CN113187848A - 一种缓冲装置 - Google Patents

一种缓冲装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113187848A
CN113187848A CN202110582040.1A CN202110582040A CN113187848A CN 113187848 A CN113187848 A CN 113187848A CN 202110582040 A CN202110582040 A CN 202110582040A CN 113187848 A CN113187848 A CN 113187848A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supporting
support
annular
buffer
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110582040.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113187848B (zh
Inventor
王兵
朱绍伟
陈帅
连续
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202110582040.1A priority Critical patent/CN113187848B/zh
Publication of CN113187848A publication Critical patent/CN113187848A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113187848B publication Critical patent/CN113187848B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/046—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means using combinations of springs of different kinds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/08—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with rubber springs ; with springs made of rubber and metal
    • F16F15/085—Use of both rubber and metal springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/04—Friction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/06—Magnetic or electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2238/00—Type of springs or dampers
    • F16F2238/02—Springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2238/00—Type of springs or dampers
    • F16F2238/02—Springs
    • F16F2238/026—Springs wound- or coil-like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本申请提供了一种缓冲装置包括：壳体、多个缓冲管、弹性部、支撑件以及弹性支撑部。缓冲管的孔壁上设置有多个类环形凹槽，且缓冲管上具有多个沿缓冲管轴向设置的缝隙。弹性部设置在容纳腔内。每一支撑柱的外壁面上均设置有多个类环形凸起。弹性支撑部设置在连接孔内，并位于壳体与支撑柱之间。其中，支撑柱包括依次连接的连接段、凸起段及支撑尾段，多个支撑柱的支撑尾段的长度至少为二种。本申请提供的缓冲装置，由于多个支撑柱中的支撑尾段长度不同，使不同的支撑柱上的凸起段存在相位差，所以不同支撑柱所受到的阻力也不相同，从而通过不同支撑柱的组合来改变结构的载荷‑位移曲线，进而大幅度提高缓冲装置的比阻尼系数达到增强结构缓冲性能。

Description

一种缓冲装置
技术领域
本申请涉及减振技术领域，尤其涉及一种缓冲装置。
背景技术
负刚度多稳态结构常常被用于阻尼减振相关领域。研究比较多的是梁/壳构成的负刚度结构。现有的套筒式负刚度结构相对梁式负刚度结构有更优异的力学性能，相同质量下可以吸收更多的能量。而且这类结构不依靠粘弹性或粘性来进行能量吸收，因为在低频/低速下也具有良好的吸能效果。但是，和其他负刚度结构一样，套筒式负刚度结构具有波浪式起伏的载荷位移曲线，因而其比阻尼系数不高，减振效果不好。
