專利名稱：剛度和阻尼均可控的減振器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械減振器，尤其是涉及使用磁流變材料作為阻尼介質(zhì)的減振器。
背景技術：
傳統(tǒng)的減振器(或稱隔振器)是以橡膠或金屬彈簧為彈性體。以橡膠為彈性體的減振器雖然阻尼大，但承載能力弱，對環(huán)境條件要求苛刻；以各種金屬彈簧作為彈性體的減振器，其最大優(yōu)點是可以根據(jù)人們的要求設計制作成各種剛度的彈簧，承受載荷的能力強，但這種減振器普遍存在著體積大、壓縮量也大且?guī)缀鯚o阻尼的弱點。由于這些原因使得人們在選用傳統(tǒng)減振器時受到許多條件的限制，為了滿足某些指標的要求常常不得不犧牲一些其它的性能要求，有時還會影響到機器設備的使用性能。按照傳統(tǒng)的隔振設計思想，普通隔振系統(tǒng)的阻尼不宜過大。如果單是從諧振控制觀點出發(fā)，希望增加系統(tǒng)的阻尼值，達到減小諧振傳遞率，限制諧振幅值。但是若從單純隔振角度來說，阻尼值的增加會降低隔振效果。其通常的設計方法，一種是使系統(tǒng)的諧振頻率盡量避開激勵頻率，以獲得良好的隔振設計效果；另一種是當激勵頻率較寬，系統(tǒng)的諧振頻率不能避開激勵頻率或者很難避開時，只能適當增加系統(tǒng)的阻尼值，使隔振系統(tǒng)既具有比較好的隔振效果，又兼顧到諧振控制，對諧振放大具有一定的控制能力。很顯然這種作法無論是對諧振控制還是高頻振動隔離，都不能達到最佳設計效果。近年來，已有人利用磁流變材料提高減振器的綜合性能，如中國專利(申請?zhí)?9810493.0)提供了一種利用磁流變液的減振器。但磁流變液為液體，導致整個減振器結構復雜，同時增加了封裝的難度，且磁流變液本身易沉降，穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本實用新型的目的是提供一種減振效果好，結構簡單，無需封裝，穩(wěn)定性好的剛度和阻尼均可控的減振器。
技術方案整個減振系統(tǒng)包括執(zhí)行部分的減振器和控制部分。
減振器由內(nèi)套、外套、磁流變彈性體、內(nèi)線圈繞組、外線圈繞組、阻磁環(huán)組成；內(nèi)套、外套中均有空腔，在內(nèi)套的空腔內(nèi)設有內(nèi)線圈繞組，在外套的空腔內(nèi)設有外線圈繞組，內(nèi)套為柱狀或環(huán)狀，磁流變彈性體為環(huán)狀、位于內(nèi)套的外周，外套亦為環(huán)狀、位于磁流變彈性體的外周，磁流變彈性體與外套、內(nèi)套三者同心；磁流變彈性體同時與內(nèi)套和外套固接；在內(nèi)套、外套與磁流變彈性體相接的壁上分別設有開口，開口中設阻磁環(huán)。
內(nèi)套和外套可為錐筒的形狀，內(nèi)套和外套之間的磁流變彈性體亦為錐筒的形狀。
內(nèi)套、外套的材料均為軟鐵磁性材料，阻磁環(huán)由非鐵磁性材料制成。
有益效果采用上述方案，有以下優(yōu)點1，通過控制線圈的電流可控制穿過彈性體的磁場，從而可根據(jù)振源來調(diào)整磁流變彈性體的剛度和阻尼，從而達到半主動控制的目的。
2，由于采用磁流變彈性體作為阻尼介質(zhì)，使其兼有磁流變材料和彈性體的優(yōu)點，具有變剛度和變阻尼(由外磁場可控)等性能，又克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點。
3，由于磁流變彈性體中非均勻場的面積只與阻磁環(huán)有關。這樣，可同時增大線圈的空間，而減小阻磁環(huán)與磁流變彈性體的接觸面積，大大提高了磁流變彈性體的工作效率；與彈性體相接的將全是金屬，從而提高了彈性體與內(nèi)、外套固接的能力。
4，結構簡單，無需封裝。


圖1所示是本實用新型減振器的結構示意圖；圖2所示是本實用新型減振器的內(nèi)套和外套為錐筒的形狀，內(nèi)套和外套之間的磁流變彈性體亦為錐筒的形狀的結構示意圖；圖3所示是本實用新型減振器內(nèi)套為中心沒有通孔、內(nèi)部有空腔的圓柱體，即內(nèi)套為柱狀的結構示意圖。
圖4所示是本實用新型減振器的磁路示意圖。其中磁路只在一側(cè)表示，另一側(cè)省略。
