CN105805205B - 一种双板式直线运动电涡流阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双板式直线运动电涡流阻尼器，属于航天器在轨微振动控制技术领域，它包括：中轴、弹簧、安装筒、外筒、第一金属板、永磁体、连接轴、第二金属板、磁屏蔽端盖及磁屏蔽筒；安装筒底部固定在外筒的端部；直线轴承安装在安装筒内；中轴套装在直线轴承内；弹簧套在安装筒外；磁屏蔽筒固定在外筒内，磁屏蔽端盖安装在磁屏蔽筒的开放端；永磁体安装在磁屏蔽筒和磁屏蔽端盖组成的封闭空间内；连接轴穿过永磁体后，连接轴顶端与中轴的末端连接；第一金属板和第二金属板分别固定在连接轴的两端，且分别位于永磁体极化方向的两端；本发明用于航天器在轨微振动的控制，利用电磁感应原理产生阻尼，能够适应空间高真空、热交变等复杂环境。

Description

一种双板式直线运动电涡流阻尼器

技术领域

本发明属于航天器在轨微振动控制技术领域，具体涉及一种双板式直线运动电涡流阻尼器。

背景技术

随着我国航天技术的发展，由星上活动部件如电机、控制力矩陀螺等引起的卫星微振动，将成为影响精密有效载荷实际工作性能的重要因素，如高分辨率对地遥感、观测相机的成像质量等。为了满足精密有效载荷对卫星振动环境的要求，必须设法隔离、抑制微振动的影响。被动振动控制技术又称为阻尼控制技术，是采用阻尼器或阻尼材料，利用阻尼耗能原理消耗结构振动能量的一种技术。这种方式具有可靠性高，易于实现、寿命较长的优点，发展相对成熟。

与地面使用的阻尼器相比，航天器用阻尼器工作环境恶劣，维护不便。因此，阻尼器需要具有高可靠、长寿命，同时能够耐受空间热交变、高真空的环境等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双板式直线运动电涡流阻尼器，用于航天器在轨微振动的控制，利用电磁感应原理产生阻尼，其阻尼特性好、可靠性高，其结构紧凑，能够适应空间高真空、热交变等复杂环境。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种双板式直线运动电涡流阻尼器，包括：上法兰、中轴、弹簧、直线轴承、安装筒、外筒、第一金属板、永磁体、连接轴、第二金属板、下端盖、磁屏蔽端盖及磁屏蔽筒；

所述磁屏蔽筒为一端开放一端封闭的圆筒状结构，其封闭端开有用于穿过中轴和连接轴的通孔；

其连接关系如下：安装筒底部固定在外筒的端部；直线轴承安装在安装筒内；中轴套装在直线轴承内，其顶端与上法兰固接；弹簧套在安装筒外，且弹簧的两端分别与安装筒的底部及上法兰固定连接；

磁屏蔽筒固定在外筒内，磁屏蔽筒的封闭端贴合安装筒底部，磁屏蔽端盖通过下端盖安装在磁屏蔽筒的开放端，将磁屏蔽筒的开放端封闭；永磁体安装在磁屏蔽筒和磁屏蔽端盖组成的封闭空间内，且永磁体在其极化方向两端形成对称分布的空间磁场；

连接轴穿过永磁体后，连接轴顶端与中轴的末端连接；第一金属板和第二金属板分别固定在连接轴的两端，且分别位于永磁体极化方向的两端。

进一步的，还包括：上端盖和轴承垫块；上端盖和轴承垫块分别安装在直线轴承的两端，对直线轴承进行轴向限位。

进一步的，还包括：上缓冲垫和下缓冲垫；上缓冲垫和下缓冲垫分别固定在中轴的两端，其中，上缓冲垫位于上法兰和上端盖之间，下缓冲垫位于安装筒底部与外筒形成的空腔内。

进一步的，所述第一金属板的一端通过连接轴的台阶面轴向限位，另一端通过套装在连接轴上的支撑筒轴向限位，第二金属板的一端通过所述支撑筒轴向限位，另一端通过固定在连接轴末端的压紧螺母轴向固定。

进一步的，所述磁屏蔽筒和磁屏蔽端盖均由磁钢制成。

有益效果：(1)本发明的阻尼器能够对航天相关器件中对振动敏感的组件或其它精密机械结构的微振动进行抑制，具有高磁场利用率、高阻尼力与阻尼器整体质量比值、结构紧凑、稳定性好、可靠性高及使用寿命长的特点；且由于稳定性好，又无需复杂的传动机构，故而几乎不需要保养；与传统的粘性流体阻尼器相比，在工作过程中不需要粘性介质、密封部件，耐真空环境好。

(2)本发明采用永磁体来提供现成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可以实现较大的阻尼比，降低了对航天器功耗的要求，从而避免给航天器系统带来额外的能源负担。

