一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，包括主軸、上端板、復(fù)位彈簧、金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料、底座、下端板、形狀記憶合金驅(qū)動絲；主軸一端固定在底座上，另一端為自由端；下端板套裝在底座上，上端板套裝在主軸上；上端板和下端板之間填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料；在主軸外側(cè)套有復(fù)位彈簧；用形狀記憶合金驅(qū)動絲連接上端板和下端板。本實用新型的隔振器可以實現(xiàn)半主動的振動抑制，不僅能減輕高頻沖擊振動的危害，同時可以簡單地接通電源改變自身的固有頻率，以避免低頻振動被放大。該隔振器阻尼材料由金屬絲網(wǎng)制成，疲勞性能更好。該隔振器結(jié)構(gòu)簡單，部件較少，部件制作簡單，易于加工和裝配，可靠性更好，成本低廉，容易工程應(yīng)用。
【專利說明】
_種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡股隔振裔
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及航空航天等領(lǐng)域的隔振器件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器在火箭運(yùn)載過程中往往經(jīng)歷振動和沖擊的過程，在這些過程中航天器內(nèi)部容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，局部失穩(wěn)，尤其在如今航天器搭載的電子設(shè)備越來越多，電子設(shè)備穩(wěn)定性要求越來越高的情況下，減少振動沖擊對航天器內(nèi)部電子設(shè)備的損害變得十分重要。目前振動抑制手段按照控制過程中是否需要外界供能可以將其主要劃分為三種:被動控制、主動控制和半主動控制。
[0003]被動振動控制，即指通過改變被控結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布以降低其振動響應(yīng)，或者在原被控結(jié)構(gòu)上增添附加的隔振設(shè)備來吸收或消耗結(jié)構(gòu)振動的能量。這種方法無需從外部輸入能量，在許多場合下能取得良好的減振效果，是最早研究的一種振動控制方法。此方法對于高頻振動有一定的抑制作用，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點，具有高的可靠性和魯棒性，但這種方法缺乏控制上的靈活性，對環(huán)境變化適應(yīng)性差。
[0004]為了克服被動控制方法的缺點，研究人員提出了主動控制的方法并進(jìn)行了探索。主動控制具有控制效果好，適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，但因其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，可靠性不高，體積較大，成本高昂且需要外界提供能量，在應(yīng)用中也有很多局限。
[0005]隨著振動控制手段的發(fā)展，半主動控制的概念被提出，半主動控制方法兼具主動控制和被動控制的優(yōu)點，僅需外部提供較少的能量，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，成本較低，占用體積小，應(yīng)用范圍廣，因而受到人們越來越多的關(guān)注。
[0006]由于本實用新型的隔振器為一種半主動振動控制手段，利用金屬絲網(wǎng)橡膠作為阻尼材料，形狀記憶合金材料作為驅(qū)動器對有害振動和沖擊進(jìn)行抑制，下面簡要介紹金屬絲網(wǎng)橡膠和形狀記憶合金的相關(guān)性能。
[0007]金屬橡膠材料(Metal Rubber，簡稱MR)是一種由金屬絲按照一定規(guī)則螺旋編織后通過冷沖壓制成的彈性多孔材料。其內(nèi)部金屬絲之間相互擠壓、勾連，在受到振動載荷時，金屬絲之間相對滑移產(chǎn)生干摩擦力，耗散大量振動中的能量，從而起到減震耗能的作用。金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料是由其材料內(nèi)部層與層之間的金屬絲網(wǎng)相互嵌合、勾連起來，形成具有橡膠般彈性的材料。當(dāng)作為阻尼元件受到外部作用力時，層與層間的作用力可以耗散沖擊以及振動的影響。當(dāng)作為過濾元件在流體介質(zhì)中時，金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料間的毛細(xì)孔壓縮，能夠達(dá)到緩和流體介質(zhì)的壓力?；谝陨系奶匦?，可以知道，金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料主要可以應(yīng)用到隔振、密封、過濾等幾方面。金屬橡膠作為一種高性能新型材料，自問世以來便被國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，對其進(jìn)行了大量研究。
