CN110957891A - 一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器 - Google Patents

一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器 Download PDF

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胡永胜
陶韬
段承龙
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Abstract

一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，本发明属于航空自动控制技术领域。了克服接触式阻尼器阻尼力矩稳定性不理想的缺点，高阻尼力矩密度磁滞阻尼器由定子组件和转子组件组成，定子组件通过螺钉将左右端盖组件固定在壳体内部，转子组件通过轴的左右两只轴承穿入定子组件，转子组件与定子组件有相对旋转运动时产生阻尼力矩。在为自动油门执行机构、电动舵机、油门操纵台等机电类产品提供结构连接、力矩传输功能的同时，可极大提高阻尼装置的稳定性和寿命，同时本发明阻尼力矩密度高于国内外同类产品。

Description

一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器
技术领域
本发明属于航空自动控制技术领域，涉及一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器。
背景技术
本发明针对当前机载装置所用接触式力感装置存在随环境气候变化和机械应力变化其阻尼力矩稳定性不理想的现状；尤其是使用一段时间后随着摩擦副或接触材料的磨损、热粘滞等不确定性因素的发生，可能造成传递给驾驶员操纵感力的渐衰甚至突变现象，轻则影响飞行员操控飞机的平顺性和机动性，严重时将危及飞行安全和驾驶员生命。本发明高阻尼力矩密度磁滞阻尼器属于非接触结构，受环境变化影响小，不存在接触摩擦，稳定性和寿命高于接触式力感装置。
发明内容
为了克服接触式阻尼器阻尼力矩稳定性不理想的缺点，本发明提供一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器。
技术方案如下：
一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器由定子组件1、转子组件2组成，转子组件2穿入定子组件1，转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面的存在工作间隙；转子组件2与定子组件1有相对旋转运动时产生阻尼力矩。
所述的定子组件1由壳体组件7和右端盖组件3构成；壳体组件7由左端盖组件9和壳体11组成，二者固定连接；左端盖组件9由左端盖12和永磁体一13组成，二者接触面粘接；右端盖组件3由右端盖15和永磁体二16组成，二者接触面粘接；左端盖12和右端盖15结构相同，永磁体一13N极和S极交替排列，永磁体二16N极和S极交替排列。
所述的转子组件2由转子轴18、磁滞盘19、轴承20及轴套21组成；磁滞盘19与转子轴18配合面涂厌氧胶固定，轴承20与转子轴18间隙配合，轴承20从转子轴18两端推入转子轴18；轴套21与转子轴18热压合。
所述的定子组件与转子组件的位置可连续调整，即阻尼力矩大小的可连续调整，方式有轴向式和径向式两种。
永磁体一13和永磁体二16分别用胶粘结于左端盖和右端盖上。
轴套与轴热压合，是将轴套加热至120℃后取出并从轴两端轻压入转子轴18并压装到底。
壳体外圆带有齿轮，起支撑作用和减速传动作用，选用铜合金材料硅青铜合金QSi3-1；左右端盖选用电工纯铁DT4E；永磁体一、永磁体二材料选取Sm2Co17钐钴烧结型材料；磁滞盘材料选择的铁铬钴2J85磁滞合金；转子轴18材料选择不锈耐酸钢1Cr17N2；轴承选用双面带防尘盖结构，外形尺寸为10＊19＊5的单列深沟球轴承。
电工纯铁DT4E采用的QPQ盐浴复合处理工艺。，具有磁感应强度、矫顽力、磁能积等磁性能高、温度系数小、机载环境适应性好的特征；Sm2Co17材料做成的永磁磁极本身不需要任何表面处理工艺，装配过程中采取经典成熟且广泛应用于机载产品的耐候胶粘结工艺。
