CN107575530A - 具有牺牲结构的复合减震器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有牺牲结构的复合减震器结构，其特征在于包括：壳体结构，减震支架和牺牲结构；所述减震支架设置在壳体结构内部，用于支撑被保护组件；所述牺牲结构设置在被保护组件的底端与壳体结构之间；在承受轴向高冲击过载后，牺牲结构产生塑性形变。本发明的减震结构具有体积小，重量轻的特点，除如普通减震器对随机震动的过滤能力外，具有一定的一次性的超高过载保护能力，主要适用于弹载IMU或其他弹载平台上的力学敏感***应用。

Description

具有牺牲结构的复合减震器

技术领域

本发明涉及一种具有牺牲结构的复合减震器，属于减振结构技术领域。

背景技术

IMU(Inertial Measurement Unit)模块即惯性测量单元，主要用于采集姿态信息，转化为数据，提供给总***的处理器，完成姿态解算，配合卫星导航构成组合导航***，IMU内的传感器主要包括为角速率传感器，加速度传感器，磁力线传感器，气压传感器等。

由于MEMS器件为力学敏感器件，搭载平台在发射/飞行中的震动和过载对基于MEMS的IMU的惯性测量精度甚至生存产生明显的影响，而高精度MEMS器件的抗过载性能普遍不高，现有减震方案无法保证高精度MEMS器件在高过载条件下的生存能力。

为提高随机震动条件下IMU的测量精度和超高过载(如炮弹发射)条件下的可靠性，急需提供一种全新的减震方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有牺牲结构的复合减震器，实现对超高过载保护能力。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种具有牺牲结构的复合减震器结构，包括：壳体结构，减震支架和牺牲结构；

所述减震支架设置在壳体结构内部，用于支撑被保护组件；

所述牺牲结构设置在被保护组件的底端与壳体结构之间；在承受轴向高冲击过载后，牺牲结构产生塑性形变。

优选的，牺牲结构的材质采用的泡沫铝。优选的，所述牺牲结构的形状为环形或圆片。

优选的，牺牲结构屈服强度P_M满足P_M<m*a/s；其中m为被保护组件的质量，a为高冲击过载的值，s为被保护组件与牺牲结构的接触面积。

优选的，当牺牲结构承受的过载大于10000G小于18000G过载下，牺牲结构屈服强度P_M为183Mpa±10％，牺牲结构采用相对密度0.17铝材的泡沫铝材，被保护组件与牺牲结构的接触面积不大于67mm²。

优选的，牺牲结构安装在壳体结构上，在承受轴向高冲击过载后，牺牲结构产生塑性形变并与被保护组件脱离。

优选的，还包括；减震支架包括装配支架、多个定位栓和多个减震垫；所述装配支架中部为通孔，被保护组件套设在通孔内，压在所述牺牲结构的顶端；装配支架的沿周向分布多个定位孔，每个定位孔内设置一个减震垫；减震垫套设在定位栓上，多个定位栓用于支撑整个减震支架。

优选的，所述定位栓穿过装配支架的定位孔，灌注硅橡胶在定位栓与定位孔之间形成减震垫。

优选的，减震垫和被保护组件的成谐振频率f满足k为减震垫的刚度，m被保护组件的质量，根据被保护组件需要滤除的振动频带调整减震垫的刚度k。

优选的，被保护组件具有对称的支耳结构，支耳结构固定安装于减震支架的法兰上。

优选的，所述壳体结构包括上壳体和下壳体，下壳体具有多个沉头孔，每个沉头孔可通过螺丝连接一个定位栓。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的减震结构具有体积小，重量轻的特点，除如普通减震器对随机震动的过滤能力外，具有一定的一次性的超高过载保护能力，主要适用于弹载IMU或其他弹载平台上的力学敏感***应用。