发明内容
本申请的目的是提供一种比阻尼系数高、减振效果好的缓冲装置。
为了实现上述至少之一的目的，本申请提供了一种缓冲装置，包括：壳体，所述壳体具有一端开口的容纳腔；多个缓冲管，多个所述缓冲管的一端与所述壳体连接，多个所述缓冲管的另一端向所述容纳腔的开口延伸，所述缓冲管具有连接孔，所述连接孔的孔壁上设置有多个类环形凹槽，且所述缓冲管上具有多个沿所述缓冲管轴向设置的缝隙；弹性部，所述弹性部设置在所述容纳腔内，并包裹多个所述缓冲管，所述弹性部用于填充所述容纳腔；支撑件，所述支撑件包括支撑板及与所述支撑板连接的多个支撑柱，多个所述支撑柱分别插入多个所述连接孔内，每一所述支撑柱的外壁面上均设置有多个与所述类环形凹槽匹配的类环形凸起，多个类环形凸起构成凸起段；以及弹性支撑部，所述弹性支撑部设置在所述连接孔内，并位于所述壳体与所述支撑柱之间，用于支撑所述支撑柱；其中，所述支撑柱包括依次连接的连接段、凸起段及支撑尾段，所述连接段与所述支撑板连接，且所述类环形凸起设置在所述凸起段上；多个所述支撑柱的支撑尾段的长度至少为二种。
在其中的一些实施例中，所有所述支撑柱的长度均相同，且不同所述支撑柱的支撑尾段的长度不相同，所述支撑尾段长度满足以下公式：
Figure BDA0003086370130000021
h为支撑尾段的长度，K为常数，S为在支撑柱轴向上类环形凸起的宽度，M为不同长度支撑尾段的数量、且取值范围为大于2的整数，i为0～M-1的整数。
其中的一些实施例中，在具有不同长度所述支撑尾段的所述支撑柱上，相邻所述类环形凸起在所述支撑柱轴向上的间隔距离不相同。
在其中的一些实施例中，在同一所述支撑柱上，相邻所述类环形凸起侧壁之间的夹角满足如下公式：
θ>2arctan(μ)，θ为相邻所述类环形凸起侧壁之间的夹角，μ为所述支撑柱和所述壳体之间的摩擦系数；
在所述支撑柱径向上，所述类环形凸起的高度满足如下公式：
Figure BDA0003086370130000022
H为类环形凸起的高度，
Figure BDA0003086370130000023
为制成支撑柱材料的最大允许应变，L为在所述支撑柱径向上缝隙的长度，w1为缓冲管的另一端到第一个类环形凹槽的长度，r1为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的内半径，r2为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的外半径。
在其中的一些实施例中，所述类环形凸起的远离所述支撑柱的一端的外表面为曲面，多个所述类环形凸起的曲面共同构成连续可导的平滑曲线。
在其中的一些实施例中，所述环类形凸起的截面形状为圆顶梯形；相邻两个所述类环形凸起之间为圆弧过渡；所述类环形凸起与所述支撑柱的连接处为圆弧过渡，所述过渡圆弧的半径R满足：H/5<R≤H。
在其中的一些实施例中，所述类环形凸起外表面的曲面为正函数曲线形，相邻两个所述类环形凸起之间为正函曲线过渡，所述类环形凸起与所述支撑柱的连接处为圆弧过渡，所述过渡圆弧的半径R满足H/5<R≤H。
在其中的一些实施例中，所述弹性支撑部为弹簧，所述弹簧支撑在所述支撑柱与所述壳体之间。
在其中的一些实施例中，所述弹性支撑部包括：第一磁铁，所述第一磁铁固定在所述壳体上；以及第二磁铁，所述第二磁铁固定在所述支撑柱上，且所述第一磁铁与所述第二磁铁之间存在斥力。
在其中的一些实施例中，所述壳体、缓冲管、支撑件采用刚性材料制成，所述弹性部采用柔性材料制成，且所述刚性材料与柔性材料的刚度比大于10。
本申请的上述技术方案具有如下优点：
1.缓冲装置对能量消耗分来自支撑柱与缓冲管的内壁之间的摩擦力，与粘弹性缓冲材料的能量耗散机理不同，基于摩擦力的耗能机制受到加载速度和频率的影响较小，可以在低频和低速下也取得较好缓冲效果。
2.缓冲装置采用了具有相位差特征的支撑柱，有助于结构形成较为平缓的载荷位移曲线，从而具有更大的比阻尼系数和更好的能量耗散效果。
3.缓冲装置采用了刚性材料和柔性材料各司其职的设计，使刚性材料来承担摩擦和支撑作用，柔性材料承担变形作用，从而保证结构在变形中不发生破坏，同时使其具有较好力学性能和能量耗散能力。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，另外，本申请附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。其中：
图1是本申请所述缓冲装置的立体结构示意图；
图2是本申请所示壳体和缓冲管的结构示意图；
图3是本申请所述支撑件的立体结构示意图；
图4是图3所示结构侧视结构示意图；
图5a是图4中A部的放大结构示意图；
图5b是图4中B部的放大结构示意图；
图6是图2所示结构的剖视结构示意图；
图7是本申请所述缓冲装置进行压缩卸载实验生成的载荷加卸载曲线图；
图8a和图8b是本申请所述缓冲装置进行振动实验生成的加速度衰减图。