转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面存在工作间隙为0.8mm
左端盖组件9和壳体11用沉头螺钉10固定连接；右端盖组件3通过螺钉4、平垫圈5及弹性垫圈6固定在壳体11上；左端盖12和永磁体一13接触面涂14E-7胶粘接；右端盖15和永磁体二16组成接触面涂14E-7胶粘接。
工作原理说明：从微观角度定性分析磁滞阻尼器的工作原理，针对图1所示的阻尼器结构，当转子组件从静止状态欲相对定子组件有旋转趋势时，则转子组件上与转轴固联的磁滞盘材料的磁滞特性使然，致使磁滞材料中的无数分子磁极都将产生滞后于定子磁极极化方向(即轴向)一定角度的分子极性(该滞后角度仅与磁滞材料的特性有关，与转动速度无关)，而所有这些分子极性的合成磁极极化方向(即磁滞材料的感生极化方向)与定子永磁磁极的极化方向将出现一定的空间滞后角度；若将该磁滞材料的空间滞后极化方向分解为平行于定子永磁磁极极化方向的分量和垂直于定子永磁磁极极化方向(即圆周方向)的分量，则由电磁学和电机学的电磁转矩产生机理可知：两个相互垂直的磁极极化分量之间将产生电磁转矩且转矩的大小与两个极化分量之间的幅值成正比例，而转矩的方向(或性质)则与两个极化分量之间的相位关系有关；具体到磁滞阻尼器而言，由于磁滞材料永恒的滞后特性(即合成的感生极化方向的圆周分量始终与磁滞材料的运动方向相反)，因此，所对应的磁滞转矩方向始终与磁滞盘的运动方向相反－此即为磁滞阻尼器的阻尼力矩由来。
从宏观角度定性分析磁滞阻尼器的工作原理而言，磁滞阻尼器的磁滞材料受永磁材料的磁化作用，若磁滞转子组件相对永磁定子组件有旋转运动，则转子组件上的磁滞材料利用其固有的磁滞特性并通过非接触的磁力耦合反应，将对旋转的转子组件施加不随转速变化的恒定阻尼力矩。
本发明具有有益效果：在为自动油门执行机构、电动舵机、油门操纵台等机电类产品提供结构连接、力矩传输功能的同时，可极大提高阻尼装置的稳定性和寿命，同时本发明阻尼力矩密度高于国内外同类产品，有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为磁滞阻尼器剖视图；
图2为定子组件剖视图；
图3为壳体组件剖视图；
图4为左端盖组件剖视图；
图5为右端盖组件剖视图；
图6为转子组件剖视图；
图7为轴向调整方式；
图8为径向调整方式；
图9为分解装配图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器由定子组件1、转子组件2组成，转子组件2穿入定子组件1，转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面的存在工作间隙；转子组件2与定子组件1有相对旋转运动时产生阻尼力矩。如图1、图9所示。
如图2所示，所述的定子组件1由壳体组件7和右端盖组件3构成；如图3所示，壳体组件7由左端盖组件9和壳体11组成，二者固定连接；如图4，左端盖组件9由左端盖12和永磁体一13组成，二者接触面粘接；如图5所示，右端盖组件3由右端盖15和永磁体二16组成，二者接触面粘接；左端盖12和右端盖15结构相同，永磁体一13N极和S极交替排列，永磁体二16N极和S极交替排列。
如图6所示，所述的转子组件2由转子轴18、磁滞盘19、轴承20及轴套21组成；磁滞盘19与转子轴18配合面涂厌氧胶固定，轴承20与转子轴18间隙配合，轴承20从转子轴18两端推入转子轴18；轴套21与转子轴18热压合。
所述的定子组件与转子组件的位置可连续调整，即阻尼力矩大小的可连续调整，方式有轴向式和径向式两种。
永磁体一13和永磁体二16分别用胶粘结于左端盖和右端盖上。
轴套与轴热压合，是将轴套加热至120℃后取出并从轴两端轻压入转子轴18并压装到底。
壳体外圆带有齿轮，起支撑作用和减速传动作用，选用铜合金材料硅青铜合金QSi3-1；左右端盖选用电工纯铁DT4E；永磁体一、永磁体二材料选取Sm2Co17钐钴烧结型材料；磁滞盘材料选择的铁铬钴2J85磁滞合金；转子轴18材料选择不锈耐酸钢1Cr17N2；轴承选用双面带防尘盖结构，外形尺寸为10＊19＊5的单列深沟球轴承。
