一种基于听骨链传动机制的减震系统及设计方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于听骨链传动机制的减震系统及设计方法。本发明专利技术方法，包括如下步骤：S1、通过三维软件建立听小骨三维模型；S2、确定听骨链的材料及振动传递效果好的锤砧关节旋转轴线的α角；S3、将绘制好的听小骨模型导入到动力学与运动学的仿真软件中并给锤骨、砧骨、镫骨和听小骨周围的韧带添加预设的材料，从而组建完整的听骨链模型；S4、通过制造实物模拟听骨链中各部件的连接关系和相对位置，测试并改进直至获得减震效果良好的减震系统。本发明专利技术可以更好地保护工厂内设备及施工人员的安全，同时也可以应用在交通运输领域，让座椅的减震性能更好。

A damping system and design method based on ossicular chain transmission mechanism

The invention provides a damping system and a design method based on the ossicular chain transmission mechanism. The method of the invention comprises the following steps: S1, establishing a three-dimensional model of the ossicular ossicle by three-dimensional software; S2, determining the material of the ossicular chain and the alpha angle of the rotation axis of the hammer-anvil joint with good vibration transmission effect; S3, importing the drawn ossicular ossicle model into the simulation software of dynamics and kinematics, and giving the hammer, incus, stapes and stapes. The ligaments around the ossicular ossicles are added with preset materials to form a complete ossicular chain model. S4. The connection and relative position of the components in the ossicular chain are simulated by making physical objects, and the damping system with good damping effect is tested and improved. The invention can better protect the safety of the equipment and the construction personnel in the factory, and can also be applied in the field of transportation, so as to improve the shock absorption performance of the seat.

【技术实现步骤摘要】
一种基于听骨链传动机制的减震系统及设计方法
本专利技术涉及减震设备
，具体而言，尤其涉及一种基于听骨链传动机制的减震系统及设计方法。
技术介绍
随着社会与经济的发展，人们对于生活和工作质量的要求也越来越高。现今人们不但要求安全可靠，而且要求旅途舒适，减振器的研发显得尤其的重要。减振器可以起到减小或削减振动对设备和人员的影响的作用，使得某些设备及人员免受不良振动的影响，起到保护设备及人员正常工作与安全的作用，因此它广泛应用于各种机械的频繁起降等。但现有的减振器存在着问题，例如：普通油\气压减振器尽管结构简单，便于维护，但工作寿命短，工艺要求高且需要花费就相对较多的时间由于检修和维护。对于某些特定场合减振器，例如阻尼可调式减振器，也有着结构复杂，成本较高，不具有普遍性的缺点。