本發(fā)明屬于沖擊隔離和沖力開關(guān)，具體涉及具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)及設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、沖擊廣泛存在于各種地基受到的地震影響、船舶受到海浪拍擊、汽車碰撞以及突然受到巨大加速度變化的情況，它會降低被影響設(shè)備的工作精度、安全性以及舒適性，大的沖擊甚至?xí)茐南嚓P(guān)設(shè)備，故而在設(shè)備與沖擊源之間設(shè)置沖擊緩沖裝置是非常有必要的，但是現(xiàn)有的沖擊緩沖裝置剛度小，影響相關(guān)設(shè)備的正常使用，在外部劇烈沖擊突發(fā)時，不能滿足支撐過載或快速恢復(fù)原始形狀的需求，影響了設(shè)備的正常使用和性能，為了消除或削弱上述設(shè)備受到?jīng)_擊前后的不利影響，提升相關(guān)設(shè)備適應(yīng)惡劣沖擊環(huán)境的適應(yīng)性和正常環(huán)境中設(shè)備使用效果，滿足工程中多場景應(yīng)用的需求，傳統(tǒng)的沖擊緩沖裝置具有沖擊吸能、振動隔離的效果，工程應(yīng)用中大多數(shù)通過將被隔離裝置位移的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，通常為熱能或者潛在能量。緩沖裝置設(shè)計用來支撐重負(fù)載或需要快速恢復(fù)其原始形狀，需要較大的剛度，對于需要吸收高沖擊能量或提供柔軟著陸的應(yīng)用，較小的剛度可能更為合適，但是其在正常工作狀態(tài)時候的剛度大小難以滿足普通工況，進(jìn)而需要在系統(tǒng)設(shè)計中添加運(yùn)動補(bǔ)償修正誤差的模塊，大大增加了工程難度。其核心矛盾在于傳統(tǒng)沖擊緩沖吸能裝置缺少一種能夠控制裝置剛度大小的結(jié)構(gòu)，在吸收沖擊能量時需要具有盡可能小的剛度，在正常工作或者許可沖擊工況時需要盡可能大的剛度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有傳統(tǒng)沖擊吸能緩沖裝置中在正常工況下剛度不高，影響正常工作時候的工作精度的問題，提供一種剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能抗沖擊的沖力開關(guān)及設(shè)計方法，該結(jié)構(gòu)應(yīng)同時具備如下功能，在被隔離物與基座之間加裝該沖力開關(guān)后，在基座受到安全范圍的沖擊/振動激勵時，沖力開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，緩沖裝置不能產(chǎn)生較大的相對位移，基座受到超過安全范圍的沖擊/振動激勵時，沖力開關(guān)處于打開狀態(tài)，緩沖裝置工作產(chǎn)生較大的相對位移，剛度驟然變小，沖擊/振動激勵消失后，開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下恢復(fù)關(guān)閉狀態(tài)，達(dá)到大剛度、大承載的特性。

2、一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)，在基座上端面中心部位上固裝下導(dǎo)柱，在所述基座上位于下導(dǎo)柱相對外側(cè)部位處相互對稱的固裝彈性支板，所述彈性支板上端內(nèi)壁面呈圓弧狀，在所述彈性支板上端面上支撐安裝活動構(gòu)件，在活動構(gòu)件下端面上與下導(dǎo)柱同軸心的固裝上導(dǎo)柱，在所述上導(dǎo)柱和下導(dǎo)柱外部套裝復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的上、下端面分別與活動構(gòu)件和基座擠壓接觸配合。

3、一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)設(shè)計方法，所述方法具體步驟如下：

4、步驟1：根據(jù)彈性支板的彈性彎曲部分確定沖力開關(guān)的活動構(gòu)件力位移關(guān)系式：

5、

6、w＝(r1+r2)sinθ

7、h＝r1+r2-(r1+r2)*cosθ

8、f總＝2*f*cosθ

9、邊界條件：w|x＝0＝0

10、其中，w為彈性支板的撓度，f為單個彈性支板的受力情況，f總為活動構(gòu)件的受力情況，θ受力傾角，h為活動構(gòu)件沿安裝基座方向位移，x為彈性支板的彈性彎曲部分上一點距離固定部分的距離，l為彈性支板的彈性彎曲部分長度，e為彈性支板的彈性彎曲部分的彈性模量，i為彈性支板的彈性彎曲部分的慣性矩，r1為彈性支板圓弧部分半徑，r2為活動構(gòu)件圓弧部分半徑；

11、步驟2：利用數(shù)學(xué)計算工具計算，得到活動構(gòu)件位移沿基座方向位移h所需要的力f總的關(guān)系圖；

12、步驟3：根據(jù)所允許受到的沖擊力大小調(diào)節(jié)彈性支板的間距，即調(diào)整初始受力傾角θ，使得開關(guān)限制沖擊力大小達(dá)到所需極值。

