CN111828523B - 一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，包括下底板、环形磁铁a、环形磁铁b、铝筒、铜片底片、铜片、铜片顶片、轴承座、直线轴承、轴承端盖、负载、活塞轴、阶梯轴、固定轴环、螺旋弹簧、下装夹轴、固定螺钉。其工作原理主要是当减振器处于工作模式时，环形磁铁a静止固定在下端，环形磁铁b在竖直方向做往复运动，两磁铁互相吸引设置，螺旋弹簧作为正刚度元件起到支撑负载的作用，环形磁铁b的相对运动产生时变磁场，设置于两环形磁铁之间的铜片受磁场影响产生涡流阻尼效应，抑制环形磁铁b的运动，通过消耗能量的方式减弱负载的振动。该磁阻尼减振器结构紧凑，体积小，能够大幅降低系统的共振峰值，具有良好的缓冲和减振性能。

Description

一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器
技术领域
本发明涉及减振技术领域，特别是涉及一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器。
背景技术
振动普遍地存在于工程技术与日常生活中，在一些复杂的环境中，振动是影响设备加工和工作精度的主要因素，这一现象正日益受到人们的关注。为此，人们开发了各种各样的减振设备，极大地提高了加工精度和生产效率。
传统的被动减振器由参数固定的质量、弹簧、阻尼元件组成，结构简便、可靠，但存在着一些缺点，在一般的工业场合可以达到生产要求，但是对隔离低频和超低频振动的效果并不理想，无法满足人们对于精密设备的需求。于是半主动、主动减振成为人们研究的主要方向。目前，减振器主要分为三种控制方法：被动控制、主动控制、半主动控制。基于被动控制的减振器，其应用最为广泛，结构简单，成本低，通常根据具体工程需求来设计应用。基于主动控制的减振器，其工作原理是通过传感器来实时采集被控对象的信息从而直接提供相同大小的力抵消振动所产生的力，极大地改善了系统的性能，其所需响应快，但需要外部能源供应，成本比较高，在实际生产中应用一般。基于半主动控制的减振器，其减振器是通过传感器来实时采集被控对象的信息以改变自身的固有频率，从而无需消耗很多的能源且能达到很好的减振效果，但是应用具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，以解决上述现有技术存在的问题，实现对振动能量的消耗，从而提高减振性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，包括下底板、铝筒、轴承座、活塞轴、阶梯轴、环形磁铁a、环形磁铁b和铜片，所述铝筒的底部与所述下底板固定相连，顶部与所述轴承座相连；
所述环形磁铁a嵌套在所述下底板上并位于所述铝筒内侧，所述铝筒沿圆周开设有四个槽口，铜片顶片和铜片底片顺次位于槽口内且两者之间的距离可调，厚度和数量可变的所述铜片固定在所述铜片顶片和铜片底片之间并位于所述铝筒内侧；直线轴承嵌入在所述轴承座上部并通过轴承端盖固定夹紧，所述活塞轴的上端连接有负载，下端依次穿过所述轴承端盖、直线轴承和轴承座后伸入所述铝筒内并与所述阶梯轴连接，所述阶梯轴的中间轴段通过固定轴环安装有所述环形磁铁b；所述下底板上端和阶梯轴下端之前安装有螺旋弹簧，所述环形磁铁a和环形磁铁b相吸安装，所述下底板的底部中心安装有下装夹轴。
优选的，所述环形磁铁a静止不动，所述环形磁铁b可在竖直方向做往复运动。
优选的，所述环形磁铁a和环形磁铁b的厚度可更换。
优选的，四个槽口沿所述铝筒的圆周均布，槽口形状沿竖直方向呈齿条状，每个齿条厚度相同，所述铜片顶片和铜片底片位于槽口的齿槽内，且顶片和底片的外端通过螺钉连接固定，内端用于夹持所述铜片。
优选的，所述铝筒、下底板、轴承座和轴承端盖均采用铝合金7075制成，所述活塞轴、阶梯轴、固定轴环和下装夹轴均采用不锈钢材料制成。
