一种单出杆阻尼器的制作方法

本发明属于结构振动控制装置技术领域，特别是涉及一种单出杆阻尼器。

背景技术：

在工程实际中，如土木工程、航天工程、车辆工程等多方面中，抗冲减振控制装置都起着重要的作用。尤其在工程结构领域，自然环境中存在多种动荷载，如地震、爆炸、浮冰或轮船撞击、碰撞、强风以及冰荷载等。依据荷载变化的快慢不同，这些动荷载可分为周期性荷载、随机荷载以及冲击荷载。工程结构在实际环境中，这些动荷载及其组合往往对其造成大幅振动甚至破坏。因此，复杂荷载环境下的工程结构抗冲减振控制问题尤为重要。

STF也是一种新型的智能材料，是一种处于固、液混合状态的纳米粒子溶液，由极其微小的微粒分散悬浮在有机溶剂中组成。STF在正常状态下是略微粘稠的液体，在受到较大剪切应变或冲击荷载作用后，其表观粘度会急剧增大，甚至能够转变为类固态的物质。此时，STF的剪切模量远大于其初始的剪切模量。重要的是，当作用于STF上的快速冲击荷载消失后，STF能瞬间恢复到易于流动的液态，即这种变化是可逆的。STF为场响应材料，其流变特性随外加应力场的变化而变化。但是，STF阻尼器在低速大幅振动下，其阻尼力和刚度由于STF没有发生剪切增稠行为，因此其控制效果不理想。

SMA具有良好的形状记忆效应和大应变超弹性等特性。超弹性是SMA的重要力学性能之一，它是指合金在应力作用下发生马氏体相变，去除应力后发生马氏体逆相变，应变恢复的性能。SMA可恢复应变达6％～8％，远优于普通材料的弹性应变(0.5％)。近年来，随着SMA材料研究的发展、制作技术的提高、价格的降低，SMA减、隔震装置在工程领域中的应用越来越多。

双出杆式阻尼器由于其结构简单、加工方便，得到了良好的推广应用；相反，单出杆式阻尼器由于结构较复杂、加工较困难，使得目前研究较少。实际上，单出杆式阻尼器结构最为紧凑，能在有限的空间内提供较大的行程，这是双出杆阻尼器所无法比拟的。但是现有传统单出杆阻尼器仍具有附加腔室密闭性差、制作工艺复杂、压强限制等弊端。

技术实现要素：

针对上述存在的现有单一STF阻尼器在低剪切速率下耗能不够理想的问题，为使其在冲击荷载作用下获得适合的补偿力，更好的发挥其阻尼效果，本发明提供一种单出杆阻尼器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种单出杆阻尼器，包括：

缸体，分为工作腔室和补偿腔室，两腔室间通过与缸体密封的浮动活塞间隔，工作腔室内填充STF液体；

活塞杆，一端置于缸体内工作腔室，其端部连接工作活塞，另一端置于缸体外，连接上连接件；

补偿腔室,内设置弹性件，弹性件一端连接浮动活塞，另一端连接置于缸体端部的橡胶活塞Ⅰ上，补偿阻尼器初始刚度，

当剪切速率较大，工作腔内瞬时振动速度较大时，STF发生剪切增稠产生阻尼力，从而实现工程结构抗冲减振；当剪切速率较小，工作腔室瞬时振动速度较小时，补偿腔室内的弹性件弹性补偿阻尼器初始刚度，从而实现工程结构减振耗能。

进一步地，所述补偿腔室的高度H1为缸体高度H的1/4～1/3。

进一步地，所述弹性件最大补偿压缩量为活塞杆完全压入时所需要的体积补偿量，即：

πd²y_max＝πD²Y_max

其中：d为工作活塞直径，y_max为活塞杆最大压缩量，D为缸体内径，Y_max为弹性件最大补偿压缩量。

进一步地，所述弹性件为SMA弹簧。

进一步地，所述工作活塞与缸体间隙在1～3mm之间。

进一步地，所述活塞杆和缸体间连接有橡胶活塞II。

进一步地，所述活塞杆与橡胶活塞II之间设有至少一条的密封圈II。

进一步地，所述浮动活塞与缸体之间设有至少一条密封圈Ⅰ。

进一步地，所述工作活塞厚度H2为工作腔室总高度H0的1/4～1/3。

本发明的有益效果为：

1.本发明将SMA弹簧应用于传统STF单出杆阻尼器补偿腔室，通过活塞杆上下移动，带动工作活塞挤压STF产生阻尼力，同时带动浮动活塞联动SMA弹簧伸缩，发挥其超弹性性能，提供适宜的补偿刚度，达到阻尼器抗冲减振效果。由于采用STF为响应材料，SMA为补偿材料，使得该阻尼器可获得较大的阻尼力和刚度，使本发明具有优良的力学特性。

