一种仿生空气弹簧系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种仿生空气弹簧系统，包括被动减振组件、变刚度变阻尼组件、抗弯扭振动组件、孔径调节机构和承载平台，被动减振组件安装于环境基础上，变刚度变阻尼组件设置于被动减振组件上部，抗弯扭振动组件位于变刚度变阻尼组件周围，且抗弯扭振动组件下端固定于被动减振组件中，上端套设承载平台，变刚度变阻尼组件上端与承载平台下表面接触。本实用新型专利技术利用调节丝杠传动机构来节阻尼孔孔径开启大小，改变主、副气室之间流体流量和流速，实现空气弹簧系统刚度值和阻尼值定量可调。同时沿仿生空气弹簧系统轴线均布设置三个静压气体轴承构成抗弯扭振动组件模拟啄木鸟双爪和尾部的三点支撑姿态，提高仿生空气弹簧的工程适应性和减振效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种仿生空气弹簧系统，包括被动减振组件、变刚度变阻尼组件、抗弯扭振动组件、孔径调节机构和承载平台，被动减振组件安装于环境基础上，变刚度变阻尼组件设置于被动减振组件上部，抗弯扭振动组件位于变刚度变阻尼组件周围，且抗弯扭振动组件下端固定于被动减振组件中，上端套设承载平台，变刚度变阻尼组件上端与承载平台下表面接触。本技术利用调节丝杠传动机构来节阻尼孔孔径开启大小，改变主、副气室之间流体流量和流速，实现空气弹簧系统刚度值和阻尼值定量可调。同时沿仿生空气弹簧系统轴线均布设置三个静压气体轴承构成抗弯扭振动组件模拟啄木鸟双爪和尾部的三点支撑姿态，提高仿生空气弹簧的工程适应性和减振效率。【专利说明】一种仿生空气弹簧系统
本技术涉及振动控制技术和仿生
，尤其是一种仿生空气弹簧系统。
技术介绍
目前，振动防护、冲击隔离涉及到社会生产、生活的方方面面。近年来，减振抗冲技术所面临的挑战更加严峻，一方面不同工况条件下各种随机因素的激励和耦合使机械设备所处的动力学环境极为复杂，另一方面精密、超精密加工、航空航天等领域设备对减振部件的性能要求更高。除此之外，生活质量的提高使人们对交通运输工具的行驶平顺性和乘坐舒适度要求更为苛刻。因此，为这些设备设计性能更加优异的减振装置是十分必要的。空气弹簧作为近几年蓬勃发展的一种隔振元件，不仅具有较大的承载能力，而且具有较低的刚度，而弹簧的低刚度可使隔振系统获得较低的固有频率，远离环境的干扰频率，得到较好的隔振效果，因此在交通运输工具中应用愈加广泛。空气弹簧在公路、铁路车辆，工程机械，医疗器械，航空航天，建筑物基础等领域快速增长的需求促使科研和工程人员一方面对传统的囊式和膜式空气弹簧进行改进和结构优化，另一方面开发新型的空气弹簧。如专利CN 102834640A所描述的空气弹簧是由弹性体材料制成的柱形弹簧气囊，主要用于机动车行走机构的弹性车轮悬架系统。专利CN102269234A所描述的一种隔膜式辅助气室调节动刚度的空气弹簧，可通过调节空气弹簧动刚度实现与整车的匹配，提高车辆的平顺性和舒适性。专利CN 103075456A技术提供的一种空气弹簧，能够通过有效的发挥止动部件的弹性而提高放气时的缓冲性。除此之外，CN 103062269A所技术的扣压式空气弹簧，采用扣压式结构，通过上、下卡环的收缩将橡胶气囊与上盖和活塞连接为一体，既能保证空气弹簧的强度，也便于调节空气弹簧的工作行程。专利CN 102606664A技术的一种基于磁流变技术的自适应空气弹簧可以根据车身负载和实际工作路面激励状况，自动实时地调节其刚度和阻尼值，提高车辆的减振降噪性能，改善乘坐舒适性和操作稳定性。《中国机械工程》第17卷第21期2006年11月上半月第2278-2281公开了一种《微制造平台隔振系统仿生设计》，其模仿啄木鸟头部构造，该隔振系统主要由I个平台、4个空气弹簧、8个超磁致伸缩致动器、6个伺服型传感器、3个高度控制阀、I套控制系统组成，在微制造平台和基础之间采用被动隔振与主动隔振相结合的混合隔振技术，以空气弹簧作为被动隔振元件(对应于鸟类头部的外脑膜外连接的软骨和肌肉群以及外脑膜和脑髓之间的空隙)，从而使地面传来的各种中高频扰力得到有效的隔离；以超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件(对应于鸟类头部外脑膜和脑髓之间连接的神经和肌肉)，通过与检测系统一起构成闭环主动振动控制系统，可以有效地消除由基础传递过来的各种频率范围的振动扰力，即使对于被动隔振系统难以消除的低频或超低频扰力，也能进行有效地隔离，最终将放置在微制造隔振平台上的微制造设备(对应于啄木鸟的脑髓)的振动控制在允许的范围内。