其中，图1至图6的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
壳体10，缓冲管20，类环形凹槽21，缝隙22，支撑件30，支撑板31，支撑柱32，凸起段321，支撑尾段322，类环形凸起33，弹性部40。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下述讨论提供了本申请的多个实施例。虽然每个实施例代表了申请的单一组合，但是本申请不同实施例可以替换，或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含A、B、C，另一个实施例包含B和D的组合，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1至图4所示，本申请的实施例提供的缓冲装置包括：壳体10、多个缓冲管20、弹性部40、支撑件30以及弹性支撑部(图中未示出)。
如图2所示，壳体10具有一端开口的容纳腔。
如图2所示，多个缓冲管20的一端与壳体10连接，多个缓冲管20的另一端向容纳腔的开口延伸，缓冲管20具有连接孔，连接孔的孔壁上设置有多个类环形凹槽21，且缓冲管20上具有多个沿缓冲管20的设置的缝隙22。缝隙22的设置能够保证了缓冲管20的变形。在本申请的另一个实施例中，连接孔的孔壁上设置有多个环形凹槽。
弹性部40设置在容纳腔内，并包裹多个缓冲管20，弹性部40用于填充容纳腔。弹性部40为硅橡胶、橡胶、聚酯泡沫等软材料制成，弹性部40通过浇筑的方式填充到容纳腔内。当支撑柱32在连接孔内运动时，缓冲管20会发生弯曲形变，带动弹性部40发生变形并积累应变能。积累的在弹性部中的应变能具有向外释放的趋势，从而压缩缓冲管20向支撑柱32施加反作用力，从而增加了支撑柱32在连接孔内运动时所受到的摩擦力，从而大幅度提高的缓冲装置的能量耗散能力。
如图3所示，支撑件30包括支撑板31及与支撑板31连接的多个支撑柱32，多个支撑柱32分别插入多个连接孔内，每一支撑柱32的外壁面上均设置有多个与类环形凹槽21匹配的类环形凸起33，多个类环形凸起33构成凸起段321。在本申请的另一个实施例中，每一支撑柱的外壁面上均设置有多个与环形凹槽匹配的环形凸起。支撑件30可通过3D打印技术制成，例如选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，选择性激光熔融(Selectivelaser melting，SLM)，熔融沉积成型(Fused deposition modeling，FDM)等方法制备。制成支撑件30的材料可以为金属材料，如铝合金、钛合金、钢等。或制成支撑件30的材料可采用如下材料：高分子材料如聚乳酸(polylactic acid，PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，ABS)、尼龙(Polyamide，PA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚醚醚酮(poly(ether-ether-ketone)，PEEK)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)等。
弹性支撑部设置在连接孔内，并位于壳体10与支撑柱32之间，用于支撑支撑柱32。
支撑柱32包括依次连接的凸起段及支撑尾段322，凸起段与支撑板31连接，且类环形凸起33设置在凸起段上；多个支撑柱32的支撑尾段322的长度至少为二种。
壳体10与多个缓冲管20可为一体式结构，该结构可通过3D打印技术制成，例如选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，选择性激光熔融(Selective lasermelting，SLM)，熔融沉积成型(Fused deposition modeling，FDM)等方法制备。制成上述结构的材料可以为金属材料，如铝合金、钛合金、钢等。或制成上述结构的材料可采用如下材料：高分子材料如聚乳酸(polylactic acid，PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，ABS)、尼龙(Polyamide，PA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene、PP)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、聚醚醚酮(poly(ether-ether-ketone)，PEEK)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)等。
本申请提供的缓冲装置，对能量消耗分来自支撑柱与缓冲管的内壁之间的摩擦力，与粘弹性缓冲材料的能量耗散机理不同，基于摩擦力的耗能机制受到加载速度和频率的影响较小，可以在低频和低速下也取得较好缓冲效果。另外，缓冲装置采用了具有相位差特征的支撑柱，有助于结构形成较为平缓的载荷位移曲线，从而具有更大的比阻尼系数和更好的能量耗散效果。
