一种金属缓冲件及基于金属缓冲件的缓冲机构制造技术

本发明专利技术公开了一种金属缓冲件及基于金属缓冲件的缓冲机构；金属缓冲件为空心圆柱结构，圆柱结构的中间的圆周侧壁上均匀设有四个连通内部空腔的矩形孔，材料为铜材；基于金属缓冲件的缓冲机构，包括缸体、落锤、支撑架、安装座、导向球、第一挡块、金属缓冲件、第二挡块；缸体、安装座和支撑架固联，落锤置于缸体中自由滑动，撞击导向球；导向球、第一挡块、金属缓冲件、第二挡块按顺序互相接触放置在安装座空腔内；安装座连接在被冲击对象上；本发明专利技术的基于该金属缓冲件的缓冲机构在碰撞过程中，金属缓冲件发生塑性变形吸收能量将碰撞产生的脉冲力输出为一个数值稳定的碰撞力并作用一定的时长，可以较好满足工程场合的需要。

A metal buffer and a buffer mechanism based on metal buffer

The invention discloses a metal buffer and buffer mechanism based on metal buffer; metal buffer is a hollow cylindrical structure, four rectangular hole communicated with the inner cavity is provided with uniform circumferential side wall middle cylinder structure, material for copper; buffering mechanism of metal parts based on buffer, which comprises a cylinder body, hammer, supporting frame, mounting seat and a guide ball, the first block, metal buffer, second block; block, mounting seat and a support frame is fixedly connected with the slide hammer arranged on the cylinder body, hit the ball, the first ball guide; guide block, metal buffer, second block in order to contact each other is placed in the mounting seat the cavity; the mounting seat is connected with the impact on the object; the invention is based on the buffer mechanism of the metal buffer in the collision process, the metal cushion plastic deformation will impact absorbing energy The pulse force output is a numerically stable impact force and acts a certain length, which can better meet the needs of Engineering occasions.