电工纯铁DT4E采用的QPQ盐浴复合处理工艺。，具有磁感应强度、矫顽力、磁能积等磁性能高、温度系数小、机载环境适应性好的特征；Sm2Co17材料做成的永磁磁极本身不需要任何表面处理工艺，装配过程中采取经典成熟且广泛应用于机载产品的耐候胶粘结工艺。
转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面存在工作间隙为0.8mm
左端盖组件9和壳体11用沉头螺钉10固定连接；右端盖组件3通过螺钉4、平垫圈5及弹性垫圈6固定在壳体11上；左端盖12和永磁体一13接触面涂14E-7胶粘接；右端盖15和永磁体二16组成接触面涂14E-7胶粘接。
工作原理说明：从微观角度定性分析磁滞阻尼器的工作原理，针对图1所示的阻尼器结构，当转子组件从静止状态欲相对定子组件有旋转趋势时，则转子组件上与转轴固联的磁滞盘材料的磁滞特性使然，致使磁滞材料中的无数分子磁极都将产生滞后于定子磁极极化方向(即轴向)一定角度的分子极性(该滞后角度仅与磁滞材料的特性有关，与转动速度无关)，而所有这些分子极性的合成磁极极化方向(即磁滞材料的感生极化方向)与定子永磁磁极的极化方向将出现一定的空间滞后角度；若将该磁滞材料的空间滞后极化方向分解为平行于定子永磁磁极极化方向的分量和垂直于定子永磁磁极极化方向(即圆周方向)的分量，则由电磁学和电机学的电磁转矩产生机理可知：两个相互垂直的磁极极化分量之间将产生电磁转矩且转矩的大小与两个极化分量之间的幅值成正比例，而转矩的方向(或性质)则与两个极化分量之间的相位关系有关；具体到磁滞阻尼器而言，由于磁滞材料永恒的滞后特性(即合成的感生极化方向的圆周分量始终与磁滞材料的运动方向相反)，因此，所对应的磁滞转矩方向始终与磁滞盘的运动方向相反－此即为磁滞阻尼器的阻尼力矩由来。
从宏观角度定性分析磁滞阻尼器的工作原理而言，磁滞阻尼器的磁滞材料受永磁材料的磁化作用，若磁滞转子组件相对永磁定子组件有旋转运动，则转子组件上的磁滞材料利用其固有的磁滞特性并通过非接触的磁力耦合反应，将对旋转的转子组件施加不随转速变化的恒定阻尼力矩。
壳体11外圆带有齿轮，起支撑作用和减速传动作用，选用啮合性能好、耐磨损性且工艺稳定性好的铜合金材料硅青铜合金QSi3-1；左端盖12和右端盖15产生磁回路作用，使用导磁材料，选用导磁性能好、热处理工艺成熟、环境适应性好且机载环境应用范围广的电工纯铁DT4E；为了保证磁回路的磁性能，左右端盖均采用成熟的退火热处理工艺；同时考虑到盐雾、霉菌、湿热等三防环境适应性要求，DT4E电工纯铁采用的QPQ盐浴复合处理工艺。永磁体一13和永磁体二16材料选取Sm2Co17钐钴烧结型材料，具有磁感应强度、矫顽力、磁能积等磁性能高、温度系数小、机载环境适应性好的特征；Sm2Co17材料做成的永磁磁极本身不需要任何表面处理工艺，装配过程中采取经典成熟且广泛应用于机载产品的耐候胶粘结工艺。
磁滞盘19材料是关键材料，选择的铁铬钴2J85磁滞合金需要依据YB/T5261-2016标准所确定的各向异性处理工艺才能够保证阻尼力矩的性能要求；同时2J85本身不需要任何表面处理工艺；装配过程中采用经典成熟且广泛应用于机载产品的热套工艺即可将磁滞盘19与转子轴18实现适度过盈配合；转子轴18材料选择三防性能好、结构强度好且广泛用作转轴用途的不锈耐酸钢1Cr17N2；轴承20选用双面带防尘盖结构，外形尺寸为10＊19＊5的单列深沟球轴承。
定子组件1与转子组件2的位置可连续调整，即阻尼力矩大小的可连续调整，方式主要有轴向式和径向式两种。
轴向调整方式，如在图7所示的右端盖15的平端面之适当圆周中心圆上设置圆周可连续调整的腰形槽(调整范围依据阻尼力矩调整范围并结合定子组件1的相关结构尺寸和参数综合确定)，再在相配合的壳体11相应中心圆上设计匹配的螺纹孔；当希望定子组件1的右端盖15与壳体11相对圆周位置发生变化时，可以在腰形槽的调节范围内周向连续旋转右端盖15的相对位置并最终通过圆柱头螺钉4、平垫圈5和弹性垫圈6实施紧固。
径向调整方式，如图8所示，就是将可调整的腰形槽环节设置于壳体11的外圆面(径向腰形槽)，相对地将螺纹孔设置于右端盖的外圆上，也可实现右端盖相对于齿轮壳的相对位置调整功能。