(3)本发明的永磁体的磁场在极化方向两端对称分布，且在永磁体两端均布置第一金属板和第二金属板，提高了永磁体的磁场利用率，进而提高了阻尼系数；与单一金属板的结构方案比较而言，本发明的双涡流板产生了更大的电涡流，进而输出更大的阻尼力，具备较好的阻尼性能。

(4)本发明的弹簧用来调节阻尼器对外输出的刚度；直线轴承降低了阻尼器工作时，轴向运动的摩擦阻力，提升了阻尼器的使用寿命；磁屏蔽端盖和磁屏蔽筒有效的屏蔽了永磁体产生的磁场，防止其影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性。

(5)本发明的零部件均由金属材料制成，与粘弹性橡胶材料的阻尼方式相比，本发明对空间热交变环境不敏感，能够在大范围温度变化的太空环境中使用。

(6)本发明的第一金属板、第二金属板及永磁体组成的阻尼器与现有的粘性流体阻尼器及橡胶阻尼器相比，本发明的阻尼器的物理特性几十年是不会发生大的变化的，因此阻尼系数的时间稳定性很好，可以实现几十年不变，从而保证了这种电涡流耗能阻尼器的最佳减振效果长期保持不变。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明和负载设备连接的安装接口示意图；

图3为本发明和安装底座连接的连接接口示意图；

图4为本发明在航天器上起到减隔振作用的安装状态图示；

图5为本发明的工作原理图。

其中，1-上法兰，2-上缓冲垫，3-上端盖，4-中轴，5-弹簧，6-直线轴承，7-轴承垫块，8-安装筒，9-外筒，10-下缓冲垫，11-第一金属板，12-永磁体，13-连接轴，14-支撑筒，15-第二金属板，16-压紧螺母，17-下端盖，18-磁屏蔽端盖，19-磁屏蔽筒，20-外螺钉，21-内螺钉，22-中轴螺母，23-安装接口，24-连接接口，25-负载设备，26-安装底座。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种双板式直线运动电涡流阻尼器，参见附图1，包括：上法兰1、上缓冲垫2、上端盖3、中轴4、弹簧5、直线轴承6、轴承垫块7、安装筒8、外筒9、下缓冲垫10、第一金属板11、永磁体12、连接轴13、支撑筒14、第二金属板15、压紧螺母16、下端盖17、磁屏蔽端盖18、磁屏蔽筒19、外螺钉20、内螺钉21及中轴螺母22；

参见附图2，所述上法兰1上设有用于与外部负载设备连接的安装接口23；

参见附图3，所述外筒9的底部设有用于与安装底座连接的连接接口24；

所述安装筒8由安装法兰及筒体组成；

所述磁屏蔽筒19为一端开放一端封闭的圆筒状结构，其封闭端开有用于穿过中轴4和连接轴13的通孔；

所述磁屏蔽筒19和磁屏蔽端盖18均由磁钢制成；

所述上法兰1、上端盖3、中轴4、弹簧5、直线轴承6、轴承垫块7、安装筒8、外筒9、第一金属板11、连接轴13、支撑筒14、第二金属板15及下端盖17均由金属制成；

其连接关系如下：安装筒8底部的安装法兰通过外螺钉20固定在外筒9上端的端面；直线轴承6同轴安装在安装筒8的筒体内，且直线轴承6的两端分别通过轴承垫块7和上端盖3进行轴向限位，其中，上端盖3位于直线轴承6的顶端，轴承垫块7位于直线轴承6的末端；中轴4套装在直线轴承6的内部，其顶端通过中轴螺母22固定在上法兰1上；弹簧5套在安装筒8的筒体外，且弹簧5的两端分别通过内螺钉21与安装筒8的安装法兰及上法兰1固定连接；上缓冲垫2和下缓冲垫10分别固定在中轴4的两端，其中，上缓冲垫2位于上法兰1和上端盖3之间，下缓冲垫10位于安装筒8的安装法兰与外筒9形成的空腔内；当中轴4相对于直线轴承6进行向下的轴向运动时，通过上缓冲垫2抵触在上端盖3进行轴向限位，并起到缓冲并保护阻尼器内部运动部件的作用，当中轴4相对于直线轴承6进行向上的轴向运动时，通过下缓冲垫10抵触在安装筒8的安装法兰进行轴向限位，并起到缓冲并保护阻尼器内部运动部件的作用；

磁屏蔽筒19固定在外筒9内，磁屏蔽筒19的封闭端贴合安装筒8的安装法兰，磁屏蔽端盖18通过下端盖17安装在磁屏蔽筒19的开放端，将磁屏蔽筒19的开放端封闭；永磁体12安装在磁屏蔽筒19和磁屏蔽端盖18组成的封闭空间内，且永磁体12两端距离所述封闭空间两端的距离一致，使永磁体12在其极化方向两端形成对称分布的空间磁场；

