CN106838089A - 一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器 - Google Patents

Abstract

一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器，属于机械工程振动领域。成功解决了现有磁性液体减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用的难题。该装置包括底座(1)、环形永磁体(2)、壳体(3)、螺母(4)、密封圈(5)、垫圈(6)、磁性液体(7)、第一圆形永磁体(8)、端盖(9)、质量块(10)、空腔(11)、第二圆形永磁体(12)、螺栓(13)，磁性液体(7)未完全充满壳体，当外界振动时，非导磁性质量块(10)在壳体(3)内运动，与磁性液体(7)产生摩擦、碰撞和粘性剪切以消耗能量，当质量块(10)选用导体材料时，在其内部产生电涡流，加速消耗振动能量，达到减振目的。

Description

一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器

技术领域

本发明属于机械工程振动领域。

背景技术

磁性液体减振器是一种被动减振器，对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。由于空间飞行器特殊的运行环境，其自身体积、重量和能源受到一定的限制，因此磁性液体减振器非常适合于大型航天器长直物体的低频率、小振幅的减振，如空间站的太阳能帆板、天线等。同时，其在地面上也具有广阔的应用前景，如长达百米的大功率天线的减振，精密天平的减振等。然而现有磁性液体减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，具体问题如下：

最为常见的磁性液体减振器主要采用二阶浮力原理(磁性体自悬浮在磁性液体中)，如对比文献1(公开号CN103122965B的申请专利)所述，近年来采用一阶浮力原理(非导磁性质量块在磁性液体中被动悬浮)的减振器陆续出现，如对比文献2(公开号CN104895983A的申请专利)所述、对比文献3(公开号CN104879412A的申请专利)所述、对比文献4(公开号CN104948627A)所述、对比文献5(CN105240432A)所述、对比文献6(CN104912994A)所述。

对比文献1(公开号为CN103122965B的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括O型橡胶密封圈、壳体、第一环形永久磁铁、楔角垫片、磁性液体、第二环形永久磁铁、端盖。其利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块为环形永磁体，并在壳体内壁粘接沿径向充磁的第一环形永磁体来防止作为质量块的第二环形永磁体的撞壁，但质量块受到来自第二环形磁铁的较大的斥力，运动困难，能量消耗少，减振效率低，不具有实用性。

对比文献2(公开号为CN104895983A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括壳体、第一圆形永磁体、上端盖、磁性液体、质量块、第二圆形永磁体、下端盖等。该专利采用一阶浮力原理，在竖直方向布置两个圆柱永磁体产生磁场，虽然上下带有锥角，但质量块在径向上无有效约束，容易发生径向扰动。而且由于质量块与永磁体之间有壳体相隔，质量块受到的悬浮力较小，可能导致不能悬浮。另外磁性液体充满整个壳体内部，质量块运动困难，减振效率低，因此不具有实用性。

对比文献3(公开号为CN104879412A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器与对比文献2所述的装置结构类似，都是在竖直方向上布置永磁体产生轴对称磁场，且磁性液体充满壳体，仍不能避免质量块径向扰动和运动困难的问题，因此不具有实用性。

对比文献4(公开号CN104948627A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器原理与对比文献2所述装置原理类似，该专利虽在壳体内壁开槽，仍不能解决磁性液体注满后质量块运动困难的问题，因此不具有实用性。

对比文献5(公开号CN105240432A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器采用一阶浮力原理，在壳体外部布置永磁体产生磁场，磁性液体对质量块产生的悬浮力小，磁性液体充满整个壳体，质量块运动困难，因此不具有实用性。

对比文献6(公开号CN104912994A的申请专利)所述的减振器装置，与对比文献5所述装置类似，采用非磁性体作质量块，将永磁体布置在壳体外侧，并安装衔铁以增加磁性液体对质量块的悬浮力，但当在太空中运动时壳体充满磁性液体，质量块运动困难，因此不具有实用性。