以上的圖中有內(nèi)套1，外套2，磁流變彈性體3，內(nèi)線圈繞組4，外線圈繞組5，阻磁環(huán)6，內(nèi)套蓋7，外套蓋8，控制電路9，電源發(fā)生器10，傳感器11，減振對象及其連接件12，磁力線13。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，本實用新型所涉及的減振系統(tǒng)包括執(zhí)行部分(即減振器)和控制部分。其中減振器由內(nèi)套1，外套2，磁流變彈性體3，內(nèi)線圈繞組4，外線圈繞組5，阻磁環(huán)6組成。磁流變彈性體3位于內(nèi)套1和外套2之間，同時與內(nèi)套1和外套2固接。內(nèi)套1為中心有通孔、內(nèi)部有空腔的直筒狀圓柱體，即內(nèi)套為圓環(huán)狀(還可以是矩形環(huán)狀、橢圓形環(huán)狀等合適的形狀，以適應減振對象的形狀或安裝要求等)。內(nèi)套中的空腔可采用多種加工方式形成，例如在柱體上銑出與中心通孔同心的圓槽，使柱體的縱截面呈“U”字型，然后在柱體上端設內(nèi)套蓋7，該蓋通過螺釘固定在柱體上，使內(nèi)套中形成空腔；內(nèi)套蓋與柱體共同構成空心圓環(huán)狀的內(nèi)套；內(nèi)線圈繞組繞于內(nèi)套的空腔內(nèi)、與內(nèi)套呈同心圓狀。外套結構與內(nèi)套結構相似，外套蓋8與柱體共同構成空心圓環(huán)狀的外套2，外線圈繞組也同樣繞于外套的空腔內(nèi)、與外套呈同心圓狀。內(nèi)、外套及蓋由軟鐵磁性材料(如硅鋼、坡莫合金、低碳鋼)制成。
內(nèi)套與外套間的磁流變彈性體也為直筒狀，與內(nèi)套的外側(cè)面和外套的內(nèi)側(cè)面硫化在一起，磁流變彈性體與外套、內(nèi)套三者同心。磁流變彈性體(MR elastomers)是磁流變材料的一個新的分支。它是由高分子聚合物(如橡膠、聚酯材料等)和鐵磁性顆粒組成，混合有鐵磁性顆粒的聚合物在外加磁場作用下固化，利用磁流變效應(即鐵磁性顆粒在磁場方向形成鏈或柱狀聚集結構)，使顆粒在基體中形成有序結構。固化后這種有序結構就根植在基體中，它的力學、電學、磁學諸性能可以由外加磁場來控制。
在內(nèi)、外套與磁流變彈性體相接的壁上，分別設有開口，阻磁環(huán)6通過過盈配合將開口封閉，阻磁環(huán)由非鐵磁性材料(如銅、鋁)制成。
開口和阻磁環(huán)起到限制磁力線走向的作用，使線圈產(chǎn)生的磁場穿過彈性體，而不是沿著外套或內(nèi)套本身形成閉合回路。阻磁環(huán)的厚度可以分別與內(nèi)套、外套的壁厚一致以便于內(nèi)、外套與磁流變彈性體之間的固接，而阻磁環(huán)的高度可以利用有限元軟件根據(jù)情況進行優(yōu)化計算，使線圈產(chǎn)生的磁場絕大部分磁力線13均勻穿過彈性體(參見圖4)。
內(nèi)套的中心通孔可為螺孔，通過內(nèi)套的中心螺孔可將本減振器與被減振對象及其連接件12固定在一起。外套底部有外凸臺。外凸臺上有通孔，通過外凸臺上的通孔可以用螺釘將整個減振器安裝在所需的位置(如地面上，機床底座上)。
減振器作為整個減振系統(tǒng)的執(zhí)行部分，通過控制部分對其減振狀態(tài)進行控制?？刂撇糠钟煽刂齐娐?，電源發(fā)生器10，傳感器11組成。傳感器11安裝在被減振對象處并與控制電路9相接，控制電路9再與電源發(fā)生器10相接，電源發(fā)生器10與減振器線圈繞組相接。其控制方法有以下兩種。
控制方法1電源發(fā)生器加到線圈上的電壓可為直流電壓，交流電壓，或直、交流電壓疊加。其控制流程為傳感器獲取減振對象的振動信號，將振動信號傳給控制電路；控制電路通過振動分析，按照所需的隔振要求發(fā)出控制信號，然后將控制信號傳達給電源發(fā)生器；電源發(fā)生器根據(jù)控制信號決定加載到減振器線圈繞組上的電流的時機和電流幅值的大小。
控制方法2電源發(fā)生器加到線圈上的電壓為交流電壓，或直、交流電壓疊加。其控制流程為傳感器獲取減振對象的振動信號，將振動信號傳給控制電路；控制電路通過振動分析，按照所需的隔振要求發(fā)出控制信號，然后將控制信號傳達給電源發(fā)生器；電源發(fā)生器根據(jù)控制信號決定加載到減振器線圈繞組上的電流的相位和電流幅值的大小。
由于磁流變彈性體的剛度和阻尼由所加磁場可控，磁場的大小由所加電流可控，從而可以根據(jù)所需的隔振要求，調(diào)節(jié)磁流變彈性體的剛度和阻尼，達到所需的隔振效果。