【技术实现步骤摘要】
一种金属缓冲件及基于金属缓冲件的缓冲机构
本专利技术涉及缓冲
，特别是一种金属缓冲件及基于该金属缓冲件的缓冲机构。
技术介绍
工程中存在各种各样的冲击问题，例如车辆的碰撞、船舶靠岸、飞机撞鸟、火车刹车时两节车厢的碰撞、火箭导弹发射时燃气射流对发射装置的冲击等等；在这些冲击的瞬间，常常会产生巨大的加速度，对相关机械零件、结构以及人员带来不同程度的损伤或破坏。因此有必要采取手段来减小冲击力并且延长碰冲击力的作用时间，即工程中常常采用的缓冲的办法。缓冲即利用相关缓冲器吸收碰撞能量延缓冲击力来达到降低碰撞加速度的目的。如今工程中常见的缓冲装置类型有很多，大多都是利用弹簧元件、橡胶材料和液压缸等柔性体弹性变形来吸收能量进行缓冲。这些吸收能量的缓冲装置，虽然结构简单，但是存在几点问题，一是大载荷下，装置的结构尺寸比较大；二是在特定需要的工程场合往往要求冲击力能够以一个稳定的值作用一定的时长，而传统的实验中，实现稳定载荷的方式主要通过准静态拉压实验实现，而准静态实验无法体现动态特性，这就需要将动态撞击实验中的不稳定冲击力转化为稳定的冲击力。因此经过缓冲难以控制碰撞力的大小和作用时长，又经常不能满足使用要求。国内外对于使用金属材料来吸能的研究基本集中在多孔材料上面。典型的多孔材料有两种：一是由大量无序多面体形状的孔洞在空间内聚集形成的三维结构，称之为“泡沫材料”；另外一种内部孔结构和尺寸比较规则、排列有序，称之为“蜂窝材料”，例如近年来的国际研究热点，类似自然界蜂巢结构的正六边形蜂窝金属。多孔金属材料加工、制备复杂，生产成本相对较高，现阶段对于多孔金属材料吸能特性的理论研究也并不完善。而且，目前工程中利用多孔金属材料吸收能量，大多需要一定规模的多孔金属材料，应用于冲击能量比较庞大的场合。另外现阶段使用蜂窝材料吸收能量控制碰撞力的大小和作用时长基本上都是维持在一定的范围内，未见能够实现较为精细调节的深入研究与应用，只能满足某些特定的需要。综上所述，对于使用金属材料吸能多停留于理论研究，难以广泛应用于工程场合。
技术实现思路
本专利技术主要设计了一种金属缓冲件及基于该金属缓冲件的缓冲机构。以解决大载荷下，常规缓冲装置的结构尺寸过大以及经过缓冲作用，冲击力的大小以及作用时长难以控制的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种金属缓冲件，所述金属缓冲件为空心圆柱结构，圆柱结构的中间的圆周侧壁上均匀设有n个连通内部空腔的通孔，n≥2；所述通孔为矩形孔；金属缓冲件的材料为铜材。一种基于金属缓冲件的缓冲机构，包括推动机构、安装座、支撑架、第一挡块、导向球、第二挡块、金属缓冲件；所述安装座与支撑架或推动机构固接，所述推动结构与支撑架固接，用于产生一定的冲击力；所述安装座的一端设有中空的圆柱形腔体结构，第一挡块、导向球、第二挡块、金属缓冲件均设置在圆柱形腔体结构内，且均可在圆柱形腔体结构内直线滑动；所述导向球一端与推动机构相连，导向球另一端与第一挡块相连；所述金属缓冲件位于第一挡块和第二挡块之间，所述金属缓冲件的数量至少为1个；第二挡块另一端端面伸出安装座端面与外部被冲击对象接触。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术的金属缓冲件具有尺寸小，比强度和比刚度较大、比吸能较好等性能。在相同结构尺寸的条件下，可以承受远远大于一般缓冲器所能承受的冲击载荷；(2)本专利技术的金属缓冲件可以改变动态冲击载荷的特性，经过缓冲将碰撞产生的脉冲力输出为数值稳定的碰撞力并保持作用一定的时长，而且可以根据需要按照比例调整金属缓冲件的尺寸或者改变使用方式采用多级并联、串联，来精确控制输出力的力值以及作用时长；(3)本专利技术的金属缓冲件对缓冲能量的量级没有限制，按照比例调节金属缓冲件的尺寸或者改变使用方式采用多级并联、串联，可以广泛用于承受各种载荷；(4)本专利技术的金属缓冲件结构简单，加工性能良好，加工工艺成熟，生产成本低廉；(5)本专利技术的基于该金属缓冲件的缓冲机构，可以较好的传递碰撞产生的冲击力，使前述金属缓冲件被有效压缩，在第二挡块后获得满足需要的稳定的碰撞力并且保持一定的作用时长。选用自由释放落锤的方式来获得冲击力利用了重力势能简单易行，简化机构的复杂程度，并且限制缸体内落锤的行程可以很好满足对冲击能量的控制。