[发明专利]一种一维展开机构与吸能材料复合作用的碰撞缓冲吸能装置

说明书

本发明提供了一种一维展开机构与吸能材料复合作用的碰撞缓冲吸能装置。该碰撞缓冲吸能装置包括一维展开机构和吸能材料，吸能材料设置在一维展开机构内部，与机构的上下平台相固连，不干涉机构的运动。一维展开机构的下平台固定，上平台收到碰撞的挤压作用发生运动，同时压缩吸能材料，吸能材料在压溃过程中吸收碰撞能量，从而缓冲碰撞冲击。吸能材料的类型和一维展开机构的构型都可以根据工作需要具体选择。一维展开机构抵抗斜向碰撞的刚度远超过吸能材料，从而在碰撞发生时，提高装置抵御斜向碰撞的能力，加强装置抵抗轴向失稳的能力。

技术领域

本发明隶属于机械设备技术领域，涉及一种由一维展开机构和吸能材料复合构造的碰撞缓冲吸能装置，可用于轨道交通、汽车、航空航天等领域需要吸能碰撞能量的场合。

背景技术

随着经济技术的发展，各种机械设备，如轨道列车、汽车的速度越来越快，由此导致的碰撞后果极为严重，引起了人们对碰撞能量被动吸收装置的兴趣。除此之外，行星探测着陆器软着陆过程、直升机失事坠落等，都需要吸收碰撞过程产生的能量。针对这些应用需求，人们设计了各种碰撞能量吸收装置，如铝蜂窝、波纹管等。

传统碰撞能量吸收装置采用材料的变形来吸收碰撞能量，存在一些难以解决的问题，如材料纵向刚度低，碰撞行程过长时材料容易失稳；只能吸收正面碰撞的能量，对斜碰的缓冲效果不佳等。为了解决这些问题，除了改善材料本身性能外，还可以考虑其它角度。

一维可展开机构由连杆和运动副构成，可以实现一维方向的伸展和收拢，具有刚度高、精度好、重复折展精度高、可靠性高等优点，如今已广泛应用于空间伸展臂、空间可展桁架、卫星可展天线等领域。将一维可展开机构和吸能材料结合在一起，在纵向的碰撞方向，可展开机构可以提供较高的刚度，承担斜向受力，而吸能材料在机构收拢过程中吸收碰撞能量，两者相结合，可以克服单纯采用材料吸收碰撞能量的缺陷。本设计可以用于轨道列车、汽车碰撞时的能量吸收，或行星探测器软着陆过程中碰撞能量的吸收。

发明内容

本发明提供一种由一维展开机构和吸能材料复合作用的新型碰撞缓冲吸能装置，它由一维展开机构和铝蜂窝、波纹管、泡沫铝、玻璃钢等吸能材料组合而成，其中吸能材料布置在一维展开机构内部，碰撞时，一维展开机构收拢，吸能材料被压缩，压缩过程中吸收碰撞能量。一维展开机构可以叠加，通过叠加增加装置长度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种一维展开机构和吸能材料复合作用的碰撞缓冲吸能装置，其结构特征如图1所示，所述的吸能材料铝蜂窝安装在一维展开机构内部，与一维展开机构的上下平台相连，并与一维展开机构的运动互不冲突。装置工作过程如图3所示，工作时，装置下平台固定在被碰撞物体上，当其它物体碰撞上平台时，上平台受压收缩，同时压缩装置中的铝蜂窝等吸能材料，吸能材料和一维展开机构同步运动，吸能材料在受压变形过程中吸收碰撞能量，缓冲碰撞，保护被碰撞物体。

所述碰撞缓冲吸能装置可以组合在一起，如图4所示。多个缓冲吸能装置的上下平台相连并固定在一起，最下一个装置的下平台固定在被碰撞的物体上，最上一个装置的上平台与其他物体碰撞。通过多个装置的连接，延长装置的缓冲吸能距离，克服单个装置吸能材料作用距离有限的缺点。

所述的一维展开机构，如图2所示。一维展开机构由上平台、下平台、支链组成。所述一维展开机构在工作过程中，下平台固定，上平台在支链约束下只能上下往复移动，所以称为一维展开机构。

所述一维展开机构的支链由两个连杆组成，每个连杆两端具有转动副，同一支链中转动副的轴线平行，不同支链的转动副轴线方向不同，支链上杆一端通过转动副与上平台相连，一端通过转动副与下杆相连，支链下杆一端通过转动副与下平台相连。