CN114962515B - 内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器 - Google Patents

Abstract

内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器，属于振动控制领域。成功解决了现有磁性液体阻尼减振器无法应用于高频振动的问题。该装置包括质量块上盖(1)、中心永磁体(2)、壳体(3)、磁性液体(4)、质量块下盖(5)、定位永磁体(6)、支撑杆(7)、端盖(8)，当外界振动时，质量块在腔体内移动，磁性液体(4)在中心永磁体(2)、定位永磁体(6)与质量块的间隙内流动，从而吸收能量达到减振目的。

Description

内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器

技术领域

本发明属于机械工程振动领域。

背景技术

磁性液体减振器是一种被动减振器，对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。然而现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法应用于大冲击和高频振动问题，特别是100Hz以上的振动问题，具体问题如下：

现在最为常见的磁性液体阻尼减振器主要采用磁性液体的二阶浮力原理，如对比文献1(公开号CN102032304A的申请专利)所述、对比文献2(公开号CN104074903A的申请专利)所述、对比文献3(公开号CN102042359A的申请专利)所述、对比文献4(公开号CN102494070A)所述、对比文献5(公开号JP11-230255A)所述和对比文献6(公开号CN103122965A)所述，少数采用了磁性液体的一阶浮力原理，如对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述和对比文献8(公开号CN104235248A的申请专利)。

对比文献1(公开号为CN102032304A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁外壳、磁性液体、永磁铁、螺母、端盖、螺栓、螺钉、密封垫和O型密封圈。该申请专利通过将圆柱形的永磁铁作为质量块，在非导磁外壳内注满磁性液体，从而利用磁性液体的二阶浮力原理使得质量块悬浮在壳体中。当外界振动时，质量块和壳体之间的相对运动造成磁性液体在质量块与壳体之间的间隙中流动，从而产生粘性损耗。然而，该专利所述的减振器由于利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块必须是永磁铁，因此在实际应用中存在以下不足：第一、永磁铁两端的磁场非常强，而磁性液体在磁场的作用下粘度会急剧增大，因此在永磁铁与壳体之间的磁性液体的流动将非常困难，从而对惯性力不敏感，减振效果差；第二、永磁铁的材料通常比较脆，若振动加速度极大时，很容易造成永磁铁与壳体之间的碰撞，最终导致永磁铁碎裂，从而造成减振器失效，因此不具有实用性。

对比文献2(公开号为CN104074903A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁壳体、螺栓、螺母、永磁铁、磁性液体、非磁性外壳、O型圈、气孔、环形间隙等。该申请专利也是将永磁铁作为质量块，在永磁铁两端吸附少量磁性液体，利用磁性液体的二阶浮力原理使得永磁铁悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁铁始终处于壳体的正中，但当永磁体沿圆弧状曲面运动时，由于永磁体的底面为平面，易于外壳弧形内壁发生擦碰，且在加速度极大时，易出现永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题，因此不具有实用性。

对比文献3(公开号为CN102042359A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器与对比文献1所述的装置结构类似，但对比文献3在永磁铁上加工有4～8个通孔，该通孔可以使得磁性液体流动更加顺畅，且增大摩擦面积。然而，由于永磁铁两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁铁与壳体之间的磁性液体都会因为粘度过大而无法正常流动，因此在永磁铁上加工通孔所产生的效果并不明显；其次，由于在永磁铁上加工通孔，增加了永磁铁的易碎性，在加速度极大时，永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题将更加突出，同时，圆柱形永磁体在侧面产生的磁场较弱，因此所提供的定心力不足，因此不具有实用性。

对比文献4(公开号CN102494070A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器原理与对比文献1所述装置原理类似，但该专利所述装置将壳体加工成空心球状，永磁铁加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决永磁铁碎裂和磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。

对比文献5(公开号JP11-230255A的申请专利)所述的减振器，该减振器是一种用于转轴振动的减振器，其利用磁性液体的二阶浮力原理，将永磁铁作为一个旋转质量块。虽然该专利在壳体壁面安装了一个陶瓷环5来避免永磁铁与壳体的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性远大于永磁铁，当发生相撞时，陶瓷环5极易碎裂从而污染减振器内部腔室使得减振效果下降。同时，该专利也无法解决磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。

对比文献6(公开号CN103122965A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减太阳能帆板振动的减振器，其利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块为环形永磁体。该专利通过用带锥角的垫片来保持永磁体的居中位置，通过在壳体内壁粘接沿径向充磁的第一环形永磁体来防止作为质量块的第二环形永磁体的撞壁，第一环形永磁体与第二环形永磁体同极相对。当在航天器发射过程中，加速度极大，有时会超过10个重力加速度时，第一环形永磁体和第二环形永磁体间距越小斥力越大，可以有效防止第二环形永磁体沿径向的撞壁行为。然而由于永磁体之间的斥力为不平衡力，因此第二环形永磁体在受到沿径向的斥力的同时，还会受到一个沿轴向的力矩，该力矩很容易导致第二环形永磁体与壳体端盖或底面相撞，最终导致第二环形永磁体碎裂，不具有实用性。

对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减转轴振动的减振器，其利用了磁性液体的一阶浮力原理，质量块为环形非导磁物质，在转轴上安装一圈永磁铁使得质量块在周向不发生偏移。然而，通过磁性液体的一阶浮力原理可知，单独一组永磁铁对非导磁性的物质悬浮是不稳定的，很容易导致质量块在沿转轴轴向方向产生偏移和扰动，因此该专利不具有实用价值。