(2)本发明的减震结构，通过针对不同的负载质量m，可以调整减震垫的材料组分，改变减震器刚度k，根据保证随机振动激励频率与f之比大于

通过牺牲结构的材料组分调整和截面积调整，可适应不同的炮弹发射条件。

附图说明

图1为本发明具有牺牲结构的复合减震器的总体组件图；

图2为本发明具有牺牲结构的复合减震器中的减震支架结构示意图；

图3为本发明具有牺牲结构的复合减震器中的上壳体结构示意图；

图4为本发明具有牺牲结构的复合减震器中的下壳体结构示意图；

图5(a)为本发明减震支架的俯视图；图5(b)为本发明减震支架的剖视图；

图6为本发明具有牺牲结构的复合减震器中的减震支架和被保护组件的装配示意图；

图7为本发明具有牺牲结构的复合减震器中减震支架对下壳体的安装示意图；

图8为本发明被保护组件(6)的尺寸示意图；

图9(a)为本发明具有牺牲结构的复合减震器的俯视图；图9(b)为本发明具有牺牲结构的复合减震器的剖面图；

图10为本发明具有牺牲结构的复合减震器的上壳体和下壳体的装配示意图；

图11(a)为本发明下壳体和牺牲结构安装示意图；图11(b)为本发明下壳体和牺牲结构安装后的剖面图。

具体实施方式

本发明提出一种具有牺牲结构的复合减震器，由上壳体1、下壳体2，减震支架3、减震垫4、牺牲结构5组成，其中减震垫4通过模具直接成型于减震支架3上，在工作环境中起到对内部功能部分的物理保护，使整个组件在传递、运输、使用中成一个整体。该发明具有体积小，易装配，重量轻，机械强度大，抗高过载的特征。

一般认为随机振动的过载小于5000G，频率为10Hz-2000Hz,近似半正弦宽度小于1ms，减震垫4主要隔离这类振动，并且要保证在震动过程中，减震支架3的角偏不大于0.05°。

此外超高过载的一次性保护是指，通过牺牲结构(5)的塑性形变吸收能量，将20000G半正弦宽度为8ms-10ms的过载，衰减为小于12000G，使加载于被保护组件6的实际过载在其可承受的范围内，从而避免在超高过载条件下的失效，由于牺牲结构5的塑性形变只能发生一次，故只能形成一次性的超高过载保护。

在经历超高过载前，减震支架3在牺牲结构5之间直接接触，在超高过载工作时，由减震垫4和牺牲结构6共同承受过载产生的惯性力，并在惯性力的作用下分别发生弹性形变和塑性形变，在超高过载应力卸载后，牺牲结构6已发生塑性形变和与减震支架3分离，此时完全由减震垫4承载减震支架3和被保护组件6，起到隔离随机振动的功能。减震垫4在存储状态下偏向高过载加速度方向的反方向，以增加牺牲结构6的形变行程，但长期存储的形变较小，蠕变不会引起减震器失效。

如图1所示，为本发明的总体组件图，即本发明的基本形式，它由上壳体1、下壳体2，减震支架3、减震垫4、牺牲结构5组成，其中减震垫4通过模具直接成型于减震支架3上，如图5所示。被保护组件6使用M2×4沉头螺丝安装于减震支架3的法兰上，如图6，再将减震支架3安装在下壳体2和上壳体1的减震垫定位孔，以下壳体2上的定位槽为例，如图7，最后将上壳体1和下壳体2通过M2×4连接，完成模块装配，如图10。整体模块剖面图如图11。本方案中，除减震垫4外，其余结构件材料为7A04硬铝。

本发明的牺牲结构采用的主要材料为泡沫铝，吸能方式为塑性形变，在一次高冲击过载后，牺牲结构会产生一定的塑性形变，因此需要通过调整材料的具体力学特性来满足实际需要。牺牲结构屈服强度P_M满足P_M<m*a/s；其中m为被保护组件6的质量，a为高冲击过载的值，s为被保护组件6与牺牲结构5的接触面积。

以最大过载15000G，受保护模块质量100g，炮弹出膛速度900m/s,炮身长度8m为例，设计牺牲结构型变量为1.5mm即可满足卸载10000G以上的过载，且行程不影响超过减震器(减震支架和减震垫)允许的型变量。

