CN114810894A - 一种磁阻尼吸振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁阻尼吸振装置，包括磁阻尼吸振器、罩设在磁阻尼吸振器外侧的吸振器保护壳以及用于将磁阻尼吸振器及吸振器保护壳连接在被减振设备上的连接支座。所述磁阻尼吸振器包括吸振器轴以及安装在吸振器轴上的动子组件和板簧组件。所述吸振器保护壳包括保护罩和可拆卸安装在保护罩一端开口处的盖板；所述盖板的中间部位开设有安装口，安装口中装有支撑螺母，支撑螺母与安装口间隙配合；所述吸振器轴的一端与支撑螺母相连，另一端安装在连接支座上；所述吸振器保护壳的上下两端内侧分别设有一减振垫。该装置用以解决斯特林制冷机等具有振动源的装置的振动技术难题，同时满足机载和星载领域的环境适应性要求。
Description
技术领域
本发明涉及振动力学技术领域，具体涉及一种磁阻尼吸振装置。
背景技术
斯特林制冷机等具有振动源的装置在航空航天、国防领域、低温超导、医疗等领域应用广泛，这些设备多采用直线运行方式以满足效率、体积重量的要求。但直线往复运动过程会带来轴向振动较大的问题，轴向的振动问题会使得设备产生振动、系统共振而导致噪声放大。在机载、星载光学镜头及红外领域，这会产生成像不稳、成像模糊等问题，在医疗、航天冰箱等领域，噪声箱体共振产生的机械噪声不满足医学要求。振动问题是斯特林制冷机等具有振动源等装置应用和发展的最大瓶颈，将会导致其无法满足对于振动敏感的技术领域。
为了保证斯特林制冷机等具有振动源等装置在军、民及航天等相关领域应用的产品性能，一般通过被动减振和主动减振两种方式对振动进行抑制。被动减振采用纯动力吸振器和磁阻尼吸振器等方式。通过对比分析，主动减振需要消耗额外的驱动资源，且需要增加振动传感器、分析电路和驱动控制电路等，系统和算法复杂且成熟度不高，应用相对较少。传统动力吸振器采用弹簧振子的简谐振动的反共振原理进行减振，该吸振器结构简单应用广泛，但是减振频率单一，吸振效率低，不满足对于振动敏感的应用领域。磁阻尼吸振器是在被动减振器基础上布置永磁组件和磁极，利用被动减振器的机械运动形成磁阻尼，进一步抵消振动力，可以对高阶产生抑制作用，在仅增加磁极和永磁组件不消耗其他额外的资源情况下，提高吸振器的吸振能力和吸振效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁阻尼吸振装置，该装置用以解决斯特林制冷机等具有振动源的装置的振动技术难题，同时满足机载和星载领域的环境适应性要求。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种磁阻尼吸振装置，包括磁阻尼吸振器、罩设在磁阻尼吸振器外侧的吸振器保护壳以及用于将磁阻尼吸振器及吸振器保护壳连接在被减振设备上的连接支座。
所述磁阻尼吸振器包括吸振器轴以及安装在吸振器轴上的动子组件和板簧组件。
所述吸振器保护壳包括保护罩和可拆卸安装在保护罩一端开口处的盖板；所述盖板的中间部位开设有安装口，安装口中装有支撑螺母，支撑螺母与安装口间隙配合；所述吸振器轴的一端与支撑螺母相连，另一端安装在连接支座上；所述吸振器保护壳的上下两端内侧分别设有一减振垫。