优选的，所述螺旋弹簧可替换为不同刚度的弹簧。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，结构紧凑，强度大，体积小，可产生大阻尼，缓冲和减振效果强等特点，本发明采用螺旋弹簧，磁铁和铜片作为阻尼减振器的双减振元件，有效地降低负载的振动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构的立体结构示意图；
图2为本发明结构另一角度的立体结构示意图；
图3为本发明结构的正视图；
图4为本发明结构的俯视图；
图5为本发明结构剖视图；
图6a和6b为本发明结构的铝筒的结构示意图；
图7为本发明结构的铜片顶片；
图8为本发明结构的铜片底片；
图9为本发明结构与传统被动结构的频域对比曲线；
其中，1下底板；2铜片底片；3铜片；4铜片顶片；5铝筒；6轴承座；7轴承端盖；8负载；9活塞轴；10直线轴承；11阶梯轴；12环形磁铁b；13固定轴环；14螺旋弹簧；15环形磁铁a；16下装夹轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，以解决上述现有技术存在的问题，实现对振动能量的消耗，从而提高减振性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-9所示，为了有效地降低振动对人们生活、工作和健康的影响，同时提高精密工程设备仪器的精度，本发明提供一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，通过涡流阻尼效应耗散振动能量，有效削减振动的传递，通过设计不同尺寸的零件配置，能够适用多种振动环境。
本发明中基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，包括：下底板1、环形磁铁a15、铝筒5、铜片底片2、铜片3、铜片顶片4、轴承座6、直线轴承10、轴承端盖7、负载8、活塞轴9、阶梯轴11、环形磁铁b12、固定轴环13、螺旋弹簧14、下装夹轴16、固定螺钉。
铝筒5设置于下底座上端，两者通过内六角圆柱头螺钉连接的固定，下装夹轴16设置于下底板1下端，环形磁铁a15设置于下底板1上端中心凸出轴段，铜片3设置于铜片顶片4和铜片底片2之间，铜片顶片4和铜片底片2设置于铝筒5上，轴承座6设置于铝筒5上端，通过内六角圆柱头螺钉固定，直线轴承10设置于轴承座6上端，轴承端盖7设置于轴承座6上端，通过内六角圆柱头螺钉固定，活塞轴9设置于铝筒5内部，与直线轴承10配合，沿竖直方向运动，负载8设置于活塞轴9上端，阶梯轴11设置于活塞轴9下端，环形磁铁b12设置于阶梯轴11上，轴固定环设置于阶梯轴11下端，螺旋弹簧14设置于阶梯轴11下端和下底板1中心凸出轴段之间，起主要承载负载8作用。
本发明的磁阻尼减振器阻尼产生主要是依靠环形磁铁a15、b，铜片3，螺旋弹簧14来实现的，当减振器处于工作模式时，环形磁铁a15静止固定在下端，环形磁铁b12在竖直方向做往复运动，两磁铁互相吸引设置，螺旋弹簧14作为正刚度元件起到支撑负载8的作用，环形磁铁b12的相对运动产生时变磁场，设置于两环形磁铁之间的铜片3受磁场影响产生涡流阻尼，抑制环形磁铁b12的运动，通过消耗能量的方式减弱负载8的振动。
本发明具有如下技术特点：
本发明的磁阻尼减振器，环形磁铁a15静止不动，环形磁铁b12受到外界作用力和环形磁铁a15作用力在竖直方向往复运动，环形磁铁b12的相对运动使铜片3承受时变磁场，从而产生涡流阻尼，方向与环形磁铁b12运动方向相反，在铜片3上产生的涡流阻尼通过耗散能量来抑制负载8的振动。
根据振动能量的强弱，通过更换不同尺寸的磁铁，不同厚度的铜片3，铜片3的数量，磁铁与铜片3的相对位置等，来合理调节阻尼力大小。
本发明结构明确了磁阻尼大小与磁铁、铜片3零件参数的关系，便于优化设计性能符合需求的阻尼减振器。
