CN107061597A - 一种磁流变液阻尼隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种剪切模式的磁流变液阻尼器和磁流变液构成的阻抗周期分布的磁流变液阻尼隔振器。本发明包括磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器，磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器由法兰连接，在连接处有密封圈密封；该磁流变液阻尼器包括工作缸、活塞组件和蓄能器三部分；工作缸包括缸筒、上封盖和活塞组件；活塞组件包括空心活塞杆、安装在活塞杆端部的活塞头、同轴装在空心活塞杆上的活塞导向器、磁芯。在不加电流作用下或控制系统故障时，磁流变液阻尼隔振器变成传统的阻尼器，同样具有一定的阻尼力可起到减振作用。多层电磁铁布置构成声子晶体结构，引入声子晶体结构，可实现对中低频段弹性波振动的阻隔。

Description

一种磁流变液阻尼隔振器

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种剪切模式的磁流变液阻尼器和磁流变液构成的阻抗周期分布的磁流变液阻尼隔振器。

背景技术

振动会引起一系列问题，比如振动引起机械零部件的疲劳损坏、松脱断裂失效、直接或间接造成设备事故。鉴于此在航天航空、军工枪炮、汽车等行业中已使用各种各样的隔振器来减振消能。

磁流变液是一种在磁场作用下能够快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高黏度、低流动性的Bingham弹塑性体的智能材料。磁流变液能够随着外部磁场的变化快速地改变自身状态(响应时间短)，能耗较小，能够输出较大的阻尼力。磁流变液材料随着磁场变化而改变自身物理特性时，不仅可以改变阻尼、弹性模量，还能够改变对弹性波的阻抗，这引起了相关学者的兴趣，将其应用到可调节的声子晶体结构中构成磁流变液隔振器。

声子晶体的研究为振动控制领域提供新的思路，近几年随着流变智能材料的快速发展，推动了周期结构在振动控制技术中的应用。声子晶体是由两种或两种以上弹性材料组成，具有弹性波禁带特性的周期性复合结构。弹性波在此周期性复合结构中传播时形成能带结构，能带之间波无法传播的频率范围称为带隙。在带隙频率范围内，弹性波将会被抑制。声子晶体的禁带由材料的弹性模量、填充率及晶格决定，因此其有很强的设计性。虽然声子晶体具有较强的可设计性，但是一旦参数确定后带隙也就固定了，材料无法随着振动信号的变化作出响应。因此，研究人员开始关注含有智能材料的可控声子晶体，用流变材料替代不可调的弹性体，使声子晶体中的一部分弹性体可控，则可通过外部电磁场控制声子晶体的带隙。

尽管现有的减振降噪结构多种多样，然而，要不只利用磁流变液的阻尼特性研制磁流变液阻尼器，要不只利用声子晶体带隙特性研究振动能量耗散，目前还很少有结合磁流变液的阻尼、刚度可控特性和声子晶体的带隙能量耗散特性所设计的磁流变液阻尼隔振器。

发明内容

本发明的目的在于根据已有的磁流变液阻尼器的基础上引入声子晶体结构，利用磁流变液剪切阻尼力和周期结构具有弹性波带隙的特点，为需要更高减振降噪要求的精密仪器提出一种磁流变液阻尼隔振器。

本发明的目的是这样实现的：

一种磁流变液阻尼隔振器，包括磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器，磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器由法兰连接，在连接处有密封圈密封；该磁流变液阻尼器包括工作缸、活塞组件和蓄能器三部分；工作缸包括缸筒、上封盖和活塞组件；活塞组件包括空心活塞杆、安装在活塞杆端部的活塞头、同轴装在空心活塞杆上的活塞导向器、磁芯；磁芯为若干个工字形盘状结构，在磁芯工字形盘状结构的凹槽处均匀缠绕着励磁线圈，相邻线圈之间的绕线方向相反，防止相邻磁场相互抵消；磁芯和活塞导向器之间布置绝缘垫片，以免影响磁场分布；活塞导向器的外缘和缸筒内壁密闭接合，整个活塞导向器由锁紧垫片和支撑环固定，而且活塞导向器内部开有数个流通孔，当活塞杆运动时起到导流作用；在缸筒外部开有小孔与外部蓄能器连接，蓄能器内部装有滑动活塞，滑动活塞将蓄能器腔体分为上、下腔体，上腔体内装有弹簧。