进一步的，所述动子组件包括磁极组件、上法兰和下法兰；所述磁极组件包括磁极和永磁体，永磁体为瓦片形状，在磁极内部呈环状布置并通过胶粘贴在磁极的内表面上；所述上、下法兰通过磁极内孔定位并安装到磁极组件两端与磁极形成封闭腔体整体包裹永磁体。所述磁阻尼吸振器在被动减振器基础上布置永磁组件及磁极，永磁组件是永磁体均匀粘接到永磁体内侧，当动子组件(磁极、永磁体及法兰)与板簧产生相对运动时，在吸振器轴上产生了电涡流，电涡流产生了反电动势阻碍永磁体的相对运动，进一步抵消振动力和抑制高阶振动。
所述磁阻尼吸振器通过连接支座安装到被减振设备上，采用动磁整体直线结构形式，利用动子及板簧形成的弹簧振子抵消基频振动。所述磁阻尼吸振器在被动减振器基础上布置永磁组件及磁极，永磁组件是永磁体均匀粘接到永磁体内侧，当动子组件(磁极、永磁体及法兰)与板簧产生相对运动时，在吸振器轴上产生了电涡流，电涡流产生了反电动势阻碍永磁体的相对运动，进一步抵消振动力和抑制高阶振动。
进一步的，所述支撑螺母与吸振器轴螺纹连接，支撑螺母外圆柱面上开设有环槽，环槽内安装有O型圈。通过使支撑螺母与安装口间隙配合，并在支撑螺母与安装口之间设置O型圈，能够在力学环境条件时通过O型圈进行缓冲，同时正常运行时防止限位螺母与外壳撞击产生噪声。
进一步的，所述板簧组件的数量为两个，分别设置在动子组件的两端，所述动子组件的两端分别通过一板簧组件支撑，动子组件通过法兰内孔与板簧组件外圆进行定位；所述吸振器轴上设有与板簧组件内孔对应的板簧定位凸台，板簧组件外侧通过螺母压紧固定，板簧外圈上通过螺钉从上端贯穿到下端并通过螺母锁紧固定；所述板簧组件包括若干平行设置的板簧、设置在相邻板簧外周之间的大调整垫片以及设置在相邻板簧内周之间的小调整垫片，相邻板之间用大调整垫片及小调整垫片隔开避免板簧撞击。
所述动子组件质量、板簧组件刚度及运行频率均可调。动子组件质量(m)与板簧刚度(k)满足关系式
其中，f为制冷机的运行频率。动子组件质量(m)与制冷机重量M满足关系式m＝μM，通常μ的取值略大于0.1。
进一步的，所述吸振器轴的下端套设有一定位螺母，所述连接支座包括连接支座主体和套设在连接支座主体外侧的保护罩底座；所述连接支座主体的中间部位开设有定位螺母安装孔。吸振器轴通过定位螺母外圆与定位螺母安装孔定位保证同轴。吸振器组件再通过连接支座主体端部上设置的凸台与制冷机内孔进行定位，保证同轴。所述定位螺母与吸振器轴配加工，将定位螺母安装到吸振器轴上并将轴两端顶起加工定位螺母外圆，保证定位螺母外圆与吸振器轴同轴。
进一步的，所述减振垫的数量为2个，分别安装在盖板和保护罩底座；所述减振垫为橡胶材质。两个减振垫分别布置在磁阻尼吸振器两端，与磁阻尼吸振器保持足够的空间，保证磁阻尼吸振器正常运行时不会与减振垫产生撞击，减振垫的外圆略大于磁阻尼吸振器的本体尺寸，通过减振垫缓冲作用，避免磁阻尼吸振器在轴向过载情况下导致板簧断裂从而失效。
和现有技术相比，本发明的优点为：
(1)相比与传统的被动减振器和主动减振器，本发明所述一种磁阻尼吸振装置，首先，结构简单、紧凑、成本低，不需要额外的资源(功耗、体积和重量)，可同时对基频及高阶振动产生抑制作用，以较小的体积重量实现更优的减振效果。其次，可通过调整板簧刚度与磁极的重量实现固有频率可调，实现与斯特林制冷机运行频率匹配。最后，在经历运输、地面力学试验、飞行及发射上行阶段的力学载荷下对磁阻尼吸振器进行保护，提升吸振器的环境适应性，可满足机载、星载使用要求。
(2)本发明将动子组件及板簧形成的弹簧振子抵消基频振动。动子组件(磁极、永磁体及法兰)与板簧产生相对运动时，在板簧内圈和吸振器轴上产生了电涡流，电涡流产生了反电动势阻碍永磁体的相对运动，进一步抵消振动力和抑制高阶振动，用以解决斯特林制冷机振动问题。
