CN110159689B - 一种磁场可控的颗粒阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场可控的颗粒阻尼器，包括活塞杆、活塞、线圈、缸筒、端盖、垫片、软磁颗粒。阻尼器活塞与活塞杆以及下端盖与缸筒采用螺纹连接，软磁颗粒经过润滑后填充在阻尼器内部，垫片可以防止活塞与缸筒发生刚性碰撞，在外界振动的作用下，活塞杆带动活塞做往复移动，使得软磁颗粒阻尼通道内部运动，产生碰撞、挤压、摩擦，从而提供减振耗能的作用，在活塞部位设置有多级线圈，当线圈外加电流不同时，会产生不同强度的磁场，而对应磁场区域的磁性颗粒会形成不同的链状结构，产生不同的阻尼力，因此通过调节外加电流即可对缓冲器进行相应的控制，获取理想的减振效果。

Description

一种磁场可控的颗粒阻尼器

技术领域

本发明涉及结构振动控制技术领域。

背景技术

近年来，结构振动控制技术在机械、建筑、医疗等行业中得到迅猛发展，目前已经成为热门研究领域。结构振动被动控制技术因其结构简单、造价低、能耗低等优点得到广泛应用，然而却存在适应性差的问题。近年来兴起的磁流变半主动控制减振技术虽然在一定程度上解决了适应性差的问题，但又带来了材料沉降、密封性效果不理想，不耐辐射等新的问题。

发明内容

本发明的目的解决现有技术中的问题，是提供一种磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：包括至少一根活塞杆，以及活塞、励磁线圈、缸筒和软磁颗粒。

所述活塞位于缸筒内部。所述缸筒内壁与活塞之间具有间隙。

所述活塞的一端或者两端连接活塞杆。活塞杆的一端与活塞连接、另一端穿出缸筒。

所述励磁线圈缠绕在活塞上。所述线圈通电后产生磁场。

所述缸筒的内部空间填充若干软磁颗粒。

进一步，具有n个励磁线圈，n≥2。

进一步，所述励磁线圈环绕活塞的运动方向。

进一步，所述活塞是回转体。所述缸筒内部是回转体状空腔。所述回转体与回转体状空腔的腔壁保持间隙。

进一步，所述活塞的侧壁具有n个环形凹槽。所述环形凹槽内部容纳励磁线圈。

进一步，所述活塞的两端是圆台状。所述活塞杆连接在圆台的小端。

进一步，还包括端盖。所述缸筒是一个中空的容器，其一端具有敞口。所述敞口被可拆卸的端盖封堵。

进一步，还包括至少一块柔性垫片。所述活塞杆从通孔中穿出缸筒。所述垫片贴在所述通孔周围。所述垫片具有一个直径小于活塞杆的中心孔。所述活塞杆穿过所述中心孔。

进一步，所述缸筒和/或端盖上具有供活塞杆穿出缸筒的通孔。

进一步，所述软磁颗粒为球状或椭球状颗粒。

进一步，缸筒、下端盖由不锈钢材料制成，活塞杆采用45号钢，活塞采用电工纯铁，垫片采用防辐射橡胶。

进一步，软磁颗粒采用纯铁、低碳钢、镍铁合金等软磁材料制成。

进一步，所述活塞的柱体部分与缸筒内壁之间的最小间隙为L。软磁颗粒为采用纯铁、低碳钢、镍铁合金等软磁材料制成的球状或椭球状颗粒，颗粒直径在d(椭球以大径为准)在1～10mm范围内，L＝3d～8d。

值得说明的是，本发明采用的双出杆活塞式结构，在活塞处设置平行的多级线圈，内部填充经过润滑的软磁颗粒，在外界振动作用下，活塞杆带动活塞做往复运动，通过颗粒与颗粒以及颗粒与阻尼器内壁的碰撞、挤压、摩擦产生减振耗能的作用，与此同时，通过调节线圈外加电流，控制磁场强度，获取最佳减振吸能效果

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用了线圈，特别是多级线圈，实现了磁场可控性，使得阻尼器具有自适应能力；

2.本发明采用软磁颗粒作为填充，不需要添加载体液，因此解决了阻尼器材料沉降以及密封性能差的问题；

3.本发明使用软磁颗粒作为填充〔亦可增加具有抗辐射功能的非液体润滑剂〕、采用防辐射橡胶垫片、以及其余均为金属的元件，大大提高了阻尼器的耐辐射性。

附图说明

图1为本发明一种磁场可控的颗粒阻尼器主视图；

图2为本发明一种磁场可控的颗粒阻尼器活塞主视图；

图3为缸筒示意图；

图4为端盖示意图；

图5为工作示意图。

图中：活塞杆(1)、活塞(2)、圆台状结构(201)、环形凹槽(202)、柱体(203)、励磁线圈(3)、缸筒(4)、通孔I(401)、敞口(402)、端盖(5)、通孔II(501)、垫片(6)、软磁颗粒(7)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：包括两根活塞杆1，以及活塞2、励磁线圈3、缸筒4、端盖5、柔性垫片6和软磁颗粒7。