[0008]形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡寫SMA)作為一種新型智能材料，以它獨特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)，以及優(yōu)良的理化性能和生物相容性，在工程、控制、醫(yī)療、能源與機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛。形狀記憶合金的形狀記憶機(jī)制是基于一種可逆的固態(tài)相變，即低溫相馬氏體和高溫相奧氏體之間的轉(zhuǎn)變，這種相變稱作馬氏體相變。常用的鎳-鈦形狀記憶合金存在三種基本的晶體結(jié)構(gòu):馬氏體、奧氏體、應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。當(dāng)合金為低溫馬氏體相時，合金較軟，表現(xiàn)為具有很好的延展性和可拉伸性，當(dāng)被加熱到一定溫度后，合金開始收縮并轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，表現(xiàn)為強(qiáng)度和剛度得到明顯提高。應(yīng)力誘發(fā)馬氏體是指對處于奧氏體狀態(tài)的合金施加外力，則合金發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，所形成馬氏體為應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。當(dāng)應(yīng)力去除后，則又轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這種效應(yīng)稱為超彈性。
[0009]形狀記憶合金(SMA)除了通常的彈性變形、塑性變形、熱膨脹及收縮外，還具有三種形狀記憶特點:
[0010]I)單程形狀記憶效應(yīng):對處于馬氏體狀態(tài)的合金施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，卸除外力后，則塑性變形被保留下。對合金進(jìn)行加熱，則可回復(fù)到變形前的狀態(tài)。此后，再對合金進(jìn)行冷卻，則沒有形狀的改變。由于單程形狀記憶效應(yīng)能夠產(chǎn)生大的恢復(fù)力和恢復(fù)應(yīng)變，因此在驅(qū)動器的應(yīng)用上較多。
[0011 ] 2)雙程形狀記憶效應(yīng):除了單程形狀記憶效應(yīng)外，對加熱后的合金再進(jìn)行冷卻，合金仍可發(fā)生形狀的改變，而不需要施加外力，即通過加熱與冷卻可使形狀反復(fù)變化。但由于雙程形狀記憶效應(yīng)在恢復(fù)力與恢復(fù)應(yīng)變方面均比單程效應(yīng)小，用來作為受力驅(qū)動元件的不多。
[0012]3)超彈性:在高于的奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度條件下，對形狀記憶合金施加外力，使其發(fā)生變形，如卸除外力，則合金完全回復(fù)到初始形狀，而不需要加熱或冷卻，這種特點被稱作超彈性。
[0013]目前將SMA用作阻尼材料的研究多集中地震減振領(lǐng)域，作為阻尼材料，如凌育洪等人設(shè)計了一種新型SMA阻尼器并對其減振性能進(jìn)行研究，該設(shè)計僅僅是一種被動隔振器的設(shè)計，不需要外界供能，也不能改變自身的固有頻率。(見期刊:華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011年，6月，第39卷第6期)
[0014]現(xiàn)有常用的隔振器往往是被動隔振器，只在特定范圍內(nèi)能起到特定的隔振效果，降低沖擊或者高頻振動的影響，在其固有頻率附近的振動不僅不能抑制反而會放大。而且常用的普通的橡膠隔振器等疲勞壽命有限且經(jīng)常會因為發(fā)生永久變形而被破壞。
[0015]本實用新型中利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)作為驅(qū)動器，同時結(jié)合金屬絲網(wǎng)橡膠作為阻尼材料設(shè)計的半主動隔振器目前尚未見任何相關(guān)報道。
【實用新型內(nèi)容】
[0016]本實用新型要解決的問題是提供一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，該隔振器可以根據(jù)需要改變該隔振器的固有頻率，更好地降低沖擊振動的影響，并且能夠降低分離等階段的沖擊影響，以及避免正常工作時引擎等低頻振動的放大，提高被隔振設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