(3)本发明提供了一种力学过载的保护方法，可以在满足减振性能的同时，在经历运输、地面力学试验、飞行及发射上行阶段的力学载荷下对磁阻尼吸振器进行保护，提升吸振器的环境适应性，可满足机载、星载使用要求，这些都是当前主动减振器无法具备的。具体地说，本发明在磁阻尼吸振器外围布置了保护罩，在吸振器两端分别布置一减振垫，通过保护罩和减振垫的限位支撑和保护，可以通过减振垫缓冲作用避免吸振器在轴向过载情况下导致板簧断裂从而失效，在径向通过保护罩支撑避免吸振器径向弯曲。通过在吸振器轴尾部增加支撑螺母，在支撑螺母上布置O型圈，能够在力学环境条件时通过O型圈进行缓冲，同时正常运行时防止限位螺母与保护罩撞击产生噪声。
(4)本发明所述的磁阻尼吸振装置无需驱动电机、振动传感器、分析电路及驱动电路，仅依靠磁阻尼和被动减振可达到主动减振类似的减振效果，不需要额外的资源(功耗、体积和重量)，以较小的体积重量实现更优的减振效果。与传统的吸振器相比，本发明所述的磁阻尼吸振装置，采用动磁式结构，将磁钢与磁极形成整体结构，一方面磁极即可以与轴形成磁路，另一方面磁极和磁钢形成动子，无需额外质量环结构件。该结构简单、紧凑、成本低；可通过调整板簧刚度与磁极的重量实现固有频率可调，实现与振动源运行频率匹配；可同时对基频及高阶振动产生抑制作用，以较小的体积重量实现更优的减振效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是板簧的结构示意图；
图3是磁极的结构示意图；
图4是永磁体的结构示意图；
图5是磁极组件的结构示意图；
图6是动子组件的结构示意图。
其中：
1、板簧组件，2、大调整垫片，3、上法兰，4、磁极，5、永磁体，6、下法兰，7、定位螺母，8、减振垫，9、保护罩底座，10、连接支座主体，11、被减振设备(斯特林制冷机等具有振动源等装置)，12、螺钉，13、小调整垫片，14、吸振器轴，15、保护罩，16、盖板，17、螺母，18、支撑螺母，19、O型圈，20、轴安装孔，21、板簧外圆安装孔，22、型线首部，23、型线尾部，24、内型线，25、外型线，26、板簧外径，27、轴向凹槽，28、管穿孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种磁阻尼吸振装置，包括磁阻尼吸振器、吸振器保护壳和连接支座10。所述磁阻尼吸振器和吸振器保护壳分别通过连接支座固定在被减振设备上。连接支座包括连接支座主体10和套设在连接支座主体10外侧的保护罩底座9。连接支座主体10，用于将磁阻尼吸振器连接在被减振设备上。保护罩底座9，用于将吸振器保护壳连接在被减振设备上。
所述磁阻尼吸振器包括吸振器轴14和分别安装在吸振器轴14上的动子组件、板簧组件1、大调整垫片2、小调整垫片13和定位螺母7。所述动子组件包括磁极4、永磁体5、上法兰3和下法兰6。所述吸振器轴14由弱导磁金属材料加工而成，呈中间大两头小的形状，轴两端加工外螺纹供磁阻尼吸振器的固定和安装使用。如图3所示，所述磁极4由软磁合金材料一体加工而成，磁极4外壁加工轴向凹槽27，凹槽27一方面具有散热功能，另一方面可通过调整凹槽的宽度来改变动子质量，磁极端面轴向加工贯穿孔28，供板簧等零件安装使用。
如图4和图5所示，永磁体5和磁极4组成磁极组件。C片永磁体5组件均匀粘接到磁极4内圆柱面上，永磁体5为瓦型结构，由粉末冶金而成，并沿径向充磁。所述动子组件由上法兰3和下法兰6安装到磁极两端而成。法兰径向由磁极内孔定位，法兰与磁极形成封闭腔体将永磁组件均匀的包裹在内部，增加永磁体的固定强度，避免力学过载条件下引起松动。所述板簧组件1由板簧、大调整垫片和小调整垫片层叠交错布置组成，相邻两片板簧中间通过大调整垫片和小调整垫片隔开，避免正常运动板簧型线撞击影响减振效果和出现异响。
