CN1324248C - 刚度和阻尼均可控的减振器 - Google Patents

Abstract

刚度和阻尼均可控的减振器涉及使用磁流变材料作为阻尼介质的减振器，该减振器由内套(1)、外套(2)、磁流变弹性体(3)、内线圈绕组(4)、外线圈绕组(5)、阻磁环(6)组成；内套、外套中均有空腔，在内套的空腔内设有内线圈绕组，在外套的空腔内设有外线圈绕组，内套为柱状或环状，磁流变弹性体为环状、位于内套的外周，外套亦为环状、位于磁流变弹性体的外周，磁流变弹性体与外套、内套三者同心；磁流变弹性体同时与内套和外套固接；在内套、外套与磁流变弹性体相接的壁上分别设有开口，开口中设阻磁环。该刚度和阻尼均可控的减振器的减振效果好，结构简单，无需封装，稳定性好。

Description

刚度和阻尼均可控的减振器

技术领域

本发明涉及一种机械减振器，尤其是涉及使用磁流变材料作为阻尼介质的减振器。

背景技术

传统的减振器(或称隔振器)是以橡胶或金属弹簧为弹性体。以橡胶为弹性体的减振器虽然阻尼大，但承载能力弱，对环境条件要求苛刻；以各种金属弹簧作为弹性体的减振器，其最大优点是可以根据人们的要求设计制作成各种刚度的弹簧，承受载荷的能力强，但这种减振器普遍存在着体积大、压缩量也大且几乎无阻尼的弱点。由于这些原因使得人们在选用传统减振器时受到许多条件的限制，为了满足某些指标的要求常常不得不牺牲一些其它的性能要求，有时还会影响到机器设备的使用性能。按照传统的隔振设计思想，普通隔振系统的阻尼不宜过大。如果单是从谐振控制观点出发，希望增加系统的阻尼值，达到减小谐振传递率，限制谐振幅值。但是若从单纯隔振角度来说，阻尼值的增加会降低隔振效果。其通常的设计方法，一种是使系统的谐振频率尽量避开激励频率，以获得良好的隔振设计效果；另一种是当激励频率较宽，系统的谐振频率不能避开激励频率或者很难避开时，只能适当增加系统的阻尼值，使隔振系统既具有比较好的隔振效果，又兼顾到谐振控制，对谐振放大具有一定的控制能力。很显然这种作法无论是对谐振控制还是高频振动隔离，都不能达到最佳设计效果。近年来，已有人利用磁流变材料提高减振器的综合性能，如中国专利(申请号：99810493.0)提供了一种利用磁流变液的减振器。但磁流变液为液体，导致整个减振器结构复杂，同时增加了封装的难度，且磁流变液本身易沉降，稳定性较差。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种减振效果好，结构简单，无需封装，稳定性好的刚度和阻尼均可控的减振器。

技术方案：整个减振系统包括执行部分的减振器和控制部分。

减振器由内套、外套、磁流变弹性体、内线圈绕组、外线圈绕组、阻磁环组成；内套、外套中均有空腔，在内套的空腔内设有内线圈绕组，在外套的空腔内设有外线圈绕组，内套为柱状或环状，磁流变弹性体为环状、位于内套的外周，外套亦为环状、位于磁流变弹性体的外周，磁流变弹性体与外套、内套三者同心；磁流变弹性体同时与内套和外套固接；在内套、外套与磁流变弹性体相接的壁上分别设有开口，开口中设阻磁环。

内套和外套可为锥筒的形状，内套和外套之间的磁流变弹性体亦为锥筒的形状。内套、外套的材料均为软铁磁性材料，阻磁环由非铁磁性材料制成。

有益效果：采用上述方案，有以下优点：

1，通过控制线圈的电流可控制穿过弹性体的磁场，从而可根据振源来调整磁流变弹性体的刚度和阻尼，从而达到半主动控制的目的。

2，由于采用磁流变弹性体作为阻尼介质，使其兼有磁流变材料和弹性体的优点，具有变刚度和变阻尼(由外磁场可控)等性能，又克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点。