在本申请的一个具体实施例中，弹性支撑部为弹簧，弹簧支撑在支撑柱与壳体之间。
在本申请的另一个具体实施例中，弹性支撑部包括：第一磁铁以及第二磁铁。
第一磁铁固定在壳体上。
第二磁铁固定在支撑柱上，且第一磁铁与第二磁铁之间存在斥力。
弹性支撑部的具体结构不止上述两种方式，在此就不一一例举，只要能够满足弹性支撑部的使用要求的结构都应在本申请的保护范围内。
如图4所示，在本申请的一个实施例中，支撑尾段的长度满足如下公式：
Figure BDA0003086370130000071
h为支撑尾段的长度，K为常数，S为在支撑柱32轴向上类环形凸起33的宽度，M为不同长度支撑尾段322的数量、且取值范围为大于2的整数，i为0～M-1的整数。
下面以不同长度支撑尾段的数量为四个具体阐述支撑尾段长度的计算过程：
K＝5mm，S＝5mm，M＝4(即不同长度支撑尾段的数量为四种)，i为0～3的整数，第一个支撑尾段322的长度为
Figure BDA0003086370130000072
第二个支撑尾段322的长度为
Figure BDA0003086370130000081
第三个支撑尾段322的长度为
Figure BDA0003086370130000082
第四个支撑尾段322的长度为
Figure BDA0003086370130000083
在本申请的一个实施例中，支撑件包括四个支撑柱，且四个支撑柱的支撑尾段的长度为两种，且相邻支撑柱的支持段长度不相同。在本申请的另一个实施例中，支撑件包括四个支撑柱，且四个支撑柱的支撑尾段的长度为四种，且相邻支撑柱的支持段长度不相同。
在本申请的一个实施例中，为了保证支撑件的使用寿命，降低类环形凸起损坏的概率，类环形凸起的设置应该满足如下设置要求：
1、如图5a和图6所示，在同一支撑柱上，相邻类环形凸起侧壁之间的夹角满足如下公式：
θ＞2arctan(μ)；
θ为相邻类环形凸起侧壁之间的夹角，μ为支撑柱和壳体之间的系数。
2、在支撑柱径向上，类环形凸起的高度H满足如下公式：
Figure BDA0003086370130000084
H为类环形凸起的高度，
Figure BDA0003086370130000085
为制成支撑柱的材料最大允许应变，L为在支撑柱径向上缝隙的长度，w1为缓冲管的另一端到第一个类环形凹槽的长度，r1为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的内半径，r2为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的外半径。
3、如图4、图5a和图5b所示，类环形凸起的远离支撑柱的一端的外表面为曲面，多个类环形凸起的曲面共同构成连续可导的平滑曲线。具体地，类环形凸起的截面形状为圆顶梯形；相邻两个类环形凸起之间为圆弧过渡R(R1)；类环形凸起与支撑柱的连接处为圆弧过渡R(R2)，过渡圆弧的半径R(R1、R2)满足：H/5<R≤H。或者，类环形凸起外表面的曲面为正函数曲线形，相邻两个类环形凸起之间为正函曲线的圆弧过渡，类环形凸起与支撑柱的连接处为圆弧过渡，过渡圆弧的半径R满足H/5<R≤H。
在本申请的一个实施例中，壳体、缓冲管、支撑件采用刚性材料制成，弹性部采用柔性材料制成，且刚性材料与柔性材料的刚度比大于10。
缓冲装置采用了刚性材料和柔性材料，使刚性材料来承担摩擦和支撑作用，柔性材料承担变形作用，从而保证结构在变形中不发生破坏，同时使其具有较好力学性能和能量耗散能力。
下面结合附图具体阐述支撑柱的实施例：
如图4所示，在本申请的一个实施例中，在具有不同长度支撑尾段322的支撑柱32上，凸起段321在支撑柱32轴向上的长度D相同。具体地，所有支撑柱32的长度均相同，且多个支撑柱32的支撑尾段322的长度均不相同。不同支撑柱的凸起段的长度也完全相同。不同支撑柱连接段的长度根据支撑尾段的长度进行确定，确保支撑尾段、凸起段和连接段的长度之和为常数。
上述凸起段321的设置方式，使不同的支撑柱32上的凸起段321存在相位差，在支撑柱32运动过程中，不同支撑柱32上的类环形凸起33与连接孔的内壁接触时间不相同，所以不同支撑柱32所受到的摩擦力时间及大小也不相同。通过对不同支撑柱的组合，可以使结构形成较为平缓的载荷位移曲线，从而能够大幅度提高缓冲装置的比阻尼系数，进而改善缓冲装置的减振效果。
缓冲装置采用如下方式制成：
首先，采用FDM工艺利用PLA材料制造出壳体10与多个缓冲管20出和支撑件30，其中，在FDM工艺中，喷头的直径为0.4mm；打印时每层厚度为0.1mm；打印的温度为210℃；打印的速度为40mm/s。
然后，在多个缓冲管20中填充陶土，待陶土干燥后向壳体10的容纳腔中填充硅橡胶。
之后，将去缓冲管20中的陶土除去，并将陶土清洗干净。
最后，将弹簧41固定在缓冲管20内，并将支撑件30的支撑柱32插入缓冲管20与弹簧41连接。
对下述几个缓冲装置的实施例以及现有的对比例进行了性能测试，测试结果具体如图所示