所述活塞2位于缸筒4内部。所述缸筒4内部是回转体状空腔〔近似中空圆柱体〕。所述缸筒4一端具有敞口、另一端具有通孔I401。所述敞口402被可拆卸的端盖5封堵。所述端盖5通过螺纹与缸筒4连接。所述端盖5具有一个与缸筒4一样的通孔II501。上述的通孔I401和通孔II501同轴。

所述活塞2是一个回转体，其两端是圆台状结构201，其中部是加工了两个环形凹槽202的柱体203。

所述活塞2能够在缸筒4内部自由地沿着直线运动。其运动方向为缸筒4的轴线。所述活塞2的柱体203部分与缸筒4内壁之间的最小间隙〔环形凹槽202两侧的实体部分〕为L。

所述活塞2的两端分别连接一个活塞杆1。所述活塞杆1的一端活塞2连接、另一端穿出缸筒4。两个所述活塞杆1分别从通孔I401和通孔II501中穿出缸筒4。通孔I401和通孔II501周围贴有柔性垫片6。所述柔性垫片6具有一个直径小于活塞杆1的中心孔。所述活塞杆1穿过所述中心孔。

所述活塞杆1与活塞2连接处是圆台状结构201的小端，可以通过在螺纹连接，例如在圆台状结构201的小端加工出螺纹孔，并将活塞杆1一端的螺纹头旋入螺纹孔。

所述励磁线圈3具有两个，均缠绕在活塞2上的环形凹槽内。所述励磁线圈3环绕活塞2的运动方向。所述线圈3通电后产生磁场。

所述缸筒4的内部空间填充若干软磁颗粒7。所述软磁颗粒7为球状或椭球状颗粒。软磁颗粒7为球状颗粒，颗粒直径在d在1～10mm范围内，L＝5d。

在材料选择上，软磁颗粒7采用镍铁合金软磁材料制成。选择具有抗辐射功能的非液体润滑剂对软磁颗粒7进行润滑(复合锂基润滑脂)。缸筒4、下端盖5由不锈钢材料制成，活塞杆1采用45号钢，活塞2采用电工纯铁。所述柔性垫片6可以采用现有的耐辐照高分子材料〔如耐辐射橡胶〕制成。上述设计使得阻尼器具有耐辐射性，即使得阻尼器可以在辐射环境中使用时，几乎不受到辐射影响。

使用时，装置两端的活塞杆1分别连接两个外部构件。

工作时，在外界振动作用下，两个外部构件发生相对位移，活塞杆1带动活塞2做往复运动。此时，软磁颗粒在阻尼器通道〔间隙〕内部流动，颗粒之间，以及颗粒与阻尼器内壁之间的碰撞、挤压、摩擦产生减振耗能的作用。

实施例中，可以在活塞杆1和活塞2内部设置通道(孔洞)，供两个励磁线圈3的导线引出。工作时，可以根据实际情况给两个励磁线圈3通电。通过改变外加电流的大小调节磁场强度，从而控制磁场区域软磁颗粒的排列情况，获取不同大小的阻尼力，满足不同的减振需求。

具体地：

一个励磁线圈3通电后，会使得阻尼通道〔间隙〕中的软磁颗粒7沿着磁感线排列，使得其流经通道磁场有效区产生的阻尼力明显增加。

由于两个励磁线圈3通同向电流后，在阻尼通道处产生相反方向的磁感线，使得阻尼通道有效区磁场强度近乎为零。两个励磁线圈3通反向电流后，在阻尼通道有效区处产生相同方向的磁感线，磁场强度为两者叠加之和，在相邻线圈通反向电流，以增加阻尼力。

实施例2：

本实施例提供一种较为基础的实现方式，即一种磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：包括至少一根活塞杆1，以及活塞2、励磁线圈3、缸筒4和软磁颗粒7。

