CN101513924B - 船用磁流变弹性体智能吸振器 - Google Patents

船用磁流变弹性体智能吸振器 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种船用磁流变弹性体智能吸振器。其组成包括外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯，外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯共同分布于一同心圆上，外壳体内表面通过粘合剂与磁流变弹性体外表面紧密相连，磁流变弹性体内表面通过粘合剂与内部铁芯粘合成一整体，线圈分四组分别缠绕于内部铁芯上。本发明利用磁流变弹性体磁致剪切刚度随电流变化而变化的特点制备，具有结构简单、吸振效果好、适用频带范围宽(使用频带数赫兹～数十赫兹)、环境适应能力强(耐油污、耐潮湿等)、稳定性好(长期使用后控制效果不降低)等优点。

Description

船用磁流变弹性体智能吸振器
(一)技术领域
本发明的涉及的是一种吸振装置，主要是运用于船舶减振降噪的装置，具体地说是一种基于磁流变弹性体的船用智能吸振器。
(二)背景技术
为减小船舶设备振动的影响，目通常的做法是在舰船设备与船体间安装减振器，或在设备周围设置动力吸振器与设备构成主从振动系统。当采用吸振器进行减振时，只有当设备的激振力频率与吸振器的固有频率相近或相同时，吸振器才能在设备激扰力作用下产生共振，并消耗设备振动的绝大部分能量，从而达到降低振动的目的；当激扰力的频率与吸振器的固有频率相差较大时，吸振器的吸振效果则会迅速下降。由于传统动力吸振器在结构设计时是针对设备的主要振动频率设计的，其项参数一经确定，便无法调整；而设备实际工作时的振动频率实在一定范围内变化的，因此，传统吸振器的频带较窄，影响了其在船舶上的应用。
通过对现有文献检索发现，近年来，已有人利用磁流变弹性体的材料特性来设计吸振器设备，如中国专利申请号为200520076452.4的专利文件中公开的技术方案，利用磁流变弹性体研制的一种移频式吸振器，应用到机械设备的减振。王莲花、龚兴龙等也利用磁流变弹性体材料研制了一种自谐式吸振器。上述两种吸振器都存在结构复杂的缺点，限制了其吸振器的应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、适用频带较宽、共振频率可控的船用磁流变弹性体智能吸振器。
本发明的目的是这样实现的：
其组成包括外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯，外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯共同分布于一同心圆上，外壳体内表面通过粘合剂与磁流变弹性体外表面紧密相连，磁流变弹性体内表面通过粘合剂与内部铁芯粘合成一整体，线圈分四组分别缠绕于内部铁芯上。
本发明还可以包括这样一些特征：
1、外壳体及铁芯结构由顺磁性软铁材料制成。
2、磁流变弹性体采用羰基铁粉及聚氨酯材料按一定比例在磁场条件下制备而成(羰基铁粉所占体积浓度比的30％)。
3、内部铁芯与磁流变弹性体接触面采用扇形连接，如图5(a)所示。内部铁芯包含4个翼，每个翼对应圆心角度为60度，结构连接处采用四分之一圆弧过渡。线圈按统一方式分4组紧密缠绕于铁芯上。
当线圈内部通有电流时，磁流变弹性体、铁芯、外壳结构内部将产生闭合磁路。此时，磁流变弹性体将因内部的附加磁场而变硬，导致磁流变弹性体的剪切模量发生改变。
由于磁流变弹性体具有一定的剪切刚度和阻尼，可视为弹簧、阻尼单元，而铁芯结构可视为振动质量；这样，铁芯与磁流变弹性体紧密相连便构成了一弹簧-振子系统，并具有一定的固有频率。当船用磁流变弹性体智能吸振器受到船用设备的激励时，内部铁芯与磁流变弹性体构成的弹簧-振子系统将随激励力一起运动。当激励力频率与船用磁流变弹性体智能吸振器的固有频率一致或相近时，设备激励能量的绝大部分将被船用磁流变弹性体智能吸振器吸收并耗散掉，从而实现船舶的减振降噪目的。
