CN204533318U - 永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器 - Google Patents

Abstract

永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，属于机械工程振动领域。成功解决了现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用的问题。该装置包括左定位永磁体(1)、左壳体(2)、磁性液体(3)、第一耗能永磁体(4)、连接棒(5)、第二耗能永磁体(6)、右壳体(7)、右定位永磁体(8)、通气槽(9)，当外界振动时，磁性液体随第一耗能永磁体(4)和第二耗能永磁体(6)一起运动，从而吸收能量，左定位永磁体(1)和右定位永磁体(8)在由于永磁体的斥力作用使得质量块与壳体(2)之间形成频率差，使减振效率达到最大。

Description

永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器

技术领域

本实用新型涉及永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，适用于航天器中长直物体的减振。

背景技术

磁性液体阻尼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。由于空间飞行器特殊的运行环境，其自身体积、重量和能源受到一定的限制，因此磁性液体阻尼减振器非常适合于大型航天器长直物体的低频率、小振幅的减振，如空间站的太阳能帆板、天线等，同时，其在地面上也具有广阔的的应用前景，如长达百米的大功率天线的减振，精密天平的减振等等。然而现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，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)，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。

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、永磁体、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体作为质量块，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，质量块必须是永磁体，因此在实际应用中存在以下不足：第一、永磁体两端的磁场非常强，而磁性液体在磁场的作用下粘度会急剧增大，因此在永磁体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、永磁体的材料通常比较脆，当航天器发射升空时，加速度极大，很容易造成永磁体与壳体之间的碰撞，最终导致永磁体碎裂，从而造成减振器失效没，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、永磁体、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体作为质量块，在永磁体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体悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁体始终处于壳体的正中。同时，该结构也不需要将磁性液体充满整个壳体，从而避免了对比文献1的磁性液体充满后在永磁体两端的流动困难问题。然而该专利无法克服在加速度极大时，永磁体与壳体之间碰撞所导致的永磁体碎裂问题，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在永磁体上加工有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，由于永磁体两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁体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，因此在永磁体上加工通孔的效果并不明显；其次，由于在永磁体上加工通孔，加大了永磁体的脆性，在加速度极大时，永磁体与壳体之间碰撞所导致的永磁体碎裂问题将更加突出，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圆形的空心球状，永磁体加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决永磁体碎裂和磁性液体在永磁体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，将永磁体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来避免永磁体与壳体的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性远大于永磁体，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体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，因此在航天器发射过程中，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体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，单独一组永磁体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。

同时，对比文献8(公开号CN103149384A的申请专利)所述的磁性液体传感器，利用在壳体内部加工锥角的方式给永磁体提供一个回复力，并通过在壳体内壁开槽保证腔室两侧气体的流通，然而该专利不能避免永磁体在运动过程中倾斜后与壳体的刮蹭问题，同时也会导致永磁体倾斜后使得凹槽截面积减小，气体流通受阻从而降低永磁体与壳体之间的相对运动速度。再者，该专利的结构也很容易造成永磁体与壳体发生碰撞。

除上述问题外，现有磁性液体阻尼减振技术还存在以下问题，如在失重环境下或深空环境中有较好的减振效果，然而在地面时，无论磁性液体的一阶浮力原理还是二阶浮力原理都受到重力的严重影响，质量块过重则与壳体下表面距离过小甚至接触，质量块过轻又无法达到减振效果，因此使得磁性液体阻尼减振器在地面应用时无法进行竖直方向的振动衰减，对水平方向的振动进行衰减时，效果也远不如失重环境。

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，使其能够在实际工程中得到应用。

实用新型内容

本实用新型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、永磁体易碎裂和受重力影响严重而无法在地面进行减振等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一阶浮力原理的磁性液体阻尼减振器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一阶浮力原理的磁性液体阻尼减振器，包括左定位永磁体、左壳体、磁性液体、第一耗能永磁体、连接棒、第二耗能永磁体、右壳体、右定位永磁体、通气槽。

所述左壳体为桶状，左定位永磁体固定连接在左壳体的底部，左壳体内孔侧壁加工有通气槽；所述右壳体与左壳体结构尺寸相同，左壳体和右壳体固定连接形成壳体；所述第一耗能永磁体、连接棒和第二耗能永磁体固定连接，并在第一耗能永磁体和第二耗能永磁体上注射磁性液体形成质量块，将质量块放入壳体中。

所述左壳体和右壳体均为非导磁性材料，内孔加工有通气槽，通气槽数量为2～6个，沿内孔圆周方向均匀分布，所有通气槽的截面总面积为壳体内孔直径通孔面积的1/8～1/3。通气槽可以确保腔室两侧气体的流通，至少2个以上沿圆周均匀分布的通气槽可以防止现有技术(对比文献2和8所述装置)在地面使用时，由于重力影响使得磁性液体堵住通气槽或减小通气槽的面积，影响质量块的运动速度。