[0017]本實用新型的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，包括主軸、上端板、復(fù)位彈簧、金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料、底座、下端板、形狀記憶合金驅(qū)動絲。主軸一端固定在底座上，另一端為自由端；下端板套裝在底座上，上端板套裝在主軸上;上端板和下端板之間填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料;在主軸外側(cè)套有復(fù)位彈簧;用形狀記憶合金驅(qū)動絲連接上端板和下端板。
[0018]進(jìn)一步的，所述上端板和下端板均為凸字形，下端板的突起部分為空心結(jié)構(gòu)，上端板的突起部分插入下端板的突起部分。
[0019]更進(jìn)一步，所述主軸為階梯軸，在直徑最大的軸段的兩側(cè)軸肩處填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料，金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料位于主軸和下端板突起部分內(nèi)壁之間。
[0020]更進(jìn)一步，所述復(fù)位彈簧套裝在下端板突起部分外側(cè)。
[0021]另一種改進(jìn)，所述上端板和下端板均設(shè)置絲孔，形狀記憶合金驅(qū)動絲穿過絲孔將上端板和下端板連接起來。
[0022]另一種改進(jìn)，所述可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器還包括導(dǎo)向螺栓，所述導(dǎo)向螺栓與主軸平行。
[0023]本實用新型的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，利用具有形狀記憶效應(yīng)的SMA絲作為驅(qū)動元件，利用金屬絲網(wǎng)橡膠作為阻尼材料，可以通過直流電源加熱驅(qū)動元件發(fā)生相變，壓縮金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料，從而改變隔振器的固有頻率。未通直流電時，隔振器固有頻率較小，更好地降低沖擊振動的影響;通以直流電加熱驅(qū)動元件后，隔振器固有頻率變高，可避免隔振器放大低頻振動，從而保證隔振器既能降低分離等階段的沖擊影響，也能避免正常工作時引擎等低頻振動的放大，提高被隔振設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
[0024]本實用新型的隔振器具有如下優(yōu)點:與傳統(tǒng)的被動隔振器相比，該隔振器可以實現(xiàn)半主動的振動抑制，不僅能減輕高頻沖擊振動的危害，同時可以簡單地接通電源改變自身的固有頻率，以避免低頻振動被放大。與主動控制方法相比，該隔振器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性更好，成本低廉等優(yōu)點。同時和普通橡膠等隔振器相比，該隔振器阻尼材料由金屬絲網(wǎng)制成，疲勞性能更好。本實用新型的隔振器結(jié)構(gòu)簡單，部件較少，部件制作簡單，易于加工和裝配，容易實現(xiàn)工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型隔振器主視剖視圖；
[0026]圖2為本實用新型隔振器左視圖；
[0027]圖3為本實用新型隔振器俯視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，對本實用新型提出的一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示，本實用新型的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，包括主軸1、上端板2、復(fù)位彈簧3、金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料4、底座5、下端板6、形狀記憶合金驅(qū)動絲(形狀記憶合金驅(qū)動絲未在圖中示出)。主軸I一端固定在底座5上，另一端為自由端。下端板6套裝在底座5上，上端板2套裝在主軸I上。上端板2和下端板6均為凸字形，下端板6的突起部分為空心結(jié)構(gòu)，上端板2的突起部分插入下端板6的突起部分。主軸I為階梯軸，在直徑最大的軸段的兩側(cè)軸肩處填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料4，金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料4位于主軸I和下端板6突起部分內(nèi)壁之間。復(fù)位彈簧3套裝在下端板6突起部分外側(cè)。上端板2和下端板6均設(shè)置絲孔，形狀記憶合金驅(qū)動絲穿過絲孔將上端板2和下端板6連接起來?？勺冾l的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器還包括導(dǎo)向螺栓，導(dǎo)向螺栓與主軸I平行。