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，本专利技术根据听骨链减振系统具有响应速度快，自适应调节能力强，易于引入控制，对低频感应强，高频振动的能量容易衰减，传音功能几乎不随年龄的变化的特点，对仿生听骨链制造出的减震器进行设计并改进，得到的减震器内部结构简单，能够有效保护设备及工作人员的人身安全。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，包括如下步骤：S1、通过三维软件建立听小骨三维模型，其中，所述听小骨包括锤骨、砧骨和镫骨；S2、通过对听小骨周围的肌肉及韧带的弹性阻尼比进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比和镫砧骨加速度比，从而确定听骨链周围韧带材料，通过试验和文献中得到的锤骨、砧骨和镫骨的材料特性确定锤骨、砧骨和镫骨的材料，通过对锤砧关节旋转轴线的α角进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比、镫砧骨加速度比，从而确定振动传递效果好的α角；S3、将绘制好的听小骨模型导入到动力学与运动学的仿真软件中并给锤骨、砧骨、镫骨和听小骨周围的韧带添加预设的材料，根据优选的α角确定锤骨、砧骨和镫骨之间的连接关系，从而组建完整的听骨链模型；S4、通过制造实物模拟听骨链中各部件的连接关系和相对位置，并增设用于保护听骨链的模拟内耳功能的外壳，通过对实物施加外力，逐步测试出设计不合理的各项缺陷并进行相应的改进和简化直至获得减震效果良好的减震系统。进一步地，所述步骤S3中，组建完整的听骨链模型后还设有如下步骤：通过对锤骨柄施加力，得到镫骨位移及加速度的变化值，从而确定听小骨具有减震效果。进一步地，所述步骤S3中，确定听小骨具有减震效果后还设有如下步骤：通过在捶砧关节处添加模拟各种类型的运动副，对锤骨柄施加力，得到镫骨位移及加速度的变化值，从而确定模拟镫骨运动适宜的副。进一步地，所述步骤S3中，确定模拟镫骨运动适宜的副后还设有如下步骤：对所述听骨链模型进行不同频率下锤砧位移的变化情况仿真，得到锤镫骨的位移、速度和加速度稳定的频率。进一步地，所述步骤S4中，所述改进包括：将减震器的锤骨部的锤骨柄改为与人耳锤骨不同的振动接触面、将锤骨柄的横截面的中心与镫骨中心设置在同一直线上。本专利技术还提供了一种基于听骨链传动机制的减震系统，包括：仿生人耳听骨链的减震器主体和仿生人耳内耳的减震器外壳，所述减震器主体装配于所述减震器外壳内，所述减震器主体包括仿生锤骨部、仿生砧骨部和仿生镫骨部，所述仿生锤骨部包括上、下底面均具有预设弧度的锤柄部、与人耳锤骨头部外形一致的锤头部和连接所述锤柄部下底面与锤头部的连接部，所述仿生砧骨部包括与所述锤头部形状匹配的锤砧关节部和锤砧关节部延伸出的具有预设折角的砧骨长突部，所述仿生镫骨部包括与所述砧骨长突部相连的砧镫关节部和镫骨底板部，所述锤头部与锤砧关节部连接后的水平方向开设适配连接杆的通孔，所述连接杆穿过仿生锤骨部和仿生砧骨部固定在两侧的减震器外壳上，所述砧镫关节部与所述镫骨底板部通过弹簧连接。进一步地，所述锤柄部的横截面的中心与仿生镫骨部的中心位于同一直线上。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过对听骨链传动机制进行建模分析，通过对听小骨及周围肌肉、韧带的模拟，仿生出一套响应速度快、自适应调节能力强的基于听骨链传动机制的减震系统，通过对各组件之间的位置结构、转动方式进行调整，从而获得适宜于生产生活中的最优解，保护工厂内设备及施工人员的安全，同时也可以应用在交通运输领域，让座椅的减震性能更好，旅客更加舒适安心。基于上述理由本专利技术可在减震设备领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于听骨链传动机制的减震系统设计方法流程图。图2为本专利技术对听小骨仿真的三维建模图，其中，(a)为锤骨的三维建模图，(b)为砧骨的三维建模图，(c)为镫骨的三维建模图，(d)为整体的听小骨仿真模型图。图3为本专利技术将听小骨给定材料属性后，对锤骨炳底部给定输入力，得到的锤骨、镫骨位移及加速度变化图，其中，(a)为锤骨位移的变化波形图，(b)为镫骨位移的变化波形图，(c)为锤骨加速度的变化波形图，(d)为镫骨加速度的变化波形图。图4为本专利技术韧带的k/c为10时，给定固定频率，得到的锤骨、镫骨位移及加速度变化图，其中，(a)为锤骨位移的变化波形图，(b)为镫骨位移的变化波形图，(c)为锤骨加速度的变化波形图，(d)为镫骨加速度的变化波形图。