所述的磁流变液隔振器包括工作缸、外部电磁铁组两部分；工作缸外壁设计有若干凸肩；外部电磁铁组由若干单片电磁铁构成，电磁铁由螺线管线圈和导磁体构成，且电磁铁内侧设计有凹槽，与工作缸外壁凸肩配合安装，起到固定电磁铁作用。

所述的磁流变液阻尼器缸筒采用导磁率高的低碳钢材料做成，下部分磁流变液隔振器缸筒采用导磁率低的铝材料做成；工作时上下缸体内充满磁流变液；空心活塞杆外端设置有连接被控对象的主体或承接载体的装置。

本发明的有益效果是：

在不加电流作用下或控制系统故障时，磁流变液阻尼隔振器变成传统的阻尼器，同样具有一定的阻尼力可起到减振作用。多层电磁铁布置构成声子晶体结构，引入声子晶体结构，可实现对中低频段弹性波振动的阻隔，而且通过外加磁场可以调节弹性波带隙范围，从而将磁流变液阻尼器减振之余的弹性波耗散在周期结构中。本磁流变液阻尼隔振器不仅从磁流变液剪切阻尼力角度减振，利用磁流变液在磁场作用下产生流变特性，其阻尼力可以在毫秒级时间里瞬间增大，阻碍活塞运动起到减振效果；还利用声子晶体周期结构对弹性波具有带隙的特点对振动能量进行耗散，将某一频段的弹性波耗散在“黑洞”里，同样起到减振降噪效果。可以将这种新的耦合结构用于精密仪器减振或潜艇的声隐等对减振降噪要求高的场合。阻尼器采用外置蓄能器，以缩短阻尼器长度，可用于船舶等内部狭小空间。

附图说明

图1是磁流变液阻尼隔振器的结构示意图；

图2是外置电磁铁结构俯视图；

图3是励磁线圈两端加载电流时内部形成的工作磁路示意图。

具体实施方式

一种基于磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器耦合作用的新型可控阻尼隔振器，所述的磁流变液阻尼隔振器包括工作缸、活塞组件、蓄能，电磁铁组。活塞组件包括空心活塞杆、同轴装在空心活塞杆上的活塞导向器，电磁铁芯及活塞头，活塞头与空心活塞杆固定连结；上工作缸包括缸筒、上封盖；缸筒内充满磁流变液，电磁铁芯为数个工字形盘状结构，在磁芯工字形盘状结构的凹槽处均匀缠绕着励磁线圈，相邻线圈之间的绕线方向相反，防止磁场抵消，磁芯与活塞导向器之间有绝缘垫片；活塞导向器内部开有数个流通孔，活塞导向器由锁紧垫片固定；上缸筒侧边开孔与外部蓄能器相连，蓄能器内部装有滑动活塞，滑动活塞将蓄能器腔体分为上下腔体两部分，上腔体内装有弹簧；下缸筒外部设计成带有多对凸肩结构，凸肩与电磁铁凹槽配合安装；下工作腔外部布置了多层电磁铁，构成电磁铁组，每个电磁铁纵向间隔相等距离(间隔距离等于电磁铁厚度)布置；上缸筒、磁芯和电磁铁组为磁导率高的材料做成；下缸筒为不导磁的铝材料；

本磁流变液阻尼隔振器的上工作腔励磁线圈的引出线由空心活塞杆引出，励磁线圈外有非导磁线圈保护套(即绝缘封胶)，使磁力线通过由缸筒和磁芯组成的阻尼通道。活塞的连接杆固定有活塞导向器，活塞导向器外圆安装有支撑环，以确保活塞平稳运动以及阻尼通道的均匀。活塞导向器内部设计均匀分布的磁流变液流通孔，在流通孔通道入口处为圆角，以减少磁流变液在通道中的紊流现象。磁芯和电磁铁组上缠绕的励磁线圈数量根据需要设计。

工作缸外部设计的蓄能器目的是缩短阻尼隔振器的长度。蓄能器上工作腔装有弹簧，蓄能器的作用是在阻尼器压缩过程中，对负载质量起到缓冲作用和对阻尼器体积补偿作用。

磁流变液阻尼隔振器的控制部分由加速度传感器、控制器、直流稳压电源构成，可实现根据外界的振动自动调节各励磁线圈通入电流大小，使得磁流变液阻尼隔振器具有自适应性。

下面参照图1、图3进一步描述磁流变液阻尼隔振器。

图中序号代表的零件名称：

1吊环连接装置；2绝缘封胶；3密封圈；4上缸筒；5导流口；6支撑环；7绝缘封胶；8励磁线圈；9弹簧；10蓄能器；11滑动活塞；12螺栓连接密封圈；13下缸筒；14引导线；15空心活塞杆；16上封盖；17锁紧垫片；18活塞导向器；19绝缘垫片；20磁芯；21活塞头；22上工作腔；23电磁铁组；24下工作腔；25螺线管线圈；26振动信号；27控制器；28直流稳压电源。

