本实用新型专利技术涉及一种适用于车辆、机械等领域的缓冲装置，尤其是涉及一种利用形状记忆合金材料，具有大行程、高耗能、可复位等特性的缓冲装置，包括：单锥面内圆环、双锥面内圆环、含双内锥面的形状记忆合金外圆环；其中所述缓冲器的两端分别为单锥面内圆环，所述缓冲器的中间为若干个含双内锥面的形状记忆合金外圆环和双锥面内圆环交替排列。本实用新型专利技术结构简单，便于加工、装配。形状记忆合金材料处于环向拉伸状态，应力状态简单、均匀，材料利用率高。相比传统的环形弹簧缓冲器，相对压缩变形有了显著提高。形状记忆合金相变耗能和摩擦耗能结合，能量耗散能力更高。当压缩位移较大时，载荷几乎保持恒值，有利于缓冲保护。
【技术实现步骤摘要】
一种大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器
本技术涉及一种适用于车辆、机械等领域的缓冲装置，尤其是涉及一种利用 形状记忆合金材料，具有大行程、高耗能、可复位等特性的缓冲装置。
技术介绍
在机械、车辆及抗震建筑中大量的使用缓冲装置。依照缓冲器与速度、位移的关 系，可以大致分为速度型、位移型及混合型缓冲器。速度型缓冲器如常见的油压缓冲器，作 用力在不同冲击速度下差距较大，超出一定速度限制时会出现缓冲力过大的情况。利用金 属塑性变形等原理进行缓冲耗能的装置，属于位移型缓冲器，在汽车防撞、建筑物抗震等领 域使用较多，但通常难以实现自动复位。 环形弹簧也是一种常用的缓冲器，由多个带内锥面的外圆环和带有同样锥角之外 锥面的内圆环配合而成，内外环的尺寸和数量可以根据载荷和变形要求确定，当环形弹簧 承受轴向载荷时，内外圆环相互挤压，沿着圆锥面相对滑动，产生轴向位移，起到弹簧作用， 同时内、外环间产生巨大的摩擦力，可以在变形过程中耗散大量能量，常用于空间受限而又 需要强力缓冲的场合，如重型铁路车辆的联接部分等。虽然环形弹簧的缓冲减振能力很大， 但受制于弹簧钢材料弹性限的约束，轴向相对变形较小（?10 % );另一方面，加载过程，载 荷随加载位移线性增加，在承受较大冲击时有缓冲力过大的风险，这些都限制了环形弹簧 的推广使用。 形状记忆合金是一种应用较为广泛的智能材料，其变形受温度和应力的双重控 制。当其温度高于马氏体向奥氏体相变的完成点时，材料处于伪弹性状态，可以提供为普通 钢材弹性限数十倍的可恢复相变应变，及与之对应的应力平台，且在加卸载过程中滞回耗 能。当温度低于马氏体向奥氏体相变的起始温度时，材料处于形状记忆状态，此时的力学形 状类似于弹塑性，当加载超过一定变形时，会有残余应变，但是通过加热处理可以恢复到初 始的状态。 根据其材料特性，出现了多种利用形状记忆合金进行缓冲、耗能的装置，其中主流 的是利用合金丝的拉伸机制，但是这些装置的缓冲行程严重依赖于合金丝的长度，相对变 形偏小，应用范围受限。最近本专利技术人向国家知识产权局申请了一项专利技术专利一种使用形 状记忆合金的液压缓冲装置，专利申请号201410126824. 3,利用伪弹性形状记忆合金拉杆 的单轴拉伸进行耗能和复位，通过液压装置中大活塞与小柱塞的面积比实现位移放大的功 能，但是涉及液压、密封等装置，结构略显复杂。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的就是利用形状记忆合金材料，提供一种大行程 高耗能的形状记忆合金缓冲器，具有结构简单，行程大，耗能高，可回复的优点。 本技术技术解决方案：为达到上述目的，本装置的基本措施是：利用形状记 忆合金材料和弹簧钢配合组成环形弹簧，其中内圆环由弹簧钢材料制成，外圆环由形状记 忆合金材料制成。选择恰当的内、外环厚度保证内环刚度明显大于外环刚度，弹簧钢材料始 终处于弹性状态，不会发生塑性变形，也不会发生结构屈曲，变形主要集中在形状记忆合金 材料制成的外环。通过合适的几何参数设计，当行程达到最大时，形状记忆合金材料应变达 到最大容许值，实现较大的轴向相对变形，同时保证形状记忆合金材料可重复使用。 本技术，大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器的一种基本型号，包括单锥面 内圆环，双锥面内圆环，含双内锥面的形状记忆合金外圆环三种部件。所有含锥面的部件， 其锥面角度均相等，可取在12°?20°之间。含双内锥面的形状记忆合金外圆环，其外表 面为圆柱面，内表面由两个处于两端的内圆锥面与处于中间的内圆柱面组成，各占1/3高 度；含双内锥面的形状记忆合金外圆环最大厚度与最大外径比例在1/10?1/8之间；含双 内锥面的形状记忆合金外圆环高度与最大外径比例在1/5?1/4之间，当锥面角度较小时， 高度/最大外径比例可以偏大，反之，锥面角度较大时，该比例应当取的偏小。双锥面内圆 环内表面为圆柱面，外表面为两个对称的圆锥面；双锥面内圆环高度比外圆环略高，比例可 取为1. 01?1. 02 ;双锥面内圆环外表面的最小直径，即外表面两端处的直径，取为外圆环 内表面最大直径与最小直径的平均值；双锥面内圆环壁厚与外圆环相当，因弹簧钢材料强 度远大于形状记忆合金材料的相变应力平台，可确保内环结构刚度明显大于外环。双锥面 内圆环可以从中间对称面切割成两个单锥面内圆环。按照上述的参数设计，可以实现最大 约40 %的轴向相对压缩量。 