因此急需对磁性液体减振器的结构进行重新设计和改进，使其能够在实际工程中得到应用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体减振器由于多种结构缺陷造成质量块难以悬浮、质量块运动困难、减振效率低等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器，包括底座、环形永磁体、壳体、螺母、密封圈、垫圈、磁性液体、第一圆形永磁体、端盖、质量块、空腔、第二圆形永磁体、螺栓。

所述壳体设有内孔，壳体材料为非导磁性材料。

所述第一圆形永磁体和第二圆形永磁体形状和性质相同，均为圆柱状，材料为铷铁硼，轴向方向充磁，直径为壳体内径的1/2～4/5。第一圆形永磁体固定连接在端盖的内端面，并与壳体内孔同轴。第二圆形永磁体固定连接在壳体底部的内端面，并与壳体内孔同轴。第一圆形永磁体和第二圆形永磁体为异极相对，即，第一圆形永磁体与端盖的连接部位为N(S)极，第二圆形永磁体与壳体的连接部位为S(N)极；

所述环形永磁体为圆环状，材料为铷铁硼，其内径与壳体外径相同，套在壳体外侧，间隙配合，环形永磁体高度为壳体深度的1/2～3/4。环形永磁体轴向充磁，不同于现有技术(对比文献1所述装置)的环形永磁体径向充磁。环形永磁体磁极与第一圆形永磁体磁极方向相同，即第一圆形永磁体与端盖连接部位为N(S)，环形永磁体朝向端盖也为N(S)极。第一圆形永磁体、第二圆形永磁体与环形永磁体在壳体中会产生不均匀磁场，在该磁场的作用下，在磁性液体中的非导磁性质量块会受到指向中心的一个体积力，不同于现有技术(对比文献2、3、4所述装置)仅在竖直方向上使用永磁体在上产生磁场，解决了径向扰动的问题。将第一圆形永磁体和第二圆形永磁体分别固定端盖的内端面和壳体底部内端面，壳体底部磁场梯度更大，能够增大磁性液体对质量块的悬浮力，有利于质量块的悬浮，不同于现有技术(对比文献2、3、4、5)将永磁体布置在壳体底部外端面。

所述质量块的形状为圆柱状，材料为非导磁性物质，并优先选用导体材料，硬度小于壳体材料的硬度，其直径为壳体内径的1/2～4/5。

所述垫圈为环形，垫圈材料为非导磁性物质。

所述端盖内端面带有密封槽，端盖材料为非导磁性物质。

所述底座为凹型，材料为非导磁性物质，通过底座和垫圈使环形永磁体轴向定位，并通过调整底座高度和垫圈厚度改变环形永磁体的轴向位置，进而改变减振器内部的磁场分布，影响减振效率。

所述磁性液体不完全注满壳体，注入磁性液体的体积为壳体内部体积的1/10～1/3，磁性液体主要吸附在壳体内磁场最强的区域，即壳体内侧壁及第一圆形永磁体、第二圆形永磁体周围区域，壳体内其余空间形成空腔。避免了现有技术(对比文献5、6)磁性液体注满困难，且注满后，质量块运动困难，对振动响应不灵敏、减振效率低的问题。另外与充满型磁性液体减振器相比，磁场对磁性液体的有效束缚力更强，能够减小避免磁性液体泄漏。

当减振器受外界振动时，质量块在壳体中运动。首先，壳体底部的磁性液体对质量块的运动起支撑润滑作用，当质量块未与壳体内侧壁磁性液体接触时，质量块上下表面与壳体顶部和底部的磁性液体产生摩擦，消耗振动能量。当质量块与侧壁磁性液体接触时，还将产生弹性碰撞和粘性剪切，加速消耗振动能量。另外，当质量块为导体时，质量块在磁场中运动，通过质量块的磁通量发生变化，在质量块内部产生感应电流，即电涡流，将振动能量转化为电能，进而转化为热能耗散，提升减振效率。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