3，由于磁流变弹性体中非均匀场的面积只与阻磁环有关。这样，可同时增大线圈的空间，而减小阻磁环与磁流变弹性体的接触面积，大大提高了磁流变弹性体的工作效率；与弹性体相接的将全是金属，从而提高了弹性体与内、外套固接的能力。

4，结构简单，无需封装。

附图说明

图1所示是本发明减振器的结构示意图；

图2所示是本发明减振器的内套和外套为锥筒的形状，内套和外套之间的磁流变弹性体亦为锥筒的形状的结构示意图；

图3所示是本发明减振器内套为中心没有通孔、内部有空腔的圆柱体，即内套为柱状的结构示意图。

图4所示是本发明减振器的磁路示意图。其中磁路只在一侧表示，另一侧省略。

以上的图中有：内套1，外套2，磁流变弹性体3，内线圈绕组4，外线圈绕组5，阻磁环6，内套盖7，外套盖8，控制电路9，电源发生器10，传感器11，减振对象及其连接件12，磁力线13。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明所涉及的减振系统包括执行部分(即减振器)和控制部分。其中减振器由内套1，外套2，磁流变弹性体3，内线圈绕组4，外线圈绕组5，阻磁环6组成。磁流变弹性体3位于内套1和外套2之间，同时与内套1和外套2固接。内套1为中心有通孔、内部有空腔的直筒状圆柱体，即内套为圆环状(还可以是矩形环状、椭圆形环状等合适的形状，以适应减振对象的形状或安装要求等)。内套中的空腔可采用多种加工方式形成，例如在柱体上铣出与中心通孔同心的圆槽，使柱体的纵截面呈“U”字型，然后在柱体上端设内套盖7，该盖通过螺钉固定在柱体上，使内套中形成空腔；内套盖与柱体共同构成空心圆环状的内套；内线圈绕组绕于内套的空腔内、与内套呈同心圆状。外套结构与内套结构相似，外套盖8与柱体共同构成空心圆环状的外套2，外线圈绕组也同样绕于外套的空腔内、与外套呈同心圆状。内、外套及盖由软铁磁性材料(如硅钢、坡莫合金、低碳钢)制成。

内套与外套间的磁流变弹性体也为直筒状，与内套的外侧面和外套的内侧面硫化在一起，磁流变弹性体与外套、内套三者同心。磁流变弹性体(MR elastomers)是磁流变材料的一个新的分支。它是由高分子聚合物(如橡胶、聚酯材料等)和铁磁性颗粒组成，混合有铁磁性颗粒的聚合物在外加磁场作用下固化，利用磁流变效应(即铁磁性颗粒在磁场方向形成链或柱状聚集结构)，使颗粒在基体中形成有序结构。固化后这种有序结构就根植在基体中，它的力学、电学、磁学诸性能可以由外加磁场来控制。

在内、外套与磁流变弹性体相接的壁上，分别设有开口，阻磁环6通过过盈配合将开口封闭，阻磁环由非铁磁性材料(如铜、铝)制成。

开口和阻磁环起到限制磁力线走向的作用，使线圈产生的磁场穿过弹性体，而不是沿着外套或内套本身形成闭合回路。阻磁环的厚度可以分别与内套、外套的壁厚一致以便于内、外套与磁流变弹性体之间的固接，而阻磁环的高度可以利用有限元软件根据情况进行优化计算，使线圈产生的磁场绝大部分磁力线13均匀穿过弹性体(参见图4)。

内套的中心通孔可为螺孔，通过内套的中心螺孔可将本减振器与被减振对象及其连接件12固定在一起。外套底部有外凸台。外凸台上有通孔，通过外凸台上的通孔可以用螺钉将整个减振器安装在所需的位置(如地面上，机床底座上)。

减振器作为整个减振系统的执行部分，通过控制部分对其减振状态进行控制。控制部分由控制电路9，电源发生器10，传感器11组成。传感器11安装在被减振对象处并与控制电路9相接，控制电路9再与电源发生器10相接，电源发生器10与减振器线圈绕组相接。其控制方法有以下两种。