如图6所示，所述动子组件由两端的板簧组件1与吸振器轴14支撑固定。位于下侧的板簧组件安装到吸振器轴14下部通过吸振器轴14上的中间凸台限位，外部通过定位螺母7与轴螺纹压紧固定。位于上侧的板簧组件安装到吸振器轴14的另一端，通过M6螺母压紧固定。
两个板簧组件之间安装动子组件，动子组件通过板簧组件外圆的的螺钉压紧固定。如图2所示，所述板簧采用A mm～B mm厚度的具有某种特性的金属钢板材加工而成。所述板簧最关键的参数是内型线24、外型线25及型线的首部22、型线的尾部23，内型线、外型线与型线首部、型线尾部通过多段光滑圆弧过渡形成封闭曲线。设计时通过调整内型线、外型线的长度和距离来调整板簧刚度，并通过调整首部尾部的过渡连接圆弧的形状来减小板簧应力集中现象，从而满足长寿命使用要求。
所述板簧包括圆形板材和均匀分布在圆形板材上的若干型线凹槽；所述型线凹槽包括型线首部22、型线尾部23、内型线24、外型线25和凹槽；所述内型线24和外型线25的同一端分别通过型线首部22和型线尾部23将两条曲线光滑连接成一条闭合曲线；所述凹槽位于闭合曲线中间；所述内型线24和外型线25的形状均为阿基米德螺旋线或渐开线，所述型线首部22和型线尾部23均为多段圆弧首尾相连而成的连接曲线。所述圆形板材的中间开设有轴安装孔20，外周开设有若干均匀分布的板簧外圆安装孔21。
进一步的，磁阻尼吸振器通过下端的定位螺母7外圆与连接支座主体10内孔定位保证同轴，并通过吸振器轴14端部的螺纹固定到连接支座主体10上，磁阻尼吸振器再通过设置在连接支座主体端部的凸台与制冷机内孔进行定位保证同轴，连接支座主体10呈T型结构，在圆柱面上均匀布置通孔，通过螺钉12穿过连接支座主体10端面的均匀布置的通孔将磁阻尼吸振器安装到被减振设备11上。
进一步的，所述保护壳布置在磁阻尼吸振器外部通过保护罩底座9安装到被减振设备11上，分别包括保护罩底座9、保护罩15、盖板16、两个减振垫8、支撑螺母18和O型圈19。
两个减振垫8分别安装在保护罩底座和盖板上，由硅橡胶等材料制作而成并分别布置在吸振器两端，与吸振器保持足够的空间保证吸振器正常运行不会与减振垫产生撞击。减振垫的外圆略大于吸振器的本体尺寸，通过减振垫缓冲作用避免吸振器在轴向过载情况下导致板簧断裂从而失效。
进一步的，所述磁阻尼吸振器端部安装有支撑螺母18，支撑螺母18通过盖板支撑，支撑螺母18的外圆与盖板16上开设的安装口之间预留环形空隙，支撑螺母18与吸振器轴14进行螺纹连接，支撑螺母18外圆柱面上开环槽，环槽内安装O型圈。力学环境条件时通过O型圈进行缓冲，同时正常运行时防止限位螺母与外壳撞击产生噪声。
进一步的，所述磁阻尼吸振器采用动磁整体直线结构形式，利用动子组件及板簧形成的弹簧振子抵消基频振动。
进一步的，所述磁阻尼吸振器在被动减振器基础上布置永磁体及磁极，动子组件与板簧产生相对运动时，在板簧内圈和吸振器轴上产生了电涡流，电涡流产生了反电动势阻碍永磁体的相对运动，进一步抵消振动力和抑制高阶振动。
进一步的，所述吸振器组件动子质量、板簧刚度及运行频率均可调。动子质量(m)与板簧刚度(k)满足关系式
其中，f为制冷机的运行频率。动子质量(m)与制冷机重量M满足关系式m＝μM，通常μ的取值略大于0.1。