示例1
缓冲装置包括：壳体10、四个缓冲管20、支撑件30、弹性部40以及弹性支撑部。支撑件30包括四个支撑柱32及支撑板31，四个支撑柱32的支撑尾段322的长度为四种，支撑尾段322的长度分别为5mm，3.75mm，2.5mm，1.25mm。支撑尾段322之间的相位差为1.25mm。该种缓冲装置为1-2-3-4型结构。
示例2
缓冲装置包括：壳体10、四个缓冲管20、支撑件30、弹性部40以及弹性支撑部。支撑件30包括四个支撑柱32及支撑板31，四个支撑柱32的支撑尾段322的长度为两种，相邻两个支撑柱32的支撑尾段322长度不相同，支撑尾段322的长度分别为5mm，2.5mm。支撑尾段322之间的相位差为2.5mm。该种缓冲装置为1-3-1-3型结构。
对比1
缓冲装置包括：壳体10、一个缓冲管20、支撑件30、弹性部40以及弹性支撑部。支撑件30包括一个支撑柱32及支撑板31，支撑柱32的支撑尾段322的长度为5mm。该种缓冲装置为单胞结构
对比2
缓冲装置包括：壳体10、四个缓冲管20、支撑件30、弹性部40以及弹性支撑部。支撑件30包括四个支撑柱32及支撑板31，四个支撑柱32的支撑尾段322的长度均为5mm。该种缓冲装置为1-1-1-1型结构。
实验一
分别对示例1、示例2、对比1及对比2进行压缩卸载实验，可以得到如图7所示的载荷加卸载曲线。观察载荷加卸载曲线能够得出如下结论：
缓冲装置的1-1-1-1型结构和单胞型结构的载荷加卸载曲线为波浪状，且1-1-1-1型结构和单胞的加卸载曲线形状相同。因此在支撑板31的支撑尾段322无相位差时，多单胞的并联不会改变结构的载荷加卸载曲线形状。
缓冲装置的1-3-1-3型结构和1-2-3-4型结构的载荷加卸载曲线相对结果有很大的变化，表示支撑板31的支撑尾段322存在相位差并联方式可以大幅度调整结构载荷加卸载曲线。
且通过多次的加卸载实验证明了结构不会在实验中发生损伤，因而可以多次使用。
根据载荷加卸载曲线计算比阻尼系数的方法，可计算出缓冲装置的1-1-1-1型结构(无相位差并联)的比阻尼系数为0.98；缓冲装置的1-3-1-3型结构(相位差为2.5mm)的比阻尼系数为1.42；缓冲装置的1-2-3-4型结构(相位差为1.25mm)的比阻尼系数为1.61。有相位差结构相对无相位差结构的比阻尼系数提高了45％～64％。大幅度提高的缓冲装置的性能效果，即保证了缓冲装置的减振效果。
比阻尼系数Ψ的计算公式如下：
Figure BDA0003086370130000121
Fload(u)是加载阶段卸的载荷位移曲线，Funload(u)是卸载阶段的载荷位移曲线，umax是支撑件的最大位移，umin是支撑件的最小位移，Fmax是最大载荷，Fmin是最小载荷。
上述比阻尼系数计算公式出自根据文献(ORBAN F.Damping of materials andmembers in structures[J].Journal of Physics:Conference Series,2011,268:12022.)。
实验二
分别对弹簧为缓冲件、示例1、对比2进行两次落锤实验，两次落锤实验中质量块的重量分别4.6kg及8.1kg。具体实验过程为：缓冲装置的壳体10与地面固定，然后质量块放置到支撑板31上，最后使用落锤锤击质量块，观察质量块的加速度衰减从而获得结构的时域响应，并根据实验结果绘制如图8a和图8b所示的加速度衰减曲线图(其中，图8a是质量块为4.6kg的加速度衰减曲线图，图8b是质量块为8.1kg的加速度衰减曲线图)。观察加速度衰减曲线图能够得出结论：本申请提供的缓冲装置能够大幅度提高的缓冲装置的性能效果，即保证了缓冲装置的减振效果可以看到本文发明结构具有良好的减振性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种缓冲装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有一端开口的容纳腔；
多个缓冲管，多个所述缓冲管的一端与所述壳体连接，多个所述缓冲管的另一端向所述容纳腔的开口延伸，所述缓冲管具有连接孔，所述连接孔的孔壁上设置有多个类环形凹槽，且所述缓冲管上具有多个沿所述缓冲管轴向设置的缝隙；
弹性部，所述弹性部设置在所述容纳腔内，并包裹多个所述缓冲管，所述弹性部用于填充所述容纳腔；
支撑件，所述支撑件包括支撑板及与所述支撑板连接的多个支撑柱，多个所述支撑柱分别插入多个所述连接孔内，每一所述支撑柱的外壁面上均设置有多个与所述类环形凹槽匹配的类环形凸起，多个类环形凸起构成凸起段；以及
弹性支撑部，所述弹性支撑部设置在所述连接孔内，并位于所述壳体与所述支撑柱之间，用于支撑所述支撑柱；
其中，所述支撑柱包括依次连接的连接段、凸起段及支撑尾段，所述连接段与所述支撑板连接，且所述类环形凸起设置在所述凸起段上；多个所述支撑柱的支撑尾段的长度至少为二种。
2.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，