但是该文件仅给出了仿生力学模型及整体构造框架方案，并没有给出具体的零部件结构，且给出的隔振装置是由平台、空气弹簧、超磁致伸缩致动器、伺服型传感器、高度控制阀、控制系统构成的主动和半主动隔振系统，结构相对复杂，而且致动器、传感器等的运行都需要消耗能量。尽管现在空气弹簧种类繁多，结构各样，但多数技术是针对特定的载荷类型(如单一方向的冲击、振动)来设计的，很难移植适用于其它多种载荷共同作用，如伴随弯曲或扭转等耦合激励的复杂工况，因此应用场合选择性较强，实际工程应用受到很大限制。另外空气弹簧的一次设计很难达到较理想的隔振效果，需要反复修改设计并试制产品，费用高，周期长。尽管也出现了可调节刚度的空气弹簧(CN 102269234A)，但是并未描述或给出结构及刚度的可调范围及其可适应的频率及载荷特性，难以实现量化调节。从仿生学角度看，啄木鸟头部组织的变刚度、变阻尼特性对于减振和隔振起到了不可忽视的显著作用，而目前未见有能实现刚度和阻尼值同时定量调节的空气弹簧减振结构。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术应用场合局限、设计一旦给定刚度和阻尼很难调节问题，基于仿生学和非线性动力学原理，借鉴自然界具有优异减振抗冲性能的啄木鸟头部生态结构，综合考虑不同的激励环境、载荷类型、大小、频域特性及减振器件、减振要求进行仿生模块化设计，提供一种仿生空气弹簧系统，利用空气弹簧的自身结构、气体及其流体力学特性，通过阻尼孔和丝杠传动调节机构的调节作用来模拟实现头部肌肉等组织的变刚度、变阻尼特性，并应用流体动力学和非线性阻尼理论计算设计空气弹簧结构、主、副气室气体容积、初始压力，以及阻尼孔大小、流体流量、流速的定量调节，来实现空气弹簧系统的刚度值和阻尼值的定量可调，设置三个均布的静压气体轴承构成抗弯扭振动组件模拟啄木鸟双爪和尾部的三点支撑姿态，可缓解非对称激励产生的弯曲或扭转等复杂耦合干扰振动，达到空气弹簧根据激励环境、被隔离构件的动态特性等进行量化调节的目的，减少传统空气弹簧对应用场合的局限性，满足宽频域、隔离冲击振动并能兼容有弯曲或扭转等耦合激励的减振隔振要求，大幅度提高仿生空气弹簧的工程适应性和减振效率。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案:一种仿生空气弹簧系统，包括被动减振组件、变刚度变阻尼组件、抗弯扭振动组件、孔径调节机构和承载平台，被动减振组件安装于环境基础上，变刚度变阻尼组件设置于被动减振组件上部，抗弯扭振动组件位于变刚度变阻尼组件周围，且抗弯扭振动组件下端固定于被动减振组件中，上端套设承载平台，变刚度变阻尼组件上端与承载平台下表面接触。所述被动减振组件包括机座，机座下部设有硬质橡胶垫，硬质橡胶垫设置于环境基础上。所述机座为圆形或方形。所述承载平台为圆形或方形。所述硬质橡胶垫为圆形或方形。所述变刚度变阻尼组件包括气缸，气缸中有上下通透的主气室，主气室内部设有橡胶气囊，橡胶气囊的上部设有活塞，活塞上端与承载平台下表面接触，气缸下端固定于端盖上，端盖周边固定于开孔板上，开孔板下部密封连接有副气室，副气室下端设置于被动减振组件的机座上；端盖与开孔板之间有空间，空间内设有与开孔板上的阻尼孔相对应的孔径调节机构。所述开孔板上的阻尼孔与副气室相通。所述孔径调节机构包括横向穿过端盖边缘及其与开孔板之间空间的调节丝杠，所述调节丝杠为一种两端对称开设左、右旋螺纹副的双向丝杠；调节丝杠两侧的左、右旋螺纹上分别对应套设有左、右旋丝杠螺母，左、右旋丝杠螺母上分别对应安装有相配合的左、右调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生空气弹簧系统，其特征是，包括被动减振组件、变刚度变阻尼组件、抗弯扭振动组件、孔径调节机构和承载平台，被动减振组件安装于环境基础上，变刚度变阻尼组件设置于被动减振组件上部，抗弯扭振动组件位于变刚度变阻尼组件周围，且抗弯扭振动组件下端固定于被动减振组件中，上端套设承载平台，变刚度变阻尼组件上端与承载平台下表面接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐委校，吕宏卿，宋清华，牛庆良，王玉松，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：