(1)磁性液体未完全充满壳体，壳体中形成空腔，质量块运动更加灵活，对小振幅低频率振动响应灵敏；(2)质量块运动中与壳体内侧壁磁性液体产生弹性碰撞，加快消耗振动能量；(3)质量块采用非导磁性的导体材料时，质量块运动产生电涡流，加速消耗振动能量；(4)第一圆形永磁体、第二圆形永磁体和环形永磁体产生的磁场梯度，使质量块更容易保持在中心，避免偏心问题。(5)第二圆形永磁体固定在壳体底部内端面，增大壳体底部的磁场梯度，更有利于质量块的悬浮。

附图说明

图1一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器；

图1中：底座1、环形永磁体2、壳体3、螺母4、密封圈5、垫圈6、磁性液体7、第一圆形永磁体8、端盖9、质量块10、空腔11、第二圆形永磁体12、螺栓13。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器，如图1，该减振装置包括：底座1、环形永磁体2、壳体3、螺母4、密封圈5、垫圈6、磁性液体7、第一圆形永磁体8、端盖9、质量块10、空腔11、第二圆形永磁体12、螺栓13。构成该装置的各部分之间的连接：

将第二圆形永磁体12与壳体3固定连接在壳体3底部内端面，连接方式可以采用焊接、粘接或螺纹连接等方式；将垫圈6从壳体3底部套入壳体3外侧，继将环形永磁体2从壳体3底部套入，与垫圈6接触，将底座1与壳体3底部外端面相连接，连接方式可以采用焊接、粘接等方式；将第一圆形永磁体8与端盖9固定连接在端盖内端面，连接方式可以采用焊接、粘接或螺纹连接等方式；将质量块10放入壳体3中，向壳体3内注入磁性液体7；将密封圈5放入端盖9的密封槽内，用螺母4和螺栓13将端盖9与壳体3固定。

壳体3、端盖9的材料为非导磁性材料，材料硬度较大。

质量块10的材料为非导磁性材料，并优先选用导体材料，材料密度大于磁性液体的密度，如铜、铝等。

永磁体材料均选用铷铁硼。

该减振器所消减的振动方向为水平方向的振动，该减振器适用的振幅为0.5mm～20mm，频率为0.1～20Hz。

Claims (2)

1.一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器，其特征在于：包括底座(1)、环形永磁体(2)、壳体(3)、螺母(4)、密封圈(5)、垫圈(6)、磁性液体(7)、第一圆形永磁体(8)、端盖(9)、质量块(10)、空腔(11)、第二圆形永磁体(12)、螺栓(13)，所述第一圆形永磁体(8)固定连接在端盖(9)的内端面，所述第二圆形永磁体(12)固定连接在壳体(3)底部的内端面，所述环形永磁体(2)套在壳体(3)外侧，通过底座(1)和垫圈(6)轴向定位；所述壳体(3)设有内孔，其内部装有质量块(10)，所述磁性液体(7)未完全注满壳体(3)；

所述第一圆形永磁体(8)和第二圆形永磁体(12)均为圆柱状，材料为铷铁硼，轴向方向充磁，直径为壳体(3)内径的1/2～4/5，异极相对，即，第一圆形永磁体(8)与端盖(9)的连接部位为N(S)极，第二圆形永磁体(12)与壳体(9)底部的连接部位为S(N)极，且第一圆形永磁体(8)、第二圆形永磁体(12)均与壳体(3)内孔同轴；环形永磁体(2)为圆环状，材料为铷铁硼，内径与壳体(3)外径相同，高度为壳体(3)深度的1/2～3/4，轴向方向充磁；环形永磁体(2)磁极与第一圆形永磁体(8)磁极方向相同，即第一圆形永磁体(8)与端盖(3)连接部位为N(S)，环形永磁体(2)朝向端盖(3)也为N(S)极。

2.根据权利要求1所述的一种未充满型磁性液体一阶浮力原理减振器，其特征在于：

所述磁性液体(7)的体积为壳体(3)内部体积的1/10～1/3；所述质量块(10)的形状为圆柱状，材料为非导磁性物质，其直径为壳体内径的1/2～4/5。