一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置的制作方法

1.本发明属于抗冲击及减隔振技术领域，特别涉及一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置。


背景技术：

2.设备抗冲击及减隔振一直是工业领域关注的重点，事关设备安全、使用性能以及寿命等，更在国防军事领域具有广泛应用。加强设备抗冲击能力，增强设备在宽频域内的减隔振性能，对于拓展设备适用性，提升设备工作性能，延长设备服役寿命等具有重要意义。现有设备的隔振器件存在以下技术瓶颈亟待解决：多针对隔振需求设计，针对冲击多采用额外的刚性限位保护，导致设备在受到冲击时极易发生过载破坏，且易发生二次冲击破坏；采用传统隔振单一频率隔振原理，宽低频范围的减隔振效果不佳；单个器件适用抗冲击和减隔振场景较为单一，难以灵活适应复杂多变的工业应用场景。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置，兼具设备抗冲击及减隔振性能，可利用结构锁能机制有效保护设备在受到冲击时不发生过载和二次冲击破坏，同时利用手性结构和局域共振原理在静态承载下实现良好的低频隔振效果。
4.一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置，装置包括手性锁能单元、金属垫片、上下转接板、螺栓和螺母；
5.所述手性锁能单元的上下两端分别为内螺纹和外螺纹的连接接口，手性锁能单元的中部设有金属垫片插槽；
6.所述金属垫片由内层的金属基体和外层的非金属涂层组成，金属基体采用不同的金属材料加工，形成相同尺寸不同质量的金属垫片；
7.多个所述手性锁能单元在竖直方向上顺序通过上下两端的连接接口螺纹连接在一起形成手性锁能单元组，多个所述手性锁能单元组在水平面内分布并通过上下转接板以及螺栓和螺母固定连接形成一个整体，所述金属垫片配合插入手性锁能单元的金属垫片插槽中。
8.进一步地，所述手性锁能单元包括圆柱杆件、中间连接件、单元上端接口和单元下端接口；
9.所述中间连接件为环形中空的壳体，壳体的外圆周面上加工有水平的金属垫片插槽，壳体的内圆周面上对应金属垫片插槽的位置具有两块隔板，两块隔板自壳体的内圆周面上延伸出来且处于同一水平面内，金属垫片插入金属垫片插槽后，金属垫片与两块隔板共同构成一个平面结构，在结构受到冲击后，对单元上端接口和单元下端接口的结构变形进行限位；
10.所述单元上端接口和单元下端接口的外形均为圆柱形结构，单元上端接口的上端具有外螺纹结构，单元下端接口的下端具有内螺纹结构，上端接口和下端接口的内外螺纹
规格一致；
11.所述单元上端接口和单元下端接口分别通过圆柱杆件连接在中间连接件的上下两端，圆柱杆件沿中间连接件的环向周期排列，中间连接件的上下两端的圆柱杆件呈镜像对称排列。
12.进一步地，所述圆柱杆件、中间连接件、单元上端接口和单元下端接口采用高分子材料3d打印成型加工。
13.进一步地，所述圆柱杆件的直径、长度和排列角度沿隔振装置呈梯度分布。
14.进一步地，所述圆柱杆件的杆长与杆截面半径的比例范围在16-22之间。
15.进一步地，所述抗冲击锁能隔振装置根据实际应用场景和性能需求选用不同的手性锁能单元以及选配不同材质的金属垫片进行组合。
16.有益效果：
17.1、本发明利用手性锁能结构以其独特的变形机制，将轴向振动及冲击通过扭转转换为环向变形，从而增强装置轴向抗冲击和低频减振效果，兼具设备抗冲击及减隔振性能，有效保护设备在受到冲击时不发生过载和二次冲击破坏。该装置采用模块化设计和装配，可针对复杂多变的工业应用场景实现更宽频谱下良好的抗冲击和低频隔振性能。
18.2、本发明圆柱杆件的直径、长度、排列角度及数量均可针对性地进行调整，以适应基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置总体设计尺寸以及承载要求。圆柱杆件的直径、长度、排列角度等结构参数可沿隔振装置呈梯度分布，以实现不同冲击速率下的抗冲击效果和多种静态承载下低频隔振效果，圆柱杆件的杆长与杆截面半径的比例范围选择在16-22之间，可实现冲击锁能效果。
附图说明
19.图1为本发明抗冲击锁能隔振装置的爆炸图；
20.图2为手性锁能单元示意图；
21.图3为金属垫片结构示意图；
22.图4为上下转接板结构示意图；
23.图5为上下固定螺栓和螺母结构示意图。
24.其中，1-手性锁能单元、11-圆柱杆件、12-中间连接件、13-金属垫片插槽、14-单元上端接口、15-单元下端接口、2-金属垫片、21-金属垫片基体、22-垫片外涂层、3-上下转接板、31-上转接板、32-下转接板、33-安装接口、34-锁能单元固定接口、4-上下固定螺栓和螺母、41-上部固定螺母、42-下部固定螺栓。