2.本发明补偿腔室浮动活塞不必与缸体吻合，生产工艺简单，从而降低生产成本。同时改善单出杆阻尼器补偿附加腔室密闭性差、制作工艺复杂、压强限制等问题。

3.本发明适应荷载范围广：当剪切速率较大，STF发生剪切增稠行为产生阻尼力，从而实现工程结构抗冲减振；当剪切速率较小，SMA弹簧发挥其超弹性性能补偿阻尼器初始刚度，从而实现工程结构减振耗能。

4.本发明加工工艺简单：由于阻尼器构造简单，保证单出杆阻尼器较大的有效行程，同时，对补偿腔室密闭性要求不高，加工工艺简单，减少成本。

附图说明

图1是本发明的剖视结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图中：1.下连接件，2.下盖板，3.橡胶活塞Ⅰ，4.活塞杆，5.工作腔室，6.缸体，7.工作活塞，8.浮动活塞，9.密封圈Ⅰ，10.补偿腔室，11.弹性件，12.橡胶活塞II，13.上盖板，14.上连接件，15.密封圈II。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例：如图1、图2所示，本发明包括一种单出杆阻尼器，包括：

缸体6，分为工作腔室5和补偿腔室10，两腔室间通过与缸体6密封的浮动活塞8间隔，工作腔室5内填充STF液体；

活塞杆4，一端置于缸体6内工作腔室5，其端部连接工作活塞7，另一端置于缸体6外，连接上连接件1；

补偿腔室10内设置弹性件11，弹性件11一端连接浮动活塞8，另一端连接置于缸体6端部的橡胶活塞Ⅰ3上；所述弹性件11采用SMA弹簧；

所述补偿腔室10的高度H1根据实际工程需要设定，为缸体高度H的1/4～1/3。所述弹性件最大补偿压缩量为活塞杆4完全压入时所需要的体积补偿量，即：

πd²y_max＝πD²Y_max

其中：d为工作活塞7的直径，y_max为活塞杆4的最大压缩量，D为缸体6的内径，Y_max为弹性件11的最大补偿压缩量。

浮动活塞对弹性件11存在预压力由工作腔室5内STF液体内压力及浮动活塞8重量产生，使得弹性件11更好的发挥其补偿特性。预压力大小依据STF阻尼性能、弹性体SMA回弹性能设定。

所述工作活塞厚度H2根据实际工程需要设计，为工作腔室5总高度H0的1/4～1/3，保证STF剪切行程，剪切效果更好。所述工作活塞7与缸体6间隙在1～3mm之间，在活塞移动过程中对STF产生较大剪切应力同时保证工作腔室内STF的流动性。所述活塞杆4和缸体6间连接有橡胶活塞Ⅰ3。所述活塞杆4与橡胶活塞II12之间设有至少一条的密封圈II15，避免缸体6内STF泄露。所述浮动活塞8与缸体6之间设有至少一条密封圈Ⅰ9，避免STF泄露到补偿腔室10中。

当剪切速率较大，活塞杆4上下移动，带动工作活塞7，挤压工作腔室5内的剪切增稠液体STF，工作腔室5内瞬时振动速度较大时，工作腔室5内STF发生剪切增稠产生阻尼力，从而实现工程结构抗冲减振；当剪切速率较小，工作腔室5瞬时震动速度较小时，工作腔室5内的STF剪切增稠效果不够理想，缸体6内的浮动活塞8联动SMA弹簧伸缩，发挥其超弹性性能，通过补偿腔室10内的11弹性补偿阻尼器初始刚度，从而实现工程结构减振耗能。