由于磁流变弹性体的剪切刚度会随电流的改变而改变，因此，船用磁流变弹性体智能吸振器的固有频率也随电流的改变而改变。当设备激励力频率发生改变时，改变电流大小即可改变吸振器的固有频率，从而实现船用磁流变弹性体智能吸振器适用频带宽、吸振频率可变、智能的功能。
本发明利用磁流变弹性体磁致剪切刚度随电流变化而变化的特点制备，具有结构简单、吸振效果好、适用频带范围宽(使用频带数赫兹～数十赫兹)、环境适应能力强(耐油污、耐潮湿等)、稳定性好(长期使用后控制效果不降低)等优点。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的内部磁路示意图；
图3是本发明的立体结构示意图；
图4是本发明的铁芯及线圈结构示意图；
图5是本发明的连接结构示意图；
图6和7是本发明的安装示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-图5，本发明的船用磁流变弹性体智能吸振器的组成包括外壳体1、磁流变弹性体2、电磁线圈组4和内部铁芯3，外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯共同分布于一同心圆上，外壳体内表面通过粘合剂与磁流变弹性体外表面紧密相连，磁流变弹性体内表面通过粘合剂与内部铁芯粘合成一整体，线圈分四组分别缠绕于内部铁芯上。外壳体上带有安装螺栓孔5，内部铁芯上带有螺丝杆5。外壳体及铁芯结构由顺磁性软铁材料制成。磁流变弹性体采用羰基铁粉及聚氨酯材料按一定比例在磁场条件下制备而成(羰基铁粉所占体积浓度比的30％)。内部铁芯包含4个翼，每个翼对应圆心角度为60度，线圈按统一方式分4组紧密缠绕于铁芯的四个翼上。
这里以某舱底泵、小型风机等设备处的船用磁流变弹性体动力吸振器为例说明。首先针对设备正常工作时的振动进行分析，找出设备工作时的振动参数，确定设备振动的主要频段为20Hz~50Hz；根据设备减振性能的要求，并结合吸振器动力吸振的原理，大致确定磁流变弹性体吸振器的阻尼参数、主尺度、线圈的匝数、电流大小；最后，结合舱室环境等因素，最终确定吸振器的主尺度参数如下：吸振器长150mm；外壳体外径200mm，壁厚20mm；弹性体外径为180mm，内径为160mm；电磁线圈绕组总匝数为2000匝，线径φ0.5；电流变化范围为0A～1.5A。
实际安装时，船用磁流变弹性体智能吸振器可通过螺栓固定于设备基座的正下方，或布置于设备基座附近(见附图6、7)，使其与设备构成主从振动系统，从而达到吸振的目的。当设备的振动频率发生改变时，改变线圈电流即可改变吸振器的固有频率，从而使其满足宽频段吸振的功能。

Claims (3)

1.一种船用磁流变弹性体智能吸振器，其组成包括外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯，其特征是：外壳体、磁流变弹性体、电磁线圈组和内部铁芯共同分布于一同心圆上，外壳体内表面通过粘合剂与磁流变弹性体外表面紧密相连，磁流变弹性体内表面通过粘合剂与内部铁芯粘合成一整体，线圈分四组分别缠绕于内部铁芯上；内部铁芯包含4个翼，每个翼对应圆心角度为60度，结构连接处采用四分之一圆弧过渡到磁流变弹性体。
2.根据权利要求1所述的船用磁流变弹性体智能吸振器，其特征是：外壳体及铁芯结构由顺磁性软铁材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的船用磁流变弹性体智能吸振器，其特征是：磁流变弹性体采用羰基铁粉及聚氨酯材料按一定比例在磁场条件下制备而成，羰基铁粉所占体积浓度比的30％。
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