CN111173883A - 一种刀头磁流体减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刀头磁流体减振器，包括中空结构的壳体，所述壳体的上下两端分别固定安装有上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖上均设有凹槽，所述壳体的中心处设有竖直设置且与上端盖和下端盖固定连接的冷却管，所述冷却管的上端穿过上端盖且位于上端盖的凹槽内，冷却管的下端穿过下端盖且位于下端盖的凹槽内，位于上端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形正极电磁铁，位于下端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形负极电磁铁。本发明主要用于控制机床加工刀头的振动，利用磁流体阻尼随磁场强弱变化的特性，通过控制磁流体两端的电磁铁磁场来改变磁流体阻尼大小，实现对减振器的实时调控，从而实现对刀头振动的实时控制。

Description

一种刀头磁流体减振器
技术领域
本发明涉及减振器技术领域，具体涉及一种刀头磁流体减振器。
背景技术
车削铣削机床在作业时，刀头会产生剧烈振动或发生颤振，这是导致产品加工精度不高的一个重要原因。现今，用于控制机床刀头振动的减振器多为被动减振器，如橡金属胶减振器、调谐质量阻尼减振器、橡胶隔振器等，
但是刀头振动情况复杂，振动频带较宽，被动减振器或调谐质量阻尼器控制频率范围窄，且用于控制刀头振动的传统减振器调节繁琐，具有较大的局限性。
磁流体的阻尼可根据磁场的强弱变化，且响应速度快，可控性好，具有较宽的动态频率控制范围，控制方式简单等一系列优点。因此磁流体已广泛应用于各行业之中，例如，汽车座椅悬架的减振，桥梁结构中的减振等，但在机械行业的应用较少，尤其是在刀头振动控制方面的应用一直是一个工程难题。
而传统的减振器已不能满足机床的加工要求，急需一种新的减振器。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种刀头磁流体减振器，以解决现有减振器控制振动频率范围窄，无法用于控制刀头振动的问题。
技术方案：本发明一种刀头磁流体减振器，包括中空结构的壳体，所述壳体的上下两端分别固定安装有上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖上均设有凹槽，所述壳体的中心处设有竖直设置且与上端盖和下端盖固定连接的冷却管，所述冷却管的上端穿过上端盖且位于上端盖的凹槽内，冷却管的下端穿过下端盖且位于下端盖的凹槽内，位于上端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形正极电磁铁，位于下端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形负极电磁铁，所述环形正极电磁铁和环形负极电磁铁均通过引线与电源连接；
所述壳体、上端盖、下端盖和冷却管形成封闭的环形空腔，环形空腔内设有竖直设置的环形振芯，所述环形振芯与冷却管同轴设置且环形振芯的上端通过弹簧与上端盖固定连接，所述环形空腔内充满有磁流体。
进一步的，所述上端盖与壳体之间以及下端盖与壳体之间均设有密封圈。
进一步的，所述壳体的外廓为方形或圆形，其内部的中空结构为圆柱形。
进一步的，所述弹簧的数量为偶数，且弹簧呈环形阵列设置。
进一步的，所述环形振芯的下端面设有多个盲孔，环形振芯与壳体、冷却管、上端盖和下端盖之间均留有间隙。间隙用于填充磁流体。
进一步的，所述冷却管的中心设有通孔，所述通孔内装有冷却液。冷却液可以减少振动发热产生的变形。
有益效果：
本发明的磁流体减振器，减振效率高，可控性好，利用磁流体的粘度随磁场的强度改变而改变的特性，通过控制电流来控制电磁铁所产生磁场的强弱，从而间接控制磁流体的粘度即阻尼，以达到同一减振器控制不同振动频率，增大了振动频率控制范围；且磁流体响应速度快，可以进行实时调控控制振动，实现半主动控制，提高了对随机振动给的控制效率；本发明用弹簧将振芯一端与上端盖连接，该结构能同时实现上下振动和左右摆动的三维振动控制。
综上，本发明的减振器结构简单、能实现实时调控控制，且能进行三维振动控制。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为环形振芯剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明一种刀头磁流体减振器，包括中空结构的壳体1，壳体1的外廓为圆形，其内部的中空结构为圆柱形，壳体1的上下两端分别固定安装有上端盖2和下端盖3，上端盖2与壳体1之间以及下端盖3与壳体1之间均设有密封圈4，密封圈4可以防止磁流体13泄漏；上端盖2和下端盖3上均设有凹槽5，壳体1的中心处设有竖直设置且与上端盖2和下端盖3固定连接的冷却管6，冷却管6的中心设有通孔61，通孔61内装有冷却液，冷却液通过管道和泵与冷却池相连接，形成循环结构，冷却池内的冷却液即可源源不断的向冷却管6中输送冷却液，冷却管6中的冷却液可以减少振动发热产生的变形；
冷却管6的上端穿过上端盖2且位于上端盖2的凹槽5内，冷却管6的下端穿过下端盖3且位于下端盖3的凹槽5内，位于上端盖2凹槽5内的冷却管6周侧设有环形正极电磁铁7，位于下端盖3凹槽5内的冷却管6周侧设有环形负极电磁铁8，环形正极电磁铁7和环形负极电磁铁8均位于凹槽5内，环形正极电磁铁7和环形负极电磁铁8均通过引线9与电源连接，通过控制电流来控制电磁铁所产生磁场的强弱，从而间接控制磁流体13的粘度即阻尼，以达到同一减振器控制不同振动频率；
壳体1、上端盖2、下端盖3和冷却管6形成封闭的环形空腔10，环形空腔10内设有竖直设置的环形振芯11，环形振芯11与冷却管6同轴设置且环形振芯11的上端通过弹簧12与上端盖2固定连接，弹簧12的数量为4个，且4个弹簧12呈环形阵列均布在环形振芯11的上端，环形空腔10内充满有磁流体13；而且环形振芯11的下端面设有多个盲孔111，盲孔111可增加磁流体13中的阻尼效果，环形振芯11与壳体1、冷却管6、上端盖2和下端盖3之间均留有间隙，间隙用于填充磁流体13，利用磁流体13的粘度随磁场的强度改变而改变的特性，通过控制电磁铁所产生磁场的强弱，从而间接控制磁流体13的粘度即阻尼，以达到同一减振器控制不同振动频率，增大了振动频率控制范围；且磁流体13响应速度快，可以进行实时调控控制振动，实现半主动控制，提高了对随机振动给的控制效率；
当机床开始作业时，引线9接通电源，环形正极电磁铁7和环形负极电磁铁8产生磁场，发生振动时刀头将振动能量传递给环形振芯11，环形振芯11在磁磁流体13中振动，磁流体13中由于磁场的作用具有较大的阻尼，分子间运动和摩擦就将振动能量消耗，达到控制振动的效果；
由于在垂直刀杆的水平面上，刀杆的刚度较弱，所以刀头在该方向上的振动较大，本发明将环形振芯11的一端用弹簧12连接于上端盖2上，当发生横向振动时(垂直于刀杆方向的振动)，由于环形振芯11与壳体1、冷却管6、上端盖2和下端盖3之间均留有间隙，环形振芯11在磁流体13中发生摆动，通过磁流体13的阻尼来消耗能量；当刀头发生纵向振动时(平行于刀杆的振动)，环形振芯11沿冷却管6做轴向运动，弹簧12发生压缩或拉伸，由磁流体13中的阻尼来消耗环形振芯11和弹簧12的能量，同时盲孔111能够增加磁流体13中的阻尼效果；若刀头发生混合振动，环形振芯11在磁流体13中同时做摆动和上下运动，通过磁流体13的阻尼来吸收振动能量，能同时实现上下振动和左右摆动的三维振动控制。
另外，刀头在实施不同工艺时，产生的振动频率范围不同，甚至在同一加工过生中会产生不同频率的振动，本发明可以根据实际情况改变正负极电磁铁的电流，实时调控减振器的阻尼，来控制不同频率范围的振动，避免了减振器控振频率单一控制效果不好或增大振动的潜在问题。综上，本发明的减振器结构简单、能实现实时调控控制，且能进行三维振动控制。