Claims (10)

1.一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：磁滞阻尼器由定子组件1、转子组件2组成，转子组件2穿入定子组件1，转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面的存在工作间隙；转子组件2与定子组件1有相对旋转运动时产生阻尼力矩。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：所述的定子组件1由壳体组件7和右端盖组件3构成；壳体组件7由左端盖组件9和壳体11组成，二者固定连接；左端盖组件9由左端盖12和永磁体一13组成，二者接触面粘接；右端盖组件3由右端盖15和永磁体二16组成，二者接触面粘接；左端盖12和右端盖15结构相同，永磁体一13N极和S极交替排列，永磁体二16N极和S极交替排列。
3.根据权利要求2所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：所述的转子组件2由转子轴18、磁滞盘19、轴承20及轴套21组成；磁滞盘19与转子轴18配合面涂厌氧胶固定，轴承20与转子轴18间隙配合，轴承20从转子轴18两端推入转子轴18；轴套21与转子轴18热压合。
4.根据权利要求3所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：所述的定子组件1与转子组件18的位置可连续调整，即阻尼力矩大小的可连续调整，方式有轴向式和径向式两种。
5.根据权利要求4所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：永磁体一13和永磁体二16分别用胶粘结于左端盖和右端盖上。
6.根据权利要求5所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：轴套21与转子轴18热压合，是将轴套加热至120℃后取出并从轴两端轻压入转子轴18并压装到底。
7.根据权利要求6所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：壳体11外圆带有齿轮，起支撑作用和减速传动作用，选用铜合金材料硅青铜合金QSi3-1；右端盖3、左端盖9选用电工纯铁DT4E；永磁体一、二材料选取Sm2Co17钐钴烧结型材料；磁滞盘19材料选择的铁铬钴2J85磁滞合金；转子轴18材料选择不锈耐酸钢1Cr17N2；轴承20选用双面带防尘盖结构，外形尺寸为10＊19＊5的单列深沟球轴承。
8.根据权利要求7所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：电工纯铁DT4E采用的QPQ盐浴复合处理工艺，具有磁感应强度、矫顽力、磁能积等磁性能高、温度系数小、机载环境适应性好的特征；Sm2Co17材料做成的永磁磁极本身不需要任何表面处理工艺，装配过程中采取经典成熟且广泛应用于机载产品的耐候胶粘结工艺。
9.根据权利要求8所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：转子组件2的磁滞盘的两个端面与定子组件1端面存在工作间隙为0.8mm。
10.根据权利要求9所述的一种高阻尼力矩密度磁滞阻尼器，其特征在于：左端盖组件9和壳体11用沉头螺钉10固定连接；右端盖组件3通过螺钉4、平垫圈5及弹性垫圈6固定在壳体11上；左端盖12和永磁体一13接触面涂14E-7胶粘接；右端盖15和永磁体二16组成接触面涂14E-7胶粘接。
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