图1是磁流变液阻尼隔振器的结构示意图。一种基于磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器耦合作用的新型可控阻尼隔振器，其特征在于：所述的磁流变液阻尼隔振器由上、下工作腔及外部控制系统三部分组成。上工作腔包括活塞组件、外部蓄能器和磁芯组件；下工作腔由外部电磁铁组构成；外部控制系统部分包括传感器、控制器、直流电源。

当活塞杆上下运动时，外部传感器将检测到的加速度信号传给控制器，控制器经过振动分析，按照所需要的减振需求产生控制信号，并将控制信号传递到直流稳压电源上，直流稳压电源根据控制信号分别决定施加到上工作腔的磁芯线圈和下工作腔外部电磁极组线圈的电流大小，进而上工作腔中的磁流变液受磁场作用产生流变效应，其阻尼力瞬时大幅增加，阻碍活塞杆运动，一部分磁流变液通过上阻尼孔流出，另一部分磁流变液经过下阻尼孔流入外部蓄能器，同时下工作腔中的磁流变液也受磁场作用产生流变效应，产生周期阻抗，进一步将振动产生的弹性波耗散在周期阻抗结构中，该磁流变阻尼隔振器不仅从阻尼力角度减振，还通过周期阻抗结构阻碍弹性波的传播，从而达到高精密结构所要求的减振降噪要求。

图3是磁流变液阻尼隔振器中的励磁线圈两端加载电流时内部形成的工作磁路示意图。当励磁线圈通入电流时，磁场经过磁芯、空心活塞杆和缸筒之间的空隙、缸筒三者形成闭合磁回路，空隙中的磁力线垂直与缸筒，使得该部分磁流变液为剪切式流动；螺线管线圈25通入电流时，磁场沿着导磁体穿过下工作腔，多片电磁铁组使得下工作腔中的磁流变液产生周期的阻抗，即液体-类固体-液体，模拟声子晶体结构，从而形成弹性波带隙，起到隔振的作用。

Claims (3)

1.一种磁流变液阻尼隔振器，其特征在于，包括磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器，磁流变液阻尼器和磁流变液隔振器由法兰连接，在连接处有密封圈密封；该磁流变液阻尼器包括工作缸、活塞组件和蓄能器三部分；工作缸包括缸筒、上封盖和活塞组件；活塞组件包括空心活塞杆、安装在活塞杆端部的活塞头、同轴装在空心活塞杆上的活塞导向器、磁芯；磁芯为若干个工字形盘状结构，在磁芯工字形盘状结构的凹槽处均匀缠绕着励磁线圈，相邻线圈之间的绕线方向相反，防止相邻磁场相互抵消；磁芯和活塞导向器之间布置绝缘垫片，以免影响磁场分布；活塞导向器的外缘和缸筒内壁密闭接合，整个活塞导向器由锁紧垫片和支撑环固定，而且活塞导向器内部开有数个流通孔，当活塞杆运动时起到导流作用；在缸筒外部开有小孔与外部蓄能器连接，蓄能器内部装有滑动活塞，滑动活塞将蓄能器腔体分为上、下腔体，上腔体内装有弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种磁流变液阻尼隔振器，其特征在于：所述的磁流变液隔振器包括工作缸、外部电磁铁组两部分；工作缸外壁设计有若干凸肩；外部电磁铁组由若干单片电磁铁构成，电磁铁由螺线管线圈和导磁体构成，且电磁铁内侧设计有凹槽，与工作缸外壁凸肩配合安装，起到固定电磁铁作用。

3.根据权利要求1或2所述的一种磁流变液阻尼隔振器，其特征在于：所述的磁流变液阻尼器缸筒采用导磁率高的低碳钢材料做成，下部分磁流变液隔振器缸筒采用导磁率低的铝材料做成；工作时上下缸体内充满磁流变液；空心活塞杆外端设置有连接被控对象的主体或承接载体的装置。