进一步的，所述磁阻尼吸振器通过设置在吸振器轴端部的定位螺母7的外圆与连接支座主体上开设的内孔定位保证同轴，磁阻尼吸振器通过设置在连接支座端部的凸台与制冷机内孔进行定位保证同轴。
更进一步的，所述定位螺母7与吸振器轴14配加工，将定位螺母7安装到吸振器轴14上并将轴两端顶起加工定位螺母外圆，保证定位螺母外圆与吸振器轴同轴。
综上，本发明安装于被减振设备上(斯特林制冷机等具有振动源等装置)，通过动子组件(振子)及板簧形成的弹簧振子抵消基频振动，动子组件与板簧产生相对运动时，在板簧内圈和吸振器轴上产生了电涡流，电涡流产生了反电动势阻碍永磁体的相对运动，进一步抵消振动力和抑制高阶振动，用以斯特林制冷机往复运动而噪声轴向振动较大问题。本发明一方面用于解决斯特林制冷机等具有振动源的额装置的振动较大的问题，另一方通过保护壳在经历运输、地面力学试验、飞行及发射上行阶段的力学载荷下对磁阻尼吸振器进行保护，提升吸振器的环境适应性。
以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：包括磁阻尼吸振器、罩设在磁阻尼吸振器外侧的吸振器保护壳以及用于将磁阻尼吸振器及吸振器保护壳连接在被减振设备上的连接支座；
所述磁阻尼吸振器包括吸振器轴以及安装在吸振器轴上的动子组件和板簧组件；
所述吸振器保护壳包括保护罩和可拆卸安装在保护罩一端开口处的盖板；所述盖板的中间部位开设有安装口，安装口中装有支撑螺母，支撑螺母与安装口间隙配合；所述吸振器轴的一端与支撑螺母相连，另一端安装在连接支座上；所述吸振器保护壳的上下两端内侧分别设有一减振垫。
2.根据权利要求1所述一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：所述动子组件包括磁极组件、上法兰和下法兰；所述磁极组件包括磁极和永磁体，永磁体为瓦片形状，在磁极内部呈环状布置并通过胶粘贴在磁极的内表面上；所述上、下法兰通过磁极内孔定位并安装到磁极组件两端。
3.根据权利要求1所述一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：所述支撑螺母与吸振器轴螺纹连接，支撑螺母外圆柱面上开设有环槽，环槽内安装有O型圈。
4.根据权利要求2所述一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：所述板簧组件的数量为两个，分别设置在动子组件的两端，所述动子组件的两端分别通过一板簧组件支撑，动子组件通过法兰内孔与板簧组件外圆进行定位；所述吸振器轴上设有与板簧组件内孔对应的板簧定位凸台，板簧组件外侧通过螺母压紧固定，板簧外圈上通过螺钉从上端贯穿到下端并通过螺母锁紧固定；所述板簧组件包括若干平行设置的板簧、设置在相邻板簧外周之间的大调整垫片以及设置在相邻板簧内周之间的小调整垫片。
5.根据权利要求1所述一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：所述吸振器轴的下端套设有一定位螺母，所述连接支座包括连接支座主体和套设在连接支座主体外侧的保护罩底座；所述连接支座主体的中间部位开设有定位螺母安装孔。
6.根据权利要求1所述一种磁阻尼吸振装置，其特征在于：所述减振垫的数量为2个，分别安装在盖板和保护罩底座；所述减振垫为橡胶材质。
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