[0030]可變頻隔振器的制作主要分為三部分:金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料的制作，形狀記憶合金驅(qū)動絲的預(yù)處理和零部件的加工。
[0031]可變頻隔振器的金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料的制作方法:選用直徑為0.2毫米的不銹鋼絲，在特定尺寸的模具上纏繞數(shù)圈后將其壓縮，模具尺寸根據(jù)需要確定，壓縮至所需要的尺寸，本實施例中壓縮至不銹鋼絲的體積占比為25%，即完成金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料的制作。
[0032]形狀記憶合金驅(qū)動絲的預(yù)處理:選用直徑為0.5毫米的形狀記憶合金絲、合金為Ni含量為50.1&丨％的附-11合金。首先對形狀記憶合金絲進(jìn)行性能穩(wěn)定化處理，即將形狀記憶合金絲在(TC冰水和100°C的沸水中反復(fù)浸泡50次以上，每次浸泡時間不少于2分鐘，以穩(wěn)定其性能。然后對形狀記憶合金絲進(jìn)行退火處理，消除內(nèi)部應(yīng)力，提高塑性以利于彎曲。退火加熱溫度450°C，保溫30分鐘，隨爐冷卻。最后對形狀記憶合金絲進(jìn)行拉伸應(yīng)變處理，預(yù)拉伸應(yīng)變量為5%。
[0033]以上尺寸只是為了示例使用，并不限制本實用新型保護(hù)的范圍，具體尺寸需要根據(jù)不同的實際需要確定。
[0034]其他各零部件的加工:上端板、下端板以及主軸均用鋼材加工而成，使用成品絕緣墊保證形狀記憶合金絲和上端板以及下端板間絕緣。
[0035]變頻過程:接通直流電源，保持直流電源電壓為1V左右，通過焦耳熱對形狀記憶合金驅(qū)動絲進(jìn)行加熱，當(dāng)形狀記憶合金驅(qū)動絲到奧氏體相變溫度后，形狀記憶合金驅(qū)動絲產(chǎn)生收縮力，拉緊上端板，上端板對金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料壓縮，使阻尼材料的剛度變大，隔振器的固有頻率增加。切斷電源后，形狀記憶合金絲逐漸冷卻，由奧氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，此時在復(fù)位彈簧的作用下，形狀記憶合金絲恢復(fù)至原來的長度，同時隔振器的固有頻率也恢復(fù)到驅(qū)動前的固有頻率。通過接通和切斷電源的操作可以實現(xiàn)隔振器的反復(fù)變頻。
[0036]本實用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:包括主軸、上端板、復(fù)位彈簧、金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料、底座、下端板、形狀記憶合金驅(qū)動絲;主軸一端固定在底座上，另一端為自由端；下端板套裝在底座上，上端板套裝在主軸上;上端板和下端板之間填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料;在主軸外側(cè)套有復(fù)位彈簧;用形狀記憶合金驅(qū)動絲連接上端板和下端板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:所述上端板和下端板均為凸字形，下端板的關(guān)起部分為空心結(jié)構(gòu)，上端板的關(guān)起部分插入下端板的關(guān)起部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:所述主軸為階梯軸，在直徑最大的軸段的兩側(cè)軸肩處填充金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料，金屬絲網(wǎng)橡膠阻尼材料位于主軸和下端板突起部分內(nèi)壁之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:所述復(fù)位彈簧套裝在下端板突起部分外側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:所述上端板和下端板均設(shè)置絲孔，形狀記憶合金驅(qū)動絲穿過絲孔將上端板和下端板連接起來。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器，其特征在于:所述可變頻的金屬絲網(wǎng)橡膠隔振器還包括導(dǎo)向螺栓，所述導(dǎo)向螺栓與主軸平行。
【文檔編號】F16F15/08GK205446535SQ201620048639
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月19日
【發(fā)明人】王進(jìn)強(qiáng), 沈星, 孫逸宇, 張磊, 黎明, 常璐璐, 陳明絢, 劉浩
【申請人】南京航空航天大學(xué)