所有所述支撑柱的长度均相同，且不同所述支撑柱的支撑尾段的长度不相同，所述支撑尾段长度满足以下公式：
Figure FDA0003086370120000011
h为支撑尾段的长度，K为常数，S为在支撑柱轴向上类环形凸起的宽度，M为不同长度支撑尾段的数量、且取值范围为大于2的整数，i为0～M-1的整数。
3.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，
在具有不同长度所述支撑尾段的所述支撑柱上，相邻所述类环形凸起在所述支撑柱轴向上的间隔距离不相同。
4.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，
在同一所述支撑柱上，相邻所述类环形凸起侧壁之间的夹角满足如下公式：
θ>2arctan(μ)，θ为相邻所述类环形凸起侧壁之间的夹角，μ为所述支撑柱和所述壳体之间的摩擦系数；
在所述支撑柱径向上，所述类环形凸起的高度满足如下公式：
Figure FDA0003086370120000021
H为类环形凸起的高度，
Figure FDA0003086370120000022
为制成壳体材料的最大允许应变，L为在所述支撑柱径向上缝隙的长度，w1为缓冲管的另一端到第一个类环形凹槽的长度，r1为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的内半径，r2为缓冲管未设置有类环形凹槽部分的外半径。
5.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，
所述类环形凸起的远离所述支撑柱的一端的外表面为曲面，多个所述类环形凸起的曲面共同构成连续可导的平滑曲线。
6.根据权利要求5所述的缓冲装置，其特征在于，
所述类环形凸起的截面形状为圆顶梯形；相邻两个所述类环形凸起之间为圆弧过渡；所述类环形凸起与所述支撑柱的连接处为圆弧过渡，所述过渡圆弧的半径R满足：H/5<R≤H。
7.根据权利要求5所述的缓冲装置，其特征在于，
所述类环形凸起外表面的曲面为正函数曲线形，相邻两个所述类环形凸起之间为正函曲线过渡，所述类环形凸起与所述支撑柱的连接处为圆弧过渡，所述过渡圆弧的半径R满足H/5<R≤H。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的缓冲装置，其特征在于，
所述弹性支撑部为弹簧，所述弹簧支撑在所述支撑柱与所述壳体之间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的缓冲装置，其特征在于，
所述弹性支撑部包括：
第一磁铁，所述第一磁铁固定在所述壳体上；以及
第二磁铁，所述第二磁铁固定在所述支撑柱上，且所述第一磁铁与所述第二磁铁之间存在斥力。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的缓冲装置，其特征在于，所述壳体、缓冲管、支撑件采用刚性材料制成，所述弹性部采用柔性材料制成，且所述刚性材料与柔性材料的刚度比大于10。
CN202110582040.1A 2021-05-27 2021-05-27 一种缓冲装置 Active CN113187848B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110582040.1A CN113187848B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种缓冲装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110582040.1A CN113187848B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种缓冲装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113187848A true CN113187848A (zh) 2021-07-30
CN113187848B CN113187848B (zh) 2022-06-03

Family

ID=76985407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110582040.1A Active CN113187848B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种缓冲装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113187848B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3806106A (en) * 1971-01-14 1974-04-23 Pneumatiques Caoutchouc Mfg Elastomeric load supports
