一种仿生垫片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程仿生技术领域，具体涉及一种仿生垫片。
【背景技术】
[0002]螺栓和螺母配合紧固零件时，常用到普通垫片和弹簧垫圈，目的就是增大紧固的接触面积，减少螺母对零件表面的磨损，预防螺母松动等。然而，弹簧垫圈的防松能力并不理想，弹力分布不均匀，尤其目前在欧美各国要求高可靠性的产品中使用率极低，特别在重要的承力结构联接部位早已被抛弃好多年。原因有两个:一是“涨圈”，二是氢脆。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种仿生垫片，用于零件联接紧固处。当零件受力时，零件会把力传递给垫片，垫片在弹性变化范围内，先压缩变形并在恢复力的作用下迅速复原。恢复弹力使垫片消除了所受的压力，从而减少了螺母的松动。
[0004]猫科动物可以在崎岖、复杂的地形上安全的跳跃，除了与自身腿部健壮的肌肉、高强度的韧带和巧妙的骨骼结构有关外，还与足底的肉垫有关。猫科动物跳跃、奔跑过程中，脚掌与地面接触后会产生很大的冲击。为了避免这些冲击对肢体产生伤害，猫科动物会自主调节足部关节和相应的软组织变形。因此，足底肉垫起到缓冲、减震等重要作用。猎豹，行动敏捷，善于跳跃，一跃可达6米高，12米远；善于奔跑，是世界上陆地奔跑最快的动物，它的时速可以达到120公里。猎豹每只脚下有一个大的掌垫，每个脚趾下又有一个小的趾垫。肉垫具有独特的力学特性，在猎豹高速奔跑过程中，脚底和趾下柔软的肉垫触地受压，起着较好的缓冲、减震作用。当猎豹足离地瞬间，受压的肉垫可以随之恢复原状，从而保护好猎豹的全身。
[0005]本发明设计思路来源猎豹足底的掌垫，依据掌垫的形状和功能，设计了仿生缓冲单体。
[0006]本发明包括垫片本体和仿生缓冲单体，垫片本体的内圆和外圆共轴线，垫片本体上均匀分布花键通槽；仿生缓冲单体是由缓冲体和花键轴构成一体式结构，仿生缓冲单体以花键轴插在垫片本体的花键通槽中；若干个仿生缓冲单体在垫片本体的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体上、下面对应的仿生缓冲单体是关于垫片本体厚度中心横截面对称。每个仿生缓冲单体的缓冲体的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的I为纵坐标，X为横坐标:
第一曲线满足:y = -3X 10 6X6 + 2X 10 7X5 + 0.0009x4 - 9X 10 5X3 - 0.0894x2 +0.0061x + 18.085 ;其中:-13 < x < 13 ；
第二曲线满足:y = 6X 10 6X6 + 5X 10 7X5 - 0.0004x4 - 5X 10 5X3 - 0.0098x2 +0.0006x + 0.0397 ；其中:-10 < x < 10 ；
第三曲线满足:y = 0.0186x2 - 2.579x - 26.72 ;其中:-13 < x < -10 ；
第四曲线满足= 0.0109x2 + 2.7759x - 27.983 ;其中:10〈 x〈 13。
[0007]所述的垫片本体选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体选取邵氏硬度为30的硅胶。
[0008]本发明的工作原理和过程:
仿生缓冲单体通过花键轴和花键通槽的配合装配到垫片本体上、下面，从而成圆形均匀阵列分布且关于垫片本体厚度中心横截面对称。由于仿生缓冲单体在整个圆周上是连续、均匀的分布，这就使得垫片在整个圆周上保持连续、均匀的弹性。
[0009]硅胶具有弹性好、耐压缩变形、硬度范围宽、特别容易成型等性能，垫片本体和仿生缓冲单体选取不同硬度的硅胶材质，从而实现不同的弹性。垫片本体选取邵氏硬度为60的硅胶，弹性稍低；仿生缓冲单体选取邵氏硬度为30的硅胶，弹性较高。这利于垫片整体受不同力时，垫片本体和仿生缓冲单体产生相应形变后的复原，进一步缓解螺母松动。
[0010]当零件受力较小时，仿生缓冲单体形变量较大，垫片本体的形变量较小。仿生缓冲单体缓冲体的横截面面积增大、高度降低，而每个仿生缓冲单体的分布间隙为这种变化提供了伸缩空间。由于硅胶具有耐压缩性，受压的仿生缓冲单体会在恢复力的作用下吸收零件受力，迅速恢复原状。
[0011]当零件受力较大时，垫片本体此时发挥的作用较大。仿生缓冲单体已被压缩到极限，每个仿生缓冲单体彼此接触，还未来得及产生恢复弹力，力已传递到垫片本体，此时更多的依靠垫片本体形变后产生的恢复力来吸收零件受力，继而恢复垫片原状。
[0012]垫片本体两面都分布着仿生缓冲单体。一般情况下，两面的仿生缓冲单体形变会产生更大的恢复力吸收零件受力。当两面仿生缓冲单体都被压缩到极限时，垫片本体才会受压，这样可以减缓垫片本体的疲劳磨损，提高垫片使用寿命。
[0013]由于花键联接具有接触面积大、承载能力高、定心和导向性能好、应力集中小、结构紧凑等优点，垫片本体与仿生缓冲单体之间采用花键联接。另外，疲劳磨损过重的仿生缓冲单体可以方便的更换，提高了使用效率。
[0014]本发明的有益效果:
本发明是对平时常用普通垫片和弹簧垫圈结合使用的一种优化，避开了弹性垫圈使用时涨圈、氢脆等问题；在垫片本体双面均匀分布仿生缓冲单体，提高了垫片受压后的复原速度，保证了弹力的均匀性、连续性。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的立体图。