所述左定位永磁体和第一耗能永磁体为同极相对，右定位永磁体和第二耗能永磁体为同极相对，左定位永磁体与右定位永磁体结构尺寸相同，直径等于壳体内径，第一耗能永磁体和第二耗能永磁体结构尺寸相同，直径小于壳体内径。左、右定位永磁体与第一、第二耗能永磁体之间的斥力给由第一耗能永磁体、连接棒和第二耗能永磁体所形成的质量块提供了一个稳定的定心力，同时，该定心力随着永磁体之间距离的减小将急剧增加，因此可有效防止第一、第二耗能永磁体的撞壁情况。

所述连接棒直径小于第一、第二耗能永磁体的直径，可以加强第一、第二耗能永磁体所产生的磁场梯度，更有利于由第一耗能永磁、连接棒和第二耗能永磁体所形成的质量块的悬浮。由于连接棒可选用任意材料，因此可根据需要调整整个质量块的重量，从而对减振效率进行调控。

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果：(1)通气槽的设计可以防止由于重力影响使得磁性液体堵住通气槽或减小通气槽的面积，影响质量块的运动速度；(2)左、右定位永磁体与第一、第二耗能永磁体之间的斥力给质量块提供了一个稳定的定心力，同时，可有效防止第一、第二耗能永磁体的撞壁情况；(3)连接棒可以对质量块的重量进行调整，从而对减振效率进行调控。

附图说明

图1永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器；

图2通气槽个数为2时左壳体的侧视图；

图3通气槽个数为4时左壳体的侧视图；

图4通气槽个数为6时左壳体的侧视图；

图1中：左定位永磁体1、左壳体2、磁性液体3、第一耗能永磁体4、连接棒5、第二耗能永磁体6、右壳体7、右定位永磁体8、通气槽9。

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：

永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，如图1，该减振装置包括：左定位永磁体1、左壳体2、磁性液体3、第一耗能永磁体4、连接棒5、第二耗能永磁体6、右壳体7、右定位永磁体8、通气槽9。

构成该装置的各部分之间的连接：

先将左定位永磁体1装入左壳体2内孔底部，并固定连接，形成带定位永磁体的左壳体，再将右定位永磁体8装入右壳体7内孔底部，并固定连接，形成带定位永磁体的右壳体，连接方式为粘接方式。

将第一耗能永磁体4、连接棒5和第二耗能永磁体6依次固定连接，形成质量块，连接方式为粘接方式。然后在第一耗能永磁体4和第二耗能永磁体6上注入磁性液体3。将注入磁性液体3的质量块放入左壳体2和右壳体7所形成的壳体中，将左、右壳体固定连接，连接方式为粘接方式。

所述左壳体2和右壳体7均选用非导磁性材料。

所述连接棒5可以用于调配整个质量块的重量，即可选用导磁性材料也可选用非导磁性材料，甚至可以是永磁体。

Claims (4)

1.永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，其特征在于：包括左定位永磁体(1)、左壳体(2)、磁性液体(3)、第一耗能永磁体(4)、连接棒(5)、第二耗能永磁体(6)、右壳体(7)、右定位永磁体(8)、通气槽(9)；所述左壳体(2)为桶状，左定位永磁体(1)固定连接在左壳体(2)的底部，左壳体(2)内孔侧壁加工有通气槽(9)；所述右壳体(7)与左壳体(2)结构尺寸相同，左壳体(2)和右壳体(7)固定连接形成壳体；所述第一耗能永磁体(4)、连接棒(5)和第二耗能永磁体(6)固定连接，并在第一耗能永磁体(4)和第二耗能永磁体(6)上注射磁性液体(3)形成质量块，将质量块放入壳体中。

2.根据权利要求1所述的永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，其特征在于：

所述左壳体(2)和右壳体(7)均为非导磁性材料，内孔加工有通气槽(9)，通气槽(9)数量为2～6个，沿内孔圆周方向均匀分布，所有通气槽(9)的截面总面积为壳体内孔直径通孔面积的1/8～1/3。

3.根据权利要求1或2所述的永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，其特征在于：

所述左定位永磁体(1)和第一耗能永磁体(4)为同极相对，右定位永磁体(8)和第二耗能永磁体(6)为同极相对，左定位永磁体(1)与右定位永磁体(8)结构尺寸相同，直径等于壳体内径，第一耗能永磁体(4)和第二耗能永磁体(6)结构尺寸相同，直径小于壳体内径。

4.根据权利要求1所述的永磁体提供回复力的磁性液体阻尼减振器，其特征在于：

所述连接棒(5)直径小于第一、第二耗能永磁体的直径。