EP0130463A2 (en) * 1983-06-27 1985-01-09 INDUSTRIE PIRELLI S.p.A. Damper device having hysteretic effect
US4644714A (en) * 1985-12-02 1987-02-24 Earthquake Protection Systems, Inc. Earthquake protective column support
US5257680A (en) * 1991-12-20 1993-11-02 Lord Corporation Surface effect dampers having both hysteresis and a frictional component
JPH1047429A (ja) * 1996-08-08 1998-02-20 Delta Tsuuring:Kk 減衰特性を有する磁性バネを備えた係数励振振動機構
CN204300205U (zh) * 2014-11-25 2015-04-29 中国科学技术大学 一种环形弹簧式弹塑性缓冲吸能装置
US20160200429A1 (en) * 2015-01-13 2016-07-14 Airbus Helicopters Damping device for a supercritical transmission shaft
CN110792710A (zh) * 2019-11-07 2020-02-14 哈尔滨工业大学 一种复合型负刚度吸能蜂窝结构及其制备方法
CN111828526A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 哈尔滨工业大学 一种拉伸式准零刚度隔振连续结构
CN111878537A (zh) * 2020-08-14 2020-11-03 上海交通大学 自适应阻尼器以及基于阻尼器的装置
CN112128291A (zh) * 2020-09-07 2020-12-25 东南大学 一种分布式粘滞阻尼耗能装置及耗能方法
CN112228504A (zh) * 2020-10-12 2021-01-15 中北大学 骨架式缓冲装置及其设置方法
CN112460176A (zh) * 2020-12-03 2021-03-09 中北大学 一种具有快速复位功能的金属橡胶-弹簧组合缓冲装置
CN213112106U (zh) * 2020-08-27 2021-05-04 时空智能科技(宁波)有限公司 一种电梯安全保护缓冲器

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3806106A (en) * 1971-01-14 1974-04-23 Pneumatiques Caoutchouc Mfg Elastomeric load supports
EP0130463A2 (en) * 1983-06-27 1985-01-09 INDUSTRIE PIRELLI S.p.A. Damper device having hysteretic effect
US4644714A (en) * 1985-12-02 1987-02-24 Earthquake Protection Systems, Inc. Earthquake protective column support
US5257680A (en) * 1991-12-20 1993-11-02 Lord Corporation Surface effect dampers having both hysteresis and a frictional component
JPH1047429A (ja) * 1996-08-08 1998-02-20 Delta Tsuuring:Kk 減衰特性を有する磁性バネを備えた係数励振振動機構
CN204300205U (zh) * 2014-11-25 2015-04-29 中国科学技术大学 一种环形弹簧式弹塑性缓冲吸能装置
US20160200429A1 (en) * 2015-01-13 2016-07-14 Airbus Helicopters Damping device for a supercritical transmission shaft
CN110792710A (zh) * 2019-11-07 2020-02-14 哈尔滨工业大学 一种复合型负刚度吸能蜂窝结构及其制备方法
CN111828526A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 哈尔滨工业大学 一种拉伸式准零刚度隔振连续结构
CN111878537A (zh) * 2020-08-14 2020-11-03 上海交通大学 自适应阻尼器以及基于阻尼器的装置
CN213112106U (zh) * 2020-08-27 2021-05-04 时空智能科技(宁波)有限公司 一种电梯安全保护缓冲器