可以根据实际行程的需要，选择内、外圆环的对数，重叠装配而成，其中两端为单 锥面内圆环，中间为含双内锥面的形状记忆合金外圆环和双锥面内圆环交替排列。 使用时，在两端施加轴向压缩载荷，装置轴向尺寸缩短，内外圆环相互挤压，因为 设计的内圆环刚度明显大于外圆环刚度，故变形主要集中在外圆环，内圆环变形可以忽略， 外圆环被扩径涨开，应力状态主要表现为环向拉应力，同时内、外圆环间产生摩擦力，摩擦 力大小与正压力成比例，间接的和外圆环的环向拉应力成比例。加载初始时，外环处于弹性 状态，应力随环向应变线性增加，轴向力随位移线性增加；当轴向位移到达一定程度，外圆 环材料开始发生相变，应力几乎保持恒定，摩擦力大小也不再增加，此时对应的轴向作用力 也保持恒定。卸载时，摩擦力立即反向，导致轴向作用力突然下跳，经过一个短暂的弹性卸 载区后，外圆环材料进入逆相变过程，轴向力维持在一个较低的作用力平台，直到逆相变结 束，外环材料开始弹性卸载，轴向力重新线性下降，由于摩擦力的作用，幅值远低于初始加 载时候的幅值，直到卸载结束，系统恢复原态。耗能方面，当轴向变形较小时，与传统的弹 簧钢环形弹簧类似；当变形较大时，相变耗能和摩擦耗能共同作用，可以到达更大的耗能比 例。 本技术的一种改进型号，命名为改进1型，包含单锥面内圆环、双锥面内圆环 及组合式外圆环等部件。其中，组合式外圆环包括一段形状记忆合金圆柱壳和三个圆周对 称分布的锥面衬垫。所有含锥面的部件，其锥面角度均相等，可取在12°?20°之间。锥面 衬垫为一定角度（90°?110° )的旋转体，可以由360°的整环切割而成，外表面中间为 与形状记忆合金圆柱壳内径配合的圆柱面，外表面两端为限制形状记忆合金圆柱壳移动的 小凸台；内表面两端为两个对称的圆锥面，与内圆环锥面配合，内表面中间为一个圆柱面， 圆柱面与两个圆锥面各自占据1/3的高度；锥面衬垫的高度与外表面中间圆柱面直径（等 于形状记忆合金圆柱壳的内径）的比例约为1/4。形状记忆合金圆柱壳的厚度与其内径的 比例为1/15?1/10之间，高度不大于锥面衬垫外圆柱面的高度。双锥面内圆环内表面为圆 柱面，外表面为两个对称的圆锥面；高度比锥面衬垫略高，比例可取为1. 01?1. 02 ;外表面 的最小直径，即外表面两端处的直径，取为锥面衬垫内表面最大直径与最小直径的平均值； 壁厚与形状记忆合金圆柱壳相当，因弹簧钢材料强度远大于形状记忆合金材料的相变应力 平台，可确保内环结构刚度明显大于外环。双锥面内圆环可以从中间对称面切割成两个单 锥面内圆环。按照上述的参数设计，可以实现最大约40%的轴向相对压缩量。 改进1型装置，也可以根据实际行程的需要，选择内、外圆环的对数，重叠装配而 成，其中两端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：包括单锥面内圆环、双锥面内圆环、含双内锥面的形状记忆合金外圆环；其中所述缓冲器的两端分别为单锥面内圆环，所述缓冲器的中间为若干个含双内锥面的形状记忆合金外圆环和双锥面内圆环交替排列。
【技术特征摘要】
1. 一种大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：包括单锥面内圆环、双锥 面内圆环、含双内锥面的形状记忆合金外圆环；其中所述缓冲器的两端分别为单锥面内圆 环，所述缓冲器的中间为若干个含双内锥面的形状记忆合金外圆环和双锥面内圆环交替排 列。2. 根据权利要求1所述的大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：所述单 锥面内圆环、双锥面内圆环、含双内锥面的形状记忆合金外圆环的锥面角度均相等，锥面角 度范围为12°?20°。3. 根据权利要求1所述的大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：所述含 双内锥面的形状记忆合金外圆环的外表面为圆柱面，内表面由两个处于两端的内圆锥面与 处于中间的内圆柱面组成，两个处于两端的内圆锥面与处于中间的内圆柱面各占1/3高 度；含双内锥面的形状记忆合金外圆环的最大厚度与最大外径比例为1/10?1/8 ;含双内 锥面的形状记忆合金外圆环的高度与最大外径比例为1/5?1/4。4. 根据权利要求1所述的大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：所述双 锥面内圆环内表面为圆柱面，外表面为两个对称的圆锥面；双锥面内圆环高度比外圆环略 高，比例范围1. 01?1. 02 ;所述外表面的最小直径，S卩外表面两端处的直径，取为外圆环内 表面最大直径与最小直径的平均值，双锥面内圆环壁厚与外圆环相当。5. -种大行程高耗能的形状记忆合金缓冲器，其特征在于：包括单锥面内圆环、双锥 面内圆环及组合式外圆环；其中所述缓冲器的两端分别为单锥面内圆环，中间为若干个组 合式外圆环和双锥面内圆环交替排列；所述组合式外圆环包括一段形状记忆合金圆柱壳和 三个圆周对称分布的锥面衬垫。6. -种...
【专利技术属性】
技术研发人员：张科，唐志平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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