例如：在15000G过载下，100g负载的惯性力为14700N，牺牲结构为环形，内环直径17mm，外环直径19mm。截面积56.5mm²，过载对牺牲结构截面的压强P₀＝14700N/56.5mm²＝260Mpa，设计屈服强度P_M为P₀*0.707＝183MPa。本例中使用的泡沫铝材为相对密度0.17的铝材，有效应变为0.05-0.7，需设计限位装置，避免应变超过0.7，当该铝材发生50％应变时可吸收约2.5MJ/cm3的能量，实验室15000G，20us的冲击大约产生了0.4mm的形变。

制备材料时通过调整氯化钠的比例和颗粒大小调整材料密度，相对密度不变的条件下调整合金成分可调整屈服强度。一般泡沫铝材密度越小，屈服区越宽，在屈服区内，泡沫铝材可持续发生应变，并且屈服强度不变，利用这种材料特性，可根据需要保护的过载设置材料的屈服强度，并通过调整牺牲结构的截面积调整接触面的压强。

牺牲结构作为一次性使用的减震产品，可使用于炮弹发射等，一次性受到大冲击的场合，能够实现对200us不大于20000G的过载衰减，衰减率50％～70％。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种具有牺牲结构的复合减震器结构，其特征在于包括：壳体结构，减震支架(3)和牺牲结构(5)；

所述减震支架(3)设置在壳体结构内部，用于支撑被保护组件(6)；

所述牺牲结构(5)设置在被保护组件(6)的底端与壳体结构之间；在承受轴向高冲击过载后，牺牲结构(5)产生塑性形变。

2.根据权利要求1所述的复合减震器结构，其特征在于，牺牲结构的材质采用的泡沫铝。优选的，所述牺牲结构的形状为环形或圆片。

3.根据权利要求2所述的复合减震器结构，其特征在于，牺牲结构屈服强度P_M满足P_M<m*a/s；其中m为被保护组件(6)的质量，a为高冲击过载的值，s为被保护组件(6)与牺牲结构(5)的接触面积。

4.根据权利要求2所述的复合减震器结构，其特征在于，当牺牲结构承受的过载大于10000G小于18000G过载下，牺牲结构屈服强度P_M为183Mpa±10％，牺牲结构采用相对密度0.17铝材的泡沫铝材，被保护组件(6)与牺牲结构(5)的接触面积不大于67mm²。

5.根据权利要求1或2所述的复合减震器结构，其特征在于，牺牲结构(5)安装在壳体结构上，在承受轴向高冲击过载后，牺牲结构(5)产生塑性形变并与被保护组件(6)脱离。

6.根据权利要求1或2所述的复合减震器结构，其特征在于，还包括；减震支架(3)包括装配支架(3-1)、多个定位栓(3-2)和多个减震垫(4)；所述装配支架(3-1)中部为通孔，被保护组件(6)套设在通孔内，压在所述牺牲结构(5)的顶端；装配支架(3-1)的沿周向分布多个定位孔，每个定位孔内设置一个减震垫(4)；减震垫(4)套设在定位栓(3-2)上，多个定位栓(3-2)用于支撑整个减震支架(3)。

7.根据权利要求6所述的复合减震器结构，其特征在于，所述定位栓(3-2)穿过装配支架(3-1)的定位孔，灌注硅橡胶在定位栓(3-2)与定位孔之间形成减震垫(4)。

8.根据权利要求7所述的复合减震器结构，其特征在于，减震垫(4)和被保护组件的成谐振频率f满足k为减震垫的刚度，m被保护组件的质量，根据被保护组件需要滤除的振动频带调整减震垫(4)的刚度k。

9.根据权利要求7所述的复合减震器结构，其特征在于，被保护组件(6)具有对称的支耳结构，支耳结构固定安装于减震支架(3)的法兰上。

10.根据权利要求7或9所述的复合减震器结构，其特征在于，所述壳体结构包括上壳体(1)和下壳体(2)，下壳体(2)具有多个沉头孔，每个沉头孔可通过螺丝连接一个定位栓(3-2)。