[0016]图2为本发明的的俯视图。
[0017]图3为本发明的仿生缓冲单体主视图。
[0018]图4为本发明的仿生缓冲单体后视图。
[0019]图5为本发明的仿生缓冲单体侧视图。
[0020]图6为本发明的垫片本体俯视图。
[0021]其中:1 一垫片本体，2—内圆，3—外圆，4一仿生缓冲单体，5—第一曲线，6—第二曲线，7一第二曲线，8—第四曲线，9一花键轴，10一缓冲体，11一花键通槽。
【具体实施方式】
[0022]请参阅图1至图6所示，本实施例包括垫片本体I和仿生缓冲单体4，垫片本体I的内圆2和外圆3共轴线，垫片本体I上均匀分布花键通槽11 ;仿生缓冲单体4是由缓冲体10和花键轴9构成一体式结构，仿生缓冲单体4以花键轴9插在垫片本体I的花键通槽11中；仿生缓冲单体4在垫片本体I的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体I上、下面对应的仿生缓冲单体4是关于垫片本体I厚度中心横截面对称，垫片本体I的上、下面各有九个仿生缓冲单体4。相邻仿生缓冲单体4之间相隔40°。
[0023]如图3所示，每个仿生缓冲单体4的缓冲体10的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的y为纵坐标，X为横坐标:
第一曲线 5 满足:y = -3X 10 6X6 + 2X 10 7X5 + 0.0009x4 - 9X 10 5X3 - 0.0894x2 +0.0061x + 18.085 ;其中:-13 < x < 13 ；
第二曲线 6 满足:y = 6X10 V + 5X10 7X5 - 0.0004x4 - 5X 10 5X3 - 0.0098x2 +0.0006x + 0.0397 ；其中:-10 < x < 10 ；
第三曲线 7 满足:y = 0.0186x2 - 2.579x - 26.72 ;其中:-13 < x < -10 ；
第四曲线 8 满足:y = 0.0109x2 + 2.7759x - 27.983 ;其中:10〈 x〈 13。
[0024]所述的垫片本体I选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体4选取邵氏硬度为30的硅胶。
[0025]垫片本体I的大小、厚度严格参照国家标准选取，本实施例初步选取外径是115mm，内径是70mm，厚度是1mm的垫片本体；每个仿生缓冲单体4的大小相等，缓冲体10的正面最大长与中间对称线长度比是1.44:1，其厚度是5mm，花键轴9的长度是5mm。
【主权项】
1.一种仿生垫片，其特征在于:包括垫片本体(I)和仿生缓冲单体(4)，垫片本体(I)的内圆(2 )和外圆(3 )共轴线，垫片本体(I)上均匀分布花键通槽(11);仿生缓冲单体(4)是由缓冲体(10)和花键轴(9)构成一体式结构，仿生缓冲单体(4)以花键轴(9)插在垫片本体(I)的花键通槽(11)中；若干个仿生缓冲单体(4)在垫片本体(I)的上、下面上成圆形均匀阵列分布，垫片本体(I)上、下面对应的仿生缓冲单体(4)是关于垫片本体(I)厚度中心横截面对称； 每个仿生缓冲单体(4)的缓冲体(10)的横截面轮廓由四条曲线组成，其中的y为纵坐标，X为横坐标:第一曲线(5)满足:y = -3X 10 6X6 + 2X 10 7X5 + 0.0009x4 - 9X 10 5X3 - 0.0894x2 +0.0061x + 18.085 ;其中:-13 < x < 13 ；第二曲线(6)满足:y = 6X10 V + 5X10 7X5 - 0.0004x4 - 5X 10 5X3 - 0.0098x2 +0.0006x + 0.0397 ；其中:-10 < x < 10 ；第三曲线(7)满足:y = 0.0186x2 - 2.579x - 26.72 ;其中:-13 < x < -10 ；第四曲线(8)满足:y = 0.0109x2 + 2.7759x - 27.983 ;其中:10〈 x〈 13 ; 所述的垫片本体(I)选取邵氏硬度为60的硅胶，仿生缓冲单体(4)选取邵氏硬度为30的硅胶。2.根据权利要求1所述的一种仿生垫片，其特征在于:所述仿生缓冲单体(4)的正面最大长与中间对称线长度比是1.44:1。
【专利摘要】本发明公开了一种仿生垫片，包括垫片本体和仿生缓冲单体，垫片本体的内圆和外圆共轴线，垫片本体上均匀分布花键通槽；仿生缓冲单体是由缓冲体和花键轴构成一体式结构，仿生缓冲单体以花键轴插在垫片本体的花键通槽中；仿生缓冲单体在垫片本体的上、下面成圆形均匀阵列分布，垫片本体上、下面对应的仿生缓冲单体是关于垫片本体厚度中心横截面对称，垫片本体的上、下面各有九个仿生缓冲单体。本发明是对平时常用普通垫片和弹簧垫圈结合使用的一种优化，避开了弹性垫圈使用时涨圈、氢脆等问题；在垫片本体双面均匀分布仿生缓冲单体，提高了垫片受压后的复原速度，保证了弹力的均匀性、连续性。
【IPC分类】F16B43/02
【公开号】CN105201998
【申请号】CN201510749891
【发明人】张锐, 韩佃雷, 何远, 马松松, 吉巧丽, 李建桥
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年11月9日