图5为本专利技术锤砧关节旋转轴线α角的变化时，得到的锤骨、镫骨位移及加速度变化图，其中，(a)为锤骨位移的变化波形图，(b)为镫骨位移的变化波形图，(c)为锤骨加速度的变化波形图，(d)为镫骨加速度的变化波形图。图6为本专利技术锤砧关节采用转动副时，得到的锤骨、镫骨位移及加速度变化图，其中，(a)为锤骨位移的变化波形图，(b)为镫骨位移的变化波形图，(c)为锤骨加速度的变化波形图，(d)为镫骨加速度的变化波形图。图7为本专利技术锤砧关节采用转动副及弹性体时的对比图，其中，(a)(b)(c)(d)为采用转动副，(e)(f)(g)(h)为采用弹性体，(a)(e)为锤骨位移的变化波形图，(b)(f)为镫骨位移的变化波形图，(c)(g)为锤骨加速度的变化波形图，(d)(h)为镫骨加速度的变化波形图。图8为本专利技术动力学模型中不同频率下锤砧参数的变化图，其中，(a)为不同频率下锤砧位移比的变化图，(b)为不同频率下锤砧速度比的变化图，(c)为不同频率下锤砧位加速度的变化图。图9为本专利技术减震系统的仿真模型图，其中，(a)为仿生锤骨部，(b)为仿生砧骨部，(c)为仿生镫骨部的砧镫关节部，(d)为仿生镫骨部的镫骨底板部。图10为本专利技术一种基于听骨链传动机制的减震系统示意图。图11为本专利技术具有仿生听骨链结构的减震系统爆炸图示意图。图中：1、锤柄部；2、连接部；3、锤头部；4、锤砧关节部；5、砧骨长突部；6、砧镫关节部；7、镫骨底板部；8、连接杆。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过三维软件建立听小骨三维模型，其中，所述听小骨包括锤骨、砧骨和镫骨；S2、通过对听小骨周围的肌肉及韧带的弹性阻尼比进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比和镫砧骨加速度比，从而确定听骨链周围韧带材料，通过试验和文献中得到的锤骨、砧骨和镫骨的材料特性确定锤骨、砧骨和镫骨的材料，通过对锤砧关节旋转轴线的α角进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比、镫砧骨加速度比，从而确定振动传递效果好的α角；S3、将绘制好的听小骨模型导入到动力学与运动学的仿真软件中并给锤骨、砧骨、镫骨和听小骨周围的韧带添加预设的材料，根据优选的α角确定锤骨、砧骨和镫骨之间的连接关系，从而组建完整的听骨链模型；S4、通过制造实物模拟听骨链中各部件的连接关系和相对位置，并增设用于保护听骨链的模拟内耳功能的外壳，通过对实物施加外力，逐步测试出设计不合理的各项缺陷并进行相应的改进和简化直至获得减震效果良好的减震系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过三维软件建立听小骨三维模型，其中，所述听小骨包括锤骨、砧骨和镫骨；S2、通过对听小骨周围的肌肉及韧带的弹性阻尼比进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比和镫砧骨加速度比，从而确定听骨链周围韧带材料，通过试验和文献中得到的锤骨、砧骨和镫骨的材料特性确定锤骨、砧骨和镫骨的材料，通过对锤砧关节旋转轴线的α角进行调整，测试镫砧骨位移比、镫砧骨速度比、镫砧骨加速度比，从而确定振动传递效果好的α角；S3、将绘制好的听小骨模型导入到动力学与运动学的仿真软件中并给锤骨、砧骨、镫骨和听小骨周围的韧带添加预设的材料，根据优选的α角确定锤骨、砧骨和镫骨之间的连接关系，从而组建完整的听骨链模型；S4、通过制造实物模拟听骨链中各部件的连接关系和相对位置，并增设用于保护听骨链的模拟内耳功能的外壳，通过对实物施加外力，逐步测试出设计不合理的各项缺陷并进行相应的改进和简化直至获得减震效果良好的减震系统。2.根据权利要求1所述的基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，组建完整的听骨链模型后还设有如下步骤：通过对锤骨柄施加力，得到镫骨位移及加速度的变化值，从而确定听小骨具有减震效果。3.根据权利要求2所述的基于听骨链传动机制的减震系统设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定听小骨具有减震效果后还设有如下步骤：通过在捶砧关节处添加模拟各种类型的运动副，对锤骨柄施加力，得到镫骨位移及加速度的变化值，从而确定模拟镫骨运动适...

【专利技术属性】
技术研发人员：李允公，李明智，王怀玉，刘君瑜，李思雨，郑月震，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21