實施例2如圖2所示，減振器中，內(nèi)套1和外套2還可以是錐筒，內(nèi)外套之間的磁流變彈性體3亦可以為錐筒。磁流變彈性體與內(nèi)套的外側(cè)面和外套的內(nèi)側(cè)面硫化在一起。在內(nèi)、外套的空腔內(nèi)分別有線圈繞組。當內(nèi)、外套與彈性體之間的結合足夠牢固時，彈性體亦可不必與內(nèi)、外套等高。采用錐筒，彈性體不僅受到剪切還受到擠壓，調(diào)整錐筒的錐度可以調(diào)節(jié)彈性體受剪切與擠壓的程度。這樣不僅能對沿中軸線方向的振動激勵有減振作用，還能對垂直于中軸線方向的振動激勵有一定的減振效果，從而具備了三向減振的能力。
實施例3如圖3所示，在減振器中，內(nèi)套1還可以為中心沒有通孔、內(nèi)部有空腔的圓柱體，即內(nèi)套為柱狀(還可以是矩形柱、橢圓形柱等合適的形狀，以適應減振對象的形狀或安裝要求等)。其它結構可以與實施例1或?qū)嵤├?相似，即內(nèi)套1，外套2，磁流變彈性體3均為直筒狀或錐筒狀。磁流變彈性體與內(nèi)套的外側(cè)面和外套的內(nèi)側(cè)面硫化在一起。當內(nèi)、外套與彈性體之間的結合足夠牢固時，彈性體亦可不必與內(nèi)、外套等高。在內(nèi)、外套的空腔內(nèi)分別有內(nèi)、外線圈繞組。內(nèi)套可以由直接加工出的上、下兩個“凹”形部分相合而形成空腔，外套也可以直接用鑄造或模壓的方式加工出“C”形而形成空腔。內(nèi)套壁上的開口可通過與內(nèi)套固接(例如焊接在一起)的阻磁環(huán)6封閉。內(nèi)套1通過螺釘與被減振對象及其連接件12連接。
權利要求1.一種剛度和阻尼均可控的減振器，其特征在于該減振器由內(nèi)套(1)、外套(2)、磁流變彈性體(3)、內(nèi)線圈繞組(4)、外線圈繞組(5)、阻磁環(huán)(6)組成；內(nèi)套(1)、外套(2)中均有空腔，在內(nèi)套(1)的空腔內(nèi)設有內(nèi)線圈繞組(4)，在外套的空腔內(nèi)設有外線圈繞組(5)，內(nèi)套(1)為柱狀或環(huán)狀，磁流變彈性體(3)為環(huán)狀并位于內(nèi)套(1)的外周，外套(2)亦為環(huán)狀并位于磁流變彈性體(3)的外周，磁流變彈性體(3)與外套(2)、內(nèi)套(1)三者同心；磁流變彈性體(3)同時與內(nèi)套(1)和外套(2)固接；在內(nèi)套(1)、外套(2)與磁流變彈性體(3)相接的壁上分別設有開口，開口中設阻磁環(huán)(6)。
2.據(jù)權利要求1所述的剛度和阻尼均可控的減振器，其特征在于內(nèi)套(1)和外套(2)為錐筒的形狀，內(nèi)套(1)和外套(2)之間的磁流變彈性體(3)亦為錐筒的形狀。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的剛度和阻尼均可控的減振器，其特征在于內(nèi)套(1)、外套(2)的材料均為軟鐵磁性材料，阻磁環(huán)(6)由非鐵磁性材料制成。
專利摘要剛度和阻尼均可控的減振器涉及使用磁流變材料作為阻尼介質(zhì)的減振器，該減振器由內(nèi)套(1)、外套(2)、磁流變彈性體(3)、內(nèi)線圈繞組(4)、外線圈繞組(5)、阻磁環(huán)(6)組成；內(nèi)套、外套中均有空腔，在內(nèi)套的空腔內(nèi)設有內(nèi)線圈繞組，在外套的空腔內(nèi)設有外線圈繞組，內(nèi)套為柱狀或環(huán)狀，磁流變彈性體為環(huán)狀、位于內(nèi)套的外周，外套亦為環(huán)狀、位于磁流變彈性體的外周，磁流變彈性體與外套、內(nèi)套三者同心；磁流變彈性體同時與內(nèi)套和外套固接；在內(nèi)套、外套與磁流變彈性體相接的壁上分別設有開口，開口中設阻磁環(huán)。該剛度和阻尼均可控的減振器的減振效果好，結構簡單，無需封裝，穩(wěn)定性好。
文檔編號F16F15/03GK2783044SQ200520070319
公開日2006年5月24日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權日2005年4月1日
發(fā)明者鄧華夏, 龔興龍, 張培強, 張先舟, 朱應順 申請人:中國科學技術大學