控制方法1：电源发生器加到线圈上的电压可为直流电压，交流电压，或直、交流电压叠加。其控制流程为：传感器获取减振对象的振动信号，将振动信号传给控制电路；控制电路通过振动分析，按照所需的隔振要求发出控制信号，然后将控制信号传达给电源发生器；电源发生器根据控制信号决定加载到减振器线圈绕组上的电流的时机和电流幅值的大小。

控制方法2：电源发生器加到线圈上的电压为交流电压，或直、交流电压叠加。其控制流程为：传感器获取减振对象的振动信号，将振动信号传给控制电路；控制电路通过振动分析，按照所需的隔振要求发出控制信号，然后将控制信号传达给电源发生器；电源发生器根据控制信号决定加载到减振器线圈绕组上的电流的相位和电流幅值的大小。

由于磁流变弹性体的刚度和阻尼由所加磁场可控，磁场的大小由所加电流可控，从而可以根据所需的隔振要求，调节磁流变弹性体的刚度和阻尼，达到所需的隔振效果。

实施例2：

如图2所示，减振器中，内套1和外套2还可以是锥筒，内外套之间的磁流变弹性体3亦可以为锥筒。磁流变弹性体与内套的外侧面和外套的内侧面硫化在一起。在内、外套的空腔内分别有线圈绕组。当内、外套与弹性体之间的结合足够牢固时，弹性体亦可不必与内、外套等高。采用锥筒，弹性体不仅受到剪切还受到挤压，调整锥筒的锥度可以调节弹性体受剪切与挤压的程度。这样不仅能对沿中轴线方向的振动激励有减振作用，还能对垂直于中轴线方向的振动激励有一定的减振效果，从而具备了三向减振的能力。

实施例3：

如图3所示，在减振器中，内套1还可以为中心没有通孔、内部有空腔的圆柱体，即内套为柱状(还可以是矩形柱、椭圆形柱等合适的形状，以适应减振对象的形状或安装要求等)。其它结构可以与实施例1或实施例2相似，即内套1，外套2，磁流变弹性体3均为直筒状或锥筒状。磁流变弹性体与内套的外侧面和外套的内侧面硫化在一起。当内、外套与弹性体之间的结合足够牢固时，弹性体亦可不必与内、外套等高。在内、外套的空腔内分别有内、外线圈绕组。内套可以由直接加工出的上、下两个“凹”形部分相合而形成空腔，外套也可以直接用铸造或模压的方式加工出“C”形而形成空腔。内套壁上的开口可通过与内套固接(例如焊接在一起)的阻磁环6封闭。内套1通过螺钉与被减振对象及其连接件12连接。

Claims (3)

1、一种刚度和阻尼均可控的减振器，其特征在于该减振器由内套(1)、外套(2)、磁流变弹性体(3)、内线圈绕组(4)、外线圈绕组(5)、阻磁环(6)组成；内套(1)、外套(2)中均有空腔，在内套(1)的空腔内设有内线圈绕组(4)，在外套的空腔内设有外线圈绕组(5)，内套(1)为柱状或环状，磁流变弹性体(3)为环状并位于内套(1)的外周，外套(2)亦为环状并位于磁流变弹性体(3)的外周，磁流变弹性体(3)与外套(2)、内套(1)三者同心；磁流变弹性体(3)同时与内套(1)和外套(2)固接；在内套(1)、外套(2)与磁流变弹性体(3)相接的壁上分别设有开口，开口中设阻磁环(6)。

2、据权利要求1所述的刚度和阻尼均可控的减振器，其特征在于内套(1)和外套(2)为锥筒的形状，内套(1)和外套(2)之间的磁流变弹性体(3)亦为锥筒的形状。

3、根据权利要求1或2所述的刚度和阻尼均可控的减振器，其特征在于内套(1)、外套(2)的材料均为软铁磁性材料，阻磁环(6)由非铁磁性材料制成。

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