连接轴13穿过永磁体12后，连接轴13顶端与中轴4的末端连接；第一金属板11和第二金属板15分别固定在连接轴13的两端，且分别位于永磁体12沿其极化方向的两端；其中，第一金属板11的一端通过连接轴13的台阶面轴向限位，另一端通过套装在连接轴13外的支撑筒14轴向限位，第二金属板15的一端通过所述支撑筒14轴向限位，另一端通过固定在连接轴13末端的压紧螺母16轴向固定。

工作原理：参见附图4，所述阻尼器的一端通过上法兰1的安装接口23与外部的负载设备25连接，另一端通过外筒9的连接接口24与安装底座26连接；且可以通过多台所述阻尼器将外部的负载设备安装在安装底座上；

参见附图5，外界的振动载荷通过安装底座传入时，在沿阻尼器轴向的振动载荷作用下，将使得负载设备相对于安装底座发生轴向往复振动，从而带动阻尼器内的上法兰1相对于外筒9沿轴向往复运动，进而将驱动弹簧5往复运动产生阻尼器输出的刚度，驱动第一金属板11和第二金属板15相对于与永磁体12进行轴向往复运动，切割永磁体12产生的磁场，于是在第一金属板11和第二金属板15表面产生了涡电流，磁场便会对载流的第一金属板11和第二金属板15产生力的作用，阻止第一金属板11和第二金属板15的运动，即产生了阻尼力；第一金属板11和第二金属板15内产生的涡电流以热能的形式通过阻尼器耗散到周围的介质中；于是阻尼器不断地将振源传过来的动能转化为第一金属板11和第二金属板15中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的；

其中，通过调整弹簧5的片簧厚度、间隔距离等可以调整阻尼器输出的刚度；调整永磁体12厚度和磁密度、第一金属板11和第二金属板15厚度可以调整阻尼器输出的阻尼；根据负载设备重量、振动输入大小和频率等设计合适的阻尼器输出刚度和阻尼，就可以起到减隔振的效果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双板式直线运动电涡流阻尼器，其特征在于，包括：上法兰(1)、中轴(4)、弹簧(5)、直线轴承(6)、安装筒(8)、外筒(9)、第一金属板(11)、永磁体(12)、连接轴(13)、第二金属板(15)、下端盖(17)、磁屏蔽端盖(18)及磁屏蔽筒(19)；

所述磁屏蔽筒(19)为一端开放一端封闭的圆筒状结构，其封闭端开有用于穿过中轴(4)和连接轴(13)的通孔；

其连接关系如下：安装筒(8)底部固定在外筒(9)的端部；直线轴承(6)安装在安装筒(8)内；中轴(4)套装在直线轴承(6)内，其顶端与上法兰(1)固接；弹簧(5)套在安装筒(8)外，且弹簧(5)的两端分别与安装筒(8)的底部及上法兰(1)固定连接；

磁屏蔽筒(19)固定在外筒(9)内，磁屏蔽筒(19)的封闭端贴合安装筒(8)底部，磁屏蔽端盖(18)通过下端盖(17)安装在磁屏蔽筒(19)的开放端，将磁屏蔽筒(19)的开放端封闭；永磁体(12)安装在磁屏蔽筒(19)和磁屏蔽端盖(18)组成的封闭空间内，且永磁体(12)在其极化方向两端形成对称分布的空间磁场；

连接轴(13)穿过永磁体(12)后，连接轴(13)顶端与中轴(4)的末端连接；第一金属板(11)和第二金属板(15)分别固定在连接轴(13)的两端，且分别位于永磁体(12)极化方向的两端。

2.如权利要求1所述的一种双板式直线运动电涡流阻尼器，其特征在于，还包括：上端盖(3)和轴承垫块(7)；

上端盖(3)和轴承垫块(7)分别安装在直线轴承(6)的两端，对直线轴承(6)进行轴向限位。

3.如权利要求2所述的一种双板式直线运动电涡流阻尼器，其特征在于，还包括：上缓冲垫(2)和下缓冲垫(10)；

上缓冲垫(2)和下缓冲垫(10)分别固定在中轴(4)的两端，其中，上缓冲垫(2)位于上法兰(1)和上端盖(3)之间，下缓冲垫(10)位于安装筒(8)底部与外筒(9)形成的空腔内。

4.如权利要求1所述的一种双板式直线运动电涡流阻尼器，其特征在于，所述第一金属板(11)的一端通过连接轴(13)的台阶面轴向限位，另一端通过套装在连接轴(13)上的支撑筒(14)轴向限位，第二金属板(15)的一端通过所述支撑筒(14)轴向限位，另一端通过固定在连接轴(13)末端的压紧螺母(16)轴向固定。

5.如权利要求1所述的一种双板式直线运动电涡流阻尼器，其特征在于，所述磁屏蔽筒(19)和磁屏蔽端盖(18)均由磁钢制成。