Claims (6)

1.一种刀头磁流体减振器，其特征在于：包括中空结构的壳体，所述壳体的上下两端分别固定安装有上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖上均设有凹槽，所述壳体的中心处设有竖直设置且与上端盖和下端盖固定连接的冷却管，所述冷却管的上端穿过上端盖且位于上端盖的凹槽内，冷却管的下端穿过下端盖且位于下端盖的凹槽内，位于上端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形正极电磁铁，位于下端盖凹槽内的冷却管周侧设有环形负极电磁铁，所述环形正极电磁铁和环形负极电磁铁均通过引线与电源连接；
所述壳体、上端盖、下端盖和冷却管形成封闭的环形空腔，环形空腔内设有竖直设置的环形振芯，所述环形振芯与冷却管同轴设置且环形振芯的上端通过弹簧与上端盖固定连接，所述环形空腔内充满有磁流体。
2.根据权利要求1所述的一种刀头磁流体减振器，其特征在于：所述上端盖与壳体之间以及下端盖与壳体之间均设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种刀头磁流体减振器，其特征在于：所述壳体的外廓为方形或圆形，其内部的中空结构为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的一种刀头磁流体减振器，其特征在于：所述弹簧的数量为偶数，且弹簧呈环形阵列设置。
5.根据权利要求1所述的一种刀头磁流体减振器，其特征在于：所述环形振芯的下端面设有多个盲孔，环形振芯与壳体、冷却管、上端盖和下端盖之间均留有间隙。
6.根据权利要求1所述的一种刀头磁流体减振器，其特征在于：所述冷却管的中心设有通孔，所述通孔内装有冷却液。
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