具体实施方式
25.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
26.如附图1所示，本发明提供了一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置，装置包括手性锁能单元1、金属垫片2，上下转接板3、上下固定螺栓和螺母4。多个手性锁能单元1在竖直方向上顺序通过上下两端的连接接口螺纹连接在一起形成手性锁能单元组，多个手性锁能单元组在水平面内分布并通过上下转接板3以及上下固定螺栓和螺母4固定连接形成一个整体，金属垫片2配合插入手性锁能单元1的金属垫片插槽中。
27.如附图2所示，手性锁能单元1包括：圆柱杆件11、中间连接件12、单元上端接口14和单元下端接口15。其中，中间连接件12为环形中空的壳体，壳体的外圆周面上加工有水平的金属垫片插槽13，壳体的内圆周面上对应金属垫片插槽13的位置具有两块隔板，两块隔板自壳体的内圆周面上延伸出来且处于同一水平面内，金属垫片2插入金属垫片插槽13后，金属垫片2与两块隔板共同构成一个平面结构，在结构受到冲击后，对单元上端接口14和单元下端接口15的结构变形进行限位。
28.单元上端接口14为凸出螺纹设计，下部与圆柱杆件11相连；单元下端接口15为内凹螺纹设计，上部与圆柱杆件11相连。上端接口14和下端接口15的内外螺纹规格一致，使得多个手性锁能单元1可以通过螺纹连接组合。圆柱杆件11，中间连接件12，单元上端接口14和单元下端接口15，均选用pla或者abs等弹性较好的高分子材料3d打印成型加工。
29.如附图3所示，金属垫片2包括：金属垫片基体21和垫片外涂层21。金属垫片基体21选用铝合金、不锈钢以及铅等金属材料，以实现相同尺寸下的不同质量。垫片外涂层21选用硫化橡胶等高分子材料，以与金属垫片基体21共同填充金属垫片插槽13空间，并保证组合的紧密性。金属垫片2外尺寸充分考虑与金属垫片插槽13空间的尺寸公差配合。
30.如附图4所示，上下转接板3包括：结构完全相同的上转接板31和下转接板32，上转接板31和下转接板32上加工有安装接口33和锁能单元固定接口34，安装接口33位于上转接板31和下转接板32上四个顶角的位置，用于实现装置与外部设备的连接；锁能单元固定接口34用于连接手性锁能单元组的上下两端。上转接板31和下转接板32可选用铝合金、不锈钢等金属材料；上下转接板安装接口33为通孔，根据实际应用场景确定。锁能单元固定接口34为通孔，与上端接口14和下端接口15满足配合。
31.如附图5所示，上下固定螺栓和螺母4包括上部固定螺母41和下部固定螺栓42。上部固定螺母41选用通用标准型号，为不锈钢材质，与上端接口14的外螺纹规格一致。下部固定螺栓42选用通用标准型号，为不锈钢材质，与下端接口15的内螺纹规格一致。
32.圆柱杆件11的直径、长度、排列角度及数量等参数均可针对性地进行调整，以适应基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置总体设计尺寸以及承载要求。圆柱杆件11的直径、长度、排列角度等结构参数可沿隔振装置呈梯度分布，以实现不同冲击速率下的抗冲击效果和多种静态承载下低频隔振效果。圆柱杆件11的杆长与杆截面半径的比例范围以16-22为宜。圆柱杆件11与杆长与杆截面半径的比例范围以16-22为宜，可实现冲击锁能效果。
33.中间连接件12内部空间可满足圆柱杆件11的锁能变形。单元上端接口14和单元下端接口15分别通过圆柱杆件11与中间连接件12相连，中间连接件12的壁厚应保证冲击作用时的强度要求。
34.金属垫片插槽13尺寸应略大于金属垫片2横截面尺寸，以保证装配时的公差配合。金属垫片2插入金属垫片插槽13后，与中间连接件12内部两部分隔板共同构成平面结构，在结构受到冲击后，对单元上端接口14结构变形进行限位。
35.手性锁能单元1在不同载荷作用速率下具有不同的动力学特性，当承受冲击载荷作用时，结构刚度较大并体现出锁能特性，当承受静态作用时，结构刚度较小并具有良好的低频隔振特性。金属垫片2在尺寸一样的情况下，选用铝合金、不锈钢以及铅等金属材料时，单元的惯性效应逐步递增。
36.手性锁能单元1在承受静态作用时，金属垫片2因其具有的集中质量将产生局域共
振效果，可使结构整体呈现出多个低频禁带，从而增强低频隔振效果。
37.手性锁能单元1沿轴向排列，通过单元上端接口14和单元下端接口15首尾相接进行组合装配。根据实际应用场景和性能需求，可选用不同的手性锁能单元1以及选配不同材质的金属垫片2进行组合。
38.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。