铝筒5在圆周表面开有四个槽口，槽口形状沿竖直方向呈齿条状，每个齿条厚度相同。槽口的设计一是用来安装铜片顶片4和铜片底片2，顶片和底片卡在铝筒5槽口内，通过内六角螺钉连接固定；二是便于调节安装铜片3的高度以及数量，改变阻尼减振器的阻尼大小，提高减振性能。
铝筒5下端结构的设计起到在竖直方向固定夹紧环形磁铁a15的作用，防止其松动影响磁场变化，降低减振器的减振效果。铝筒5，下底板1，轴承座6，轴承端盖7采用铝合金7075，具有强度高、易于加工、耐磨性好、抗腐蚀性好，具有良好的机械性能，可适用于复杂恶劣的环境。本发明的活塞轴9，阶梯轴11，固定轴环13，下装夹轴16采用不锈钢材料，具有良好的防锈性能，降低材料随时间变化带来的摩擦等影响，同时具有高的强度和硬度，可承受大的冲击和载荷。
本发明的下底板1上端凸出轴段配合环形磁铁a15，保证其安装位置，下底板1下端与下装夹轴16通过螺纹连接固定，保证其在测试阻尼大小机器上的安装。阶梯轴11上端与活塞轴9连接，中间配合环形磁铁b12，下端通过固定轴环13防止磁铁轴向移动。本发明通过采用不同刚度的螺旋弹簧14与磁铁、铜片3的组合形式来实现不同频率的减振，能够适应多种频段，尤其在低频减振具有良好的性能。
本发明的结构可支持研究多种参数的零件对减振性能的影响，通过改变环形磁铁的尺寸大小，铜片3厚度，铜片3数量，正刚度弹簧的种类及刚度，环形磁铁和铜片3的相对位置等明确参数变化对阻尼大小的影响关系，方便优化设计性能更好的阻尼减振器。
图9为本发明的磁阻尼减振器和传统被动结构频域响应对比曲线，可以看出，采用传统结构减振时，其传递率在共振峰处有很高的峰值，采用磁阻尼减振器时，共振峰值大大降低，系统阻尼得到很大提升，显著改善了整个系统的减振性能。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，其特征在于：包括下底板、铝筒、轴承座、活塞轴、阶梯轴、环形磁铁a、环形磁铁b和铜片，所述铝筒的底部与所述下底板固定相连，顶部与所述轴承座相连；
所述环形磁铁a嵌套在所述下底板上并位于所述铝筒内侧，所述铝筒沿圆周开设有四个槽口，铜片顶片和铜片底片顺次位于槽口内且两者之间的距离可调，厚度和数量可变的所述铜片固定在所述铜片顶片和铜片底片之间并位于所述铝筒内侧；直线轴承嵌入在所述轴承座上部并通过轴承端盖固定夹紧，所述活塞轴的上端连接有负载，下端依次穿过所述轴承端盖、直线轴承和轴承座后伸入所述铝筒内并与所述阶梯轴连接，所述阶梯轴的中间轴段通过固定轴环安装有所述环形磁铁b；所述下底板上端和阶梯轴下端之前安装有螺旋弹簧，所述环形磁铁a和环形磁铁b相吸安装，所述下底板的底部中心安装有下装夹轴；
四个槽口沿所述铝筒的圆周均布，槽口形状沿竖直方向呈齿条状，每个齿条厚度相同，所述铜片顶片和铜片底片位于槽口的齿槽内，且顶片和底片的外端通过螺钉连接固定，内端用于夹持所述铜片。
2.根据权利要求1所述的基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，其特征在于：所述环形磁铁a静止不动，所述环形磁铁b可在竖直方向做往复运动。
3.根据权利要求1所述的基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，其特征在于：所述环形磁铁a和环形磁铁b的厚度可更换。
4.根据权利要求1所述的基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，其特征在于：所述铝筒、下底板、轴承座和轴承端盖均采用铝合金7075制成，所述活塞轴、阶梯轴、固定轴环和下装夹轴均采用不锈钢材料制成。
5.根据权利要求1所述的基于涡流效应的单自由度磁阻尼减振器，其特征在于：所述螺旋弹簧可采用不同刚度的弹簧。
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