13、本申請相對于現(xiàn)有的技術(shù)所產(chǎn)生的有益功能是：

14、本專利提供一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)及設(shè)計方法，其利用對稱布置的彈性支板彈性彎曲前的高剛度特性對活動構(gòu)件或被隔離物進(jìn)行承載，使其未受到大沖擊的狀態(tài)時，能夠保持極高的剛度，產(chǎn)生相對位移極小，從而得到一個可靠的工作部件。本發(fā)明中的彈性支板僅在彈性范圍內(nèi)使用，不允許發(fā)生塑性變形，定義滿足上述彈性變形要求造成最大撓度彎曲的最小沖擊力為本發(fā)明的開關(guān)沖擊閾值。本發(fā)明在設(shè)計開關(guān)處于關(guān)閉位置受到不大于沖擊閾值的激勵時會因為系統(tǒng)的剛度高而產(chǎn)生較大的支撐力和較小位移，通過將較小沖擊力與彎曲側(cè)板對抗彎曲變形的力實現(xiàn)受力平衡，從而能夠使得被隔離物體在閾值范圍內(nèi)的沖擊工況內(nèi)能正常工作。本發(fā)明在受到大于閾值的沖擊激勵時，彈性支板會在活動構(gòu)件接觸力的作用下，發(fā)生彎曲，其活動構(gòu)件與基座會發(fā)生較大的相對位移，直至彈性支板達(dá)到最大撓度，其剛度最小，活動構(gòu)件能夠在彎曲后的彈性支板間往復(fù)運(yùn)動，同時在外部沖擊緩沖吸能裝置的阻尼和剛度特性下，沖擊激勵被逐漸吸收變小，當(dāng)沖擊激勵小于特定值后，復(fù)位彈簧提供復(fù)位的作用力使活動構(gòu)件復(fù)位，沖力開關(guān)再次處于關(guān)閉狀態(tài)，彈性支板提供支撐力。

15、基于上述內(nèi)容本申請在實際應(yīng)用中具有以下幾點優(yōu)勢：

16、1、本發(fā)明利用懸臂梁的彈性彎曲特性實現(xiàn)在受到閾值范圍內(nèi)的沖擊激勵時，能夠給活動構(gòu)件提供足夠的支撐力，整體獲得較大的剛度值，確保被隔離物體在該工況能正常工作。

17、2、與傳統(tǒng)電子開關(guān)相比，本發(fā)明利用彈性支板彎曲原理，屬于沖力開關(guān)，可靠性更高。

18、3、在工程應(yīng)用中，本發(fā)明能夠結(jié)合其他沖擊吸能緩沖裝置實現(xiàn)更好的沖擊吸能效果，但不限于沖擊吸能緩沖裝置。

技術(shù)特征：

1.一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)，其特征在于：在基座(5)上端面中心部位上固裝下導(dǎo)柱(6)，在所述基座(5)上位于下導(dǎo)柱(6)相對外側(cè)部位處相互對稱的固裝彈性支板(4)，所述彈性支板(4)上端內(nèi)壁面呈圓弧狀，在所述彈性支板(4)上端面上支撐安裝活動構(gòu)件(1)，在活動構(gòu)件(1)下端面上與下導(dǎo)柱(6)同軸心的固裝上導(dǎo)柱(2)，在所述上導(dǎo)柱(2)和下導(dǎo)柱(6)外部套裝復(fù)位彈簧(3)，所述復(fù)位彈簧(3)的上、下端面分別與活動構(gòu)件(1)和基座(5)擠壓接觸配合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)，其特征在于：所述上導(dǎo)柱(2)和下導(dǎo)柱(6)為多邊形柱體、圓柱形柱體或者橢圓形柱體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)，其特征在于：所述彈性支板(4)從下到上依次由固連的固定部分(4-1)、彈性彎曲部分(4-2)和支撐部分(4-3)構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)，其特征在于：所述活動構(gòu)件(1)下端與彈性支板(4)接觸部位處呈圓弧面。

5.一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)設(shè)計方法，其特征在于：所述方法具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
一種具有剛?cè)徂D(zhuǎn)換功能的正置式?jīng)_力開關(guān)及設(shè)計方法屬于隔離沖擊和振動的沖力開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域；在基座上端面中心部位上固裝下導(dǎo)柱，在基座上位于下導(dǎo)柱相對外側(cè)部位處相互對稱的固裝彈性支板，彈性支板上端內(nèi)壁面呈圓弧狀，在彈性支板上端面上支撐安裝活動構(gòu)件，在活動構(gòu)件下端面上與下導(dǎo)柱同軸心的固裝上導(dǎo)柱，在上導(dǎo)柱和下導(dǎo)柱外部套裝復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧的上、下端面分別與活動構(gòu)件和基座擠壓接觸配合；本發(fā)明具有保證被隔離物在閾值范圍內(nèi)的沖擊工況下正常工作可靠性的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：崔俊寧,莊逸忠,張新彬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18