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是金属缓冲件的三维模型示意图；图2是金属缓冲件的前视图；图3是金属缓冲件的俯视图；图4是利用该金属缓冲件设计的一种推动机构示意图；图5是利用该金属缓冲件设计的一种落锤缓冲机构；图6是缓冲机构安装座的背面示意图；图7是缓冲机构安装座部分相关部件位置示意图；图8是缓冲部件的局部示意图；图9是利用有限元分析软件分析当20Kg落锤以1m/s的速度碰撞时，金属缓冲件压缩最大时的应力云图；图10是利用有限元分析软件分析当20Kg落锤以0.8m/s的速度碰撞时，金属缓冲件压缩最大时的应力云图；图11是利用有限元分析软件分析当20Kg落锤以0.6m/s的速度碰撞时，金属缓冲件压缩最大时的应力云图；图12是数值分析得到落锤以三种速度落下时，计算模型上端挡块的位移-时间曲线；图13是数值分析得到落锤以三种速度落下时，计算模型下端挡块受到的碰撞力-时间曲线；图14是将金属缓冲件尺寸按比例放大一倍时，落锤以两种速度落下时，计算模型下端挡块受到的碰撞力-时间曲线；图15是数值分析得到串联使用该金属缓冲件时，计算模型上端挡块的位移-时间曲线；图16是数值分析得到串联使用该金属缓冲件时，计算模型下端挡块受到的碰撞力-时间曲线；图17是数值分析得到并联使用该金属缓冲件时，计算模型上端挡块的位移-时间曲线；图18是数值分析得到并联使用该金属缓冲件时，计算模型下端挡块受到的碰撞力-时间曲线；具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1～3，本专利技术的一种金属缓冲件，所述金属缓冲件为空心圆柱结构，圆柱结构的圆周中间的侧壁上均匀设有n个连通内部空腔的通孔，n≥2；所述通孔为矩形孔；金属缓冲件的材料为铜材；优选的，所述通孔的个数n为4个，根据优化软件的仿真计算结果当金属缓冲件侧壁开孔数量为4个时，金属缓冲件可以获得比较合适的刚度特性，实现良好的缓冲效果；进一步的，所述铜材的弹性模量为100～138GPa，泊松比为0.31～0.33；对于常用的金属材料，铜兼顾成本低廉、质地较软、加工性能良好，而且根据数值仿真结果使用铜材料可以获得更加稳定的缓冲碰撞力以及作用时长；优选的，上述矩形孔为长方形孔，长方形孔的长度方向与圆柱结构的轴向一致，保证该金属缓冲件被压缩时，沿圆柱轴线方向发生塑性形变；进一步的，所述圆柱结构的长度、外径、内径的尺寸比例为10:5:4，根据有限元软件数值优化结果，当金属缓冲件保持该比例时，才能较好的改变冲击力特性获得稳定的缓冲碰撞力以及作用时长；进一步的，所述圆柱结构的长度、长方形孔的长度、长方形孔的宽度的尺寸比例为10:5:2，根据有限元软件数值优化结果，当金属缓冲件保持该比例时，才能较好的改变冲击力特性获得稳定的缓冲碰撞力以及作用时长；进一步的，上述圆柱结构的长度为20mm，外径为10mm，内径外8mm，并且长方形孔的尺寸为10mm×4mm。结合图4-8，基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属缓冲件，其特征在于，所述金属缓冲件为空心圆柱结构，圆柱结构的中间的圆周侧壁上均匀设有n个连通内部空腔的通孔，n≥2；所述通孔为矩形孔；金属缓冲件的材料为铜材。

【技术特征摘要】
1.一种金属缓冲件，其特征在于，所述金属缓冲件为空心圆柱结构，圆柱结构的中间的圆周侧壁上均匀设有n个连通内部空腔的通孔，n≥2；所述通孔为矩形孔；金属缓冲件的材料为铜材。2.如权利要求1所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述通孔的个数n为4个。3.如权利要求1所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述铜材的弹性模量为100～138GPa，泊松比为0.31～0.33。4.如权利要求1所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述矩形孔为长方形孔，长方形孔的长度方向与圆柱结构的轴向一致。5.如权利要求1所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述圆柱结构的长度、外径、内径的尺寸比例为10:5:4。6.如权利要求1或3所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述圆柱结构的长度、长方形孔的长度、长方形孔的宽度的尺寸比例为10:5:2。7.如权利要求1所述的一种金属缓冲件，其特征在于，所述圆柱结构的长度为20mm，外径为10mm，内径外8mm，矩形孔的尺寸为10mm×4mm。8.一种基于金属缓冲件的缓冲机构，其特征在于，包括推动机构、安装座(2)、支撑架(3)、第一挡块(6)、导向球(7)、第二挡块(8)、金属缓冲件(9)；所述安装座...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，高功卓，赵鑫，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32