对比文献8(公开号CN104235248A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器利用两个环形永磁体将沙漏状的非导磁性质量块悬浮，质量块的锥形角提供轴向方向的回复力，然而该专利应用于地面时，环形永磁体产生的磁场无法将质量较大的质量块悬浮，在大加速度冲击下，非常容易造成质量块与永磁体之间的碰撞，从而造成永磁体的碎裂。此外，该专利所述装置安装极其不方便，甚至无法进行安装，从而不具备实用性。

因此急需对磁性液体阻尼减振器的结构进行重新设计和改进，使其能够应用在大冲击和高频振动场合。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构缺陷造成磁性液体流动困难、永磁体易碎裂、定心效果不好和粘性耗能效率不高等问题，使其无法在大冲击和高频振动场合中得到应用。特提供内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该减振器包括：质量块上盖、中心永磁体、壳体、磁性液体、质量块下盖、定位永磁体、支撑杆、端盖。

将所述中心永磁体和定位永磁体分别固定连接在支撑杆的两个端面，形成磁场源。将所述质量块上盖和质量块下盖固定连接，形成质量块。将磁场源装入质量块的空腔内部，并在磁场源与质量块的间隙中注入磁性液体。将定位永磁体的下端面固定连接在端盖的上表面，并在定位永磁体表面注入磁性液体。将端盖与壳体固定连接，形成减振器外壳。

支撑杆和质量块下盖之间的单侧径向间隙小于质量块上盖与壳体之间的单侧径向间隙，而中心永磁体和质量块上盖之间的单侧径向间隙等于质量块上盖与壳体之间的单侧径向间隙。当振动能力较大时，质量块将与减振器外壳发生碰撞，而不会与中心永磁体产生碰撞，避免了中心永磁体的碎裂。此外，质量块与减振器外壳之间的碰撞阻尼远大于磁性液体流动产生的阻尼，可以使该减振器可以对100Hz以上的振动产生较大的减振效果。

中心永磁体下表面的磁极和定位永磁体上表面的磁极相同，即N(S)和N(S)极排列，这样可以防止磁性液体在中心永磁体和定位永磁体之间产生连接。

中心永磁体、定位永磁体、质量块上盖和质量块下盖的形状完全相同，可以是矩形，也可以是圆柱形，但端面尺寸不相同。其中，定位永磁体的端面尺寸小于质量块下盖的端面尺寸。

质量块上盖、壳体、质量块下盖、支撑杆和端盖的材料均为非导磁性材料，如实木、铝、钛、金、银和铜等。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：(1)质量块选用非导磁性材料，因此可以选择硬度较小的材料，从而可有效解决撞壁后质量块碎裂问题，也避免了因磁粘效应引起的流动困难问题；(2)质量块与中心永磁体之间的间隙和质量块与壳体之间的间隙尺寸不同，在100Hz以上的振动频率和冲击下，质量块与壳体发生碰撞，产生碰撞阻尼，减小振动，使得该减振器不仅可以应用在0.1～20Hz的场合，也可以应用于100Hz以上的场合。

附图说明

图1内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器；

图1中：质量块上盖1、中心永磁体2、壳体3、磁性液体4、质量块下盖5、定位永磁体6、支撑杆7、端盖8。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器，如图1，该减振装置包括：质量块上盖1、中心永磁体2、壳体3、磁性液体4、质量块下盖5、定位永磁体6、支撑杆7、端盖8。

构成该装置的各部分之间的连接：

将所述中心永磁体2和定位永磁体6分别固定连接在支撑杆7的两个端面，形成磁场源；将所述质量块上盖1和质量块下盖5固定连接，形成质量块；将磁场源装入质量块的空腔内部，并在磁场源与质量块的间隙中注入磁性液体4；将定位永磁体6的下端面固定连接在端盖8的上表面，并在定位永磁体6表面注入磁性液体4；将端盖8与壳体3固定连接，形成减振器外壳。

为了便于拆卸和维修，质量块上盖1和质量块下盖5可以由对称的分瓣结构构成，通过螺钉或胶粘等方式固定连接。

Claims (1)

1.内置质量块的一阶浮力磁性液体减振器，其特征在于：该减振器包括：质量块上盖(1)、中心永磁体(2)、壳体(3)、磁性液体(4)、质量块下盖(5)、定位永磁体(6)、支撑杆(7)、端盖(8)；

将所述中心永磁体(2)和定位永磁体(6)分别固定连接在支撑杆(7)的两个端面，形成磁场源；将所述质量块上盖(1)和质量块下盖(5)固定连接，形成质量块；将磁场源装入质量块的空腔内部，并在磁场源与质量块的间隙中注入磁性液体(4)；将定位永磁体(6)的下端面固定连接在端盖(8)的上表面，并在定位永磁体(6)表面注入磁性液体(4)；将端盖(8)与壳体(3)固定连接，形成减振器外壳；

支撑杆(7)和质量块下盖(5)之间的单侧径向间隙小于质量块上盖(1)与壳体(3)之间的单侧径向间隙；

中心永磁体(2)和质量块上盖(1)之间的单侧径向间隙等于质量块上盖(1)与壳体(3)之间的单侧径向间隙；

中心永磁体(2)下表面的磁极和定位永磁体(6)上表面的磁极不同；

定位永磁体(6)的端面尺寸小于质量块下盖(5)的端面尺寸；

质量块上盖(1)、壳体(3)、质量块下盖(5)、支撑杆(7)和端盖(8)的材料均为非导磁性材料。

Images