件。

Claims (12)

1、一种能吸收能量的冲击载荷用减振器，该器有一由弹性可变形材料制成的基体，该基体具有弹性可整体受压并限定着一个充满液体的内腔，在基体内设有多个从内腔向外自由流通的沟道，每一沟道在基体的外侧有一外出口，并与一个在液压下能弹性顺从的介质有联系，在内腔与该能弹性顺从的介质之间可建立起水力学的节流，该基体还具有一个支承面和一个加载面，这两个面面对面地设立，沟道基本上是在这两面的方向上伸展，其特征在于，沟道是较窄的节流沟(8)，能弹性顺从的介质是一张能弹性膨胀的膜片(11)，该膜片能固定地将减振器的周围都密封起来并将节流沟(8)的外出口(9)遮盖起来。

2、按照权利要求1的减振器，其特征为，设有多于两条的节流沟（8）。

3、按照权利要求1或2的减振器，其特征为，可将基体（1）、节流沟（8）和膜片（11）调整为一种类似抛物线的减振过程。

4、按照权利要求1，2或3的减振器，其时将基体制成为长圆筒形状，其特征为，圆筒的两个端面（15）都是封闭的，并将节流沟（8）设在圆筒形的外层上。

5、按照权利要求1，2或3的减振器，其特征为，将基体（1）凹洼处形成的凹腔（5）用膜片（11）的一部分（12）跨越并限定其界线，该膜片是从一个形成凹洼的凸部（4）上挂下并将节流沟（8）的外出口（9）覆盖的。

6、按照权利要求1，2或3的减振器，其特征为，内腔（5）是设在基体（1）的支承面（2）上或加载面（6）上并以凹洼限定界线的，节流沟（8）设在构成凹洼的基体（1）的加载面（6）上或支承面（2）上，一边是敞开的并用一覆盖件23来盖住，而节流沟（8）的侧边是由基体（1）构成的脊棱（16）限定界线的，该脊棱的横截面在走向其自由端时逐渐减小。

7、按照权利要求6的减振器，其特征为，将通向自由端时横截面逐渐减小的脊棱（16）做得使其一个侧腹（19）倾斜得比另一个侧腹（20）较为平坦些。

8、按照权利要求6或7的减振器，其特征为，将脊棱（16）设置在一个基本上是平面的基体（1）的躯干平面（18）上，从该躯干平面（18）的高度出发，脊棱（16）向躯干平面的外缘伸展同时增大，这样就构成一个凹腔（5）。

9、按照权利要求6，7或8的减振器，其特征为，将脊棱（16）的长度至少做成为在脊棱方向上展开的支承面（2）或加载面（6）的直径之半的三分之一。

10、按照以上权利要求中任一项的减振器，其特征为，所用液体为硅油。

11、将以上权利要求中任一项的减振器使用于交通车座位的靠背上。

12、将权利要求1到10中的减振器使用于鞋子的底部，特别是后脚跟部分上。

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