所述活塞2位于缸筒4内部。所述缸筒4内壁与活塞2之间具有间隙。

所述活塞2的一端或者两端连接活塞杆1。活塞杆1的一端与活塞2连接、另一端穿出缸筒4。

所述励磁线圈3缠绕在活塞2上。所述线圈3通电后产生磁场。

所述缸筒4的内部空间填充若干软磁颗粒7。

本实施例将传统磁流变阻尼器中的磁流变液替换为软磁颗粒，因此无需考虑材料的沉降问题。励磁线圈实现了磁场可控性。在外界振动作用下，活塞杆带动活塞往复运动，对磁性颗粒产生挤压，使得磁性颗粒在阻尼通道〔间隙〕中流动，通过颗粒与颗粒、颗粒与壁面的碰撞、挤压、摩擦，达到减振耗能的作用，通过调节外加电流的大小控制磁场强度，实现减震效果最优化。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，进一步，具有两个励磁线圈3。即采用多级励磁线圈(线圈级数n≥2)，实现了磁场可控性的同时，也增加有效工作区域长度。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述励磁线圈3环绕活塞2的运动方向。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例4，进一步，所述活塞2是回转体。所述缸筒4内部是回转体状空腔。所述回转体与回转体状空腔的腔壁保持间隙。

实施例6：

本实施例主要结构同实施例5，进一步，所述活塞2的侧壁具有n个环形凹槽。所述环形凹槽内部容纳励磁线圈3。

实施例7：

本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述活塞2的两端是圆台状。所述活塞杆1连接在圆台的小端。活塞两端形成锥面结构，相比圆柱形结构可以增加软磁颗粒在缸筒内部的流动性。

实施例8：

本实施例主要结构同实施例7，进一步，还包括端盖5。所述缸筒4是一个中空的容器，其一端具有敞口。所述敞口被可拆卸的端盖5封堵。

本实施例中，由于将传统磁流变阻尼器中的磁流变液替换为软磁颗粒〔可经过润滑作用〕，使用的软磁颗粒的粒径较大，因此，无需对阻尼器的密封性多加考虑。

实施例9：

本实施例主要结构同实施例8，进一步，阻尼器两端设置防辐射橡胶材料制成的垫片6，防止活塞与缸筒以及端盖发生刚性碰撞，若在无明显刚性碰撞发生的情况下，也可选择无垫片结构。

在具有垫片6的情况下，所述活塞杆1从通孔中穿出缸筒4。所述垫片6贴在所述通孔周围。所述垫片6具有一个直径小于活塞杆1的中心孔。所述活塞杆1穿过所述中心孔。

实施例10：

本实施例主要结构同实施例9，进一步，所述缸筒4和/或端盖5上具有供活塞杆1穿出缸筒4的通孔。

实施例11：

本实施例主要结构同实施例10，进一步，所述软磁颗粒7是采用镍铁合金软磁材料制成的球状或椭球状颗粒，颗粒直径在1-10mm范围内。可以为不等粒径球状颗粒。所述活塞的柱体部分与缸筒内壁之间的最小间隙是颗粒直径的5倍左右。

可以采用具有抗辐射功能的非液体润滑剂对软磁颗粒进行润滑(如二硫化钼、复合锂基润滑脂等)，增加软磁颗粒的流动性。

Claims (9)

1.一种磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：包括至少一根活塞杆(1)，以及活塞(2)、励磁线圈(3)、缸筒(4)和软磁颗粒(7)；

所述活塞(2)位于缸筒(4)内部；所述缸筒(4)内壁与活塞(2)之间具有间隙；

所述活塞(2)的一端或者两端连接活塞杆(1)；活塞杆(1)的一端与活塞(2)连接、另一端穿出缸筒(4)；

所述励磁线圈(3)缠绕在活塞(2)上；所述励磁线圈(3)通电后产生磁场；所述励磁线圈(3)环绕活塞(2)的运动方向；

所述缸筒(4)的内部空间填充若干软磁颗粒(7)。

2.根据权利要求1所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：具有n个励磁线圈(3)。

3.根据权利要求1或2所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：所述活塞(2)是回转体；所述缸筒(4)内部是回转体状空腔；所述回转体与回转体状空腔的腔壁保持间隙。

4.根据权利要求2所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：所述活塞(2)的侧壁具有n个环形凹槽；所述环形凹槽内部容纳励磁线圈(3)。

5.根据权利要求1或4所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：所述活塞(2)的两端是圆台状结构(201)；所述活塞杆(1)连接在圆台的小端。

6.根据权利要求5所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：还包括端盖(5)；

所述缸筒(4)是一个中空的容器，其一端具有敞口；所述敞口被可拆卸的端盖(5)封堵。

7.根据权利要求6所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：还包括至少一块柔性垫片(6)；

所述活塞杆(1)从通孔中穿出缸筒(4)；所述柔性垫片(6)贴在所述通孔周围；所述柔性垫片(6)具有一个直径小于活塞杆(1)的中心孔；所述活塞杆(1)穿过所述中心孔。

8.根据权利要求7所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：所述缸筒(4)和/或端盖(5)上具有供活塞杆(1)穿出缸筒(4)的通孔。

9.根据权利要求1所述的磁场可控的颗粒阻尼器，其特征在于：所述软磁颗粒(7)为球状或椭球状颗粒。

Images