CN112128291A (zh) * 2020-09-07 2020-12-25 东南大学 一种分布式粘滞阻尼耗能装置及耗能方法
CN112228504A (zh) * 2020-10-12 2021-01-15 中北大学 骨架式缓冲装置及其设置方法
CN112460176A (zh) * 2020-12-03 2021-03-09 中北大学 一种具有快速复位功能的金属橡胶-弹簧组合缓冲装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAOWEI ZHU ET AL.: "A novel bi-material negative stiffness metamaterial in sleeve-type via combining rigidity with softness", 《COMPOSITE STRUCTURES》 *
SHAOWEI ZHU ET AL.: "A novel bi-material negative stiffness metamaterial in sleeve-type via combining rigidity with softness", 《COMPOSITE STRUCTURES》, no. 262, 30 November 2020 (2020-11-30), pages 1 - 14 *
SHAOWEI ZHU ET AL.: "Bio-inspired multistable metamaterials with reusable large deformation and ultra-high mechanical performance", 《EXTREME MECHANICS LETTERS》 *
SHAOWEI ZHU ET AL.: "Bio-inspired multistable metamaterials with reusable large deformation and ultra-high mechanical performance", 《EXTREME MECHANICS LETTERS》, no. 32, 29 August 2019 (2019-08-29), pages 1 - 9 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113187848B (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6028231B2 (ja) 組電池
EP3521656A1 (en) Vibration isolation device
TWI286118B (en) Balancing apparatus for elevator
JP2010525243A (ja) 保護構造及びこれを作成する方法
EP2969545A1 (en) Constrained microlayer cellular material with high stiffness and damping
CN113187848B (zh) 一种缓冲装置
JPS63135627A (ja) 振動遮断支持装置
US9925562B2 (en) Vibrator
CN111664207A (zh) 一种基座型金属减振器的变阻尼摩擦副
GB2034436A (en) Elastomeric stack spring with viscous or friction damping
JP3779857B2 (ja) 傾斜型オーバルコイルバネ利用の緩衝機構
WO2013062644A1 (en) Coned-disc spring device, spring assembly, and methods of making the same
WO2019064669A1 (ja) 振動伝播抑制装置
US8324521B2 (en) Bellows for use in vacuum interrupters
CN105431648A (zh) 离合器片
CA3123627A1 (en) Coaxial spring damper device and system
CN108061021B (zh) 一种具有刚性支撑的柔性泵腔囊
JP2017190648A (ja) 橋梁用の免震支承及びそれを用いた橋梁
CN215805930U (zh) 一种减震用摩擦阻尼器
RU2803359C1 (ru) Виброизолятор
US6857624B2 (en) Tunable spring rate and energy storage spring body
CN111691560A (zh) 减震装置
JP3717287B2 (ja) 免震支承装置
KR101962219B1 (ko) 다층마찰 코어 탄성받침
CN111453195A (zh) 一种食品配送箱及减震件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant