專利名稱：一種磁浮式隔減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于混合振動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境的隔減振裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技工業(yè)及其產(chǎn)品迅速增長(zhǎng)，對(duì)工作環(huán)境的要求不斷提高，例如納米技術(shù)處理材料與微粒的尺度在IOOnm以下，其工作環(huán)境必需極端穩(wěn)定；高科技領(lǐng)域的許多其它振動(dòng)敏感的精密儀器的生產(chǎn)與產(chǎn)品，如激光設(shè)備、光電顯微鏡、半導(dǎo)體器件、集成電路、微芯片與處理器等，都對(duì)工作環(huán)境有極端嚴(yán)格的要求；另一方面，現(xiàn)實(shí)的環(huán)境卻因交通工具、工作人員、電梯、真空泵、壓縮機(jī)、風(fēng)扇等工作設(shè)備運(yùn)行而不可避免地產(chǎn)生振動(dòng)干擾，這些振動(dòng)通常振幅相當(dāng)微小，在微米量級(jí)，加速度在毫米每平方秒量級(jí)，頻率范圍為(T500HZ，屬于微振動(dòng)。隨機(jī)的微振動(dòng)足以對(duì)高技術(shù)生產(chǎn)及其振動(dòng)敏感產(chǎn)品的工作造成一定甚至嚴(yán)重的影響。因此，如何解決精密儀器平臺(tái)的隔減振或者各種微振動(dòng)環(huán)境的隔減振問(wèn)題已成為當(dāng)前的一項(xiàng)迫切任務(wù)。這就要求所設(shè)計(jì)的隔減振裝置不僅對(duì)中高頻干擾具有良好的隔減振效果，而且對(duì)低頻和超低頻干擾，也具有有效的隔減振效果。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的關(guān)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究資料可知，被動(dòng)控制技術(shù)理論研究較早也較充分，工程應(yīng)用也較為廣泛，但不能根據(jù)實(shí)際外部激勵(lì)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，而且其對(duì)低頻和超低頻干擾控制效果不佳，有時(shí)甚至?xí)糯蟊豢亟Y(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)；主動(dòng)控制技術(shù)出力大、能耗小、反應(yīng)迅速，其基本原理是根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制力輸出，通過(guò)傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行采集，再通過(guò)處理器運(yùn)算得到相應(yīng)的輸出控制力命令。不僅對(duì)中高頻干擾具有良好的隔減振效果，而且對(duì)低頻和超低頻干擾，也具有有效的隔減振效果。所以主動(dòng)控制技術(shù)有較大的研究與應(yīng)用開發(fā)價(jià)值，是當(dāng)今工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域的國(guó)際前沿性研究課題之一；混合控制技術(shù)同時(shí)采用了兩種以上控制技術(shù)來(lái)抑制振動(dòng)反應(yīng)，綜合考慮可行性和控制效果，其性能優(yōu)于單種控制技術(shù)。

實(shí)用新型內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題:本實(shí)用新型的目的是開發(fā)一種控制力實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)，水平向和豎向都具有優(yōu)良隔減振效果的磁浮式隔減振裝置。技術(shù)方案:本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置包括從下至上依次設(shè)置的基座、勵(lì)磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設(shè)置有磁芯，勵(lì)磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵(lì)磁線圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒內(nèi)壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設(shè)置有永磁體，浮式活塞的下部穿過(guò)防水透氣薄膜置入硅油中。本實(shí)用新型中，永磁體的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)。本實(shí)用新型中，浮式活塞的頂端設(shè)置有上連接法蘭，基座的周邊設(shè)置有下連接法
AA
~o[0008]本實(shí)用新型中，浮式活塞是該裝置的傳力部件，控制力通過(guò)浮式活塞直接作用于被控結(jié)構(gòu)，浮式活塞底端設(shè)置有永磁體，永磁體底端設(shè)置粘彈性材料圓環(huán)。上套筒與下套筒之間采用通過(guò)螺紋和密封材料連接，上套筒中放置硅油，浮式活塞置于硅油中，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)上套筒內(nèi)壁和浮式活塞的防水透氣薄膜，該薄膜不僅可以防止硅油泄露，而且不阻礙浮式活塞在各方向的振動(dòng)?；判旧侠p繞勵(lì)磁線圈，其與下套筒通過(guò)螺紋連接，通電時(shí)下套筒和基座形成閉合磁路，其上端磁極與浮式活塞下端磁極相同，浮式活塞在磁極排斥力作用下懸浮于硅油中，粘彈性材料圓環(huán)將發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。在振動(dòng)激勵(lì)作用下，浮式活塞會(huì)在硅油中豎向顫振和橫向晃動(dòng)，其水平向約束僅由硅油提供，因此該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)，同時(shí)硅油的約束作用會(huì)將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，起到耗能減振作用。本實(shí)用新型裝置可以與智能控制器連接，智能控制器由傳感器、接口電路、智能控制系統(tǒng)和可控電源組成。智能控制器通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變浮式活塞與下缸筒之間的排斥力，實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。有益效果:本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置，具有控制力實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)，水平向和豎向都具有優(yōu)良隔減振效果的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:(I)該裝置的豎向控制力由浮式活塞和下套筒之間的排斥力產(chǎn)生，通過(guò)智能控制器調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變浮式活塞與下套筒之間的排斥力，最終實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。(2)本裝置的浮式活塞懸浮于硅油中，其水平向的約束僅由硅油提供，因此該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)。(3)本裝置的磁芯基座與擾動(dòng)源直接相連，受擾動(dòng)時(shí)，浮式活塞會(huì)在硅油中豎向顫振和橫向晃動(dòng)，硅油會(huì)約束這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程中硅油將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而起到耗能減振作用。(4)本裝置的浮式活塞下端設(shè)置粘彈性材料圓環(huán)，當(dāng)勵(lì)磁線圈不通電流時(shí)，由于上部結(jié)構(gòu)的自重，浮式活塞將壓向下套筒，粘彈性材料圓環(huán)會(huì)阻隔在兩者之間，起到隔減振的作用；當(dāng)勵(lì)磁線圈通電使浮式活塞懸浮于硅油中時(shí)，該粘彈性材料圓環(huán)發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。

圖1為本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有:1.基座；11.磁芯；12.下連接法蘭；2.勵(lì)磁線圈；3.下套筒；4.上套筒；41.防水透氣薄膜；5.浮式活塞；51.永磁體；52.粘彈性材料圓環(huán)；53.上連接法蘭；
6.娃油。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置由基座1、勵(lì)磁線圈2、下套筒3、上套筒4和浮式活塞5組成?；鵌上設(shè)置有磁芯11，勵(lì)磁線圈2套在磁芯11外部，下套筒3與基座I連接，將磁芯11和勵(lì)磁線圈2套在其中，上套筒4中放置有硅油6，硅油6上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒4內(nèi)壁上的防水透氣薄膜41，浮式活塞5的底端設(shè)置有永磁體51，浮式活塞5的下部穿過(guò)防水透氣薄膜41置入硅油6中。永磁體51的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)52 ;浮式活塞5的頂端設(shè)置有上連接法蘭53，基座I的周邊設(shè)置有下連接法蘭12。具體使用時(shí)，以精密平臺(tái)隔減振為例，假設(shè)精密平臺(tái)結(jié)構(gòu)平面形狀為矩形，可將四個(gè)本實(shí)用新型的隔減振裝置通過(guò)下連接法蘭12連接于精密平臺(tái)基礎(chǔ)底板，再通過(guò)上連接法蘭53將這四個(gè)裝置分別與精密平臺(tái)四個(gè)角部連接。在基座I上安裝智能控制器，通過(guò)傳感器實(shí)測(cè)平臺(tái)基礎(chǔ)傳來(lái)的振動(dòng)激勵(lì)。當(dāng)實(shí)測(cè)激勵(lì)很小(3-5s時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，加速度激勵(lì)幅值小于某一設(shè)定的值)時(shí)，智能控制器關(guān)閉，此時(shí)勵(lì)磁線圈2不通電流，由于上部結(jié)構(gòu)的自重，浮式活塞5將壓向下套筒3，粘彈性材料圓環(huán)52會(huì)阻隔在兩者之間，起到隔減振的作用；當(dāng)實(shí)測(cè)激勵(lì)較大(3-5s時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，加速度激勵(lì)幅值大于某一設(shè)定的值)時(shí)，智能控制器開啟，此時(shí)勵(lì)磁線圈2通電，在磁極排斥力作用下，浮式活塞5與下套筒3分離并懸浮于硅油6中，粘彈性材料圓環(huán)52將發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維持浮式活塞5的平衡，防止其左右傾斜。當(dāng)實(shí)測(cè)激勵(lì)較大時(shí)，如果振動(dòng)激勵(lì)向下，為防止精密平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)增大勵(lì)磁線圈2的電流，則磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，浮式活塞5和下套筒3之間的排斥力隨之增大，浮式活塞5將頂升精密平臺(tái)，使精密平臺(tái)保持平穩(wěn)；如果振動(dòng)激勵(lì)向上，為防止精密平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，應(yīng)減小勵(lì)磁線圈2的電流，則磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，浮式活塞I和下套筒3之間的排斥力隨之減小，緩解向上的頂升力，使精密平臺(tái)保持平穩(wěn)。本實(shí)用新型的隔減振裝置控制電流的選擇擬采用分段控制策略或者模糊控制策略。智能控制器通過(guò)其傳感器實(shí)測(cè)被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)，再通過(guò)接口電路傳輸?shù)剿闹悄芸刂葡到y(tǒng)中，調(diào)用所設(shè)計(jì)的控制策略運(yùn)算得出相應(yīng)控制電流，實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置，其浮式活塞懸浮于硅油6中，其水平向的約束僅由硅油6提供，因此該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)。由于其基座I與擾動(dòng)源直接相連，受擾動(dòng)時(shí)，浮式活塞5會(huì)在硅油6中豎向顫振和橫向晃動(dòng)，硅油6會(huì)阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程中硅油6將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，起到耗能減振作用。本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置是一種用于精密隔減振的混合振動(dòng)控制裝置，該裝置可以應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境。由于不同精密儀器、特種機(jī)械所處的工作環(huán)境不同，因此所需的最大出力也不同。本實(shí)用新型的磁浮式隔減振裝置尺寸須符合特定的使用條件；硅油一般選用500號(hào) 10000號(hào)硅油；粘彈性材料的損耗因子一般為0.3 1.0 ;防水透氣薄膜采用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制作；上套筒采用不繡鋼制作；基座和下套筒選用DT4電工純鐵制作；其他部件采用45#鋼制作。
權(quán)利要求1.一種磁浮式隔減振裝置，其特征在于，該裝置包括從下至上依次設(shè)置的基座(I)、勵(lì)磁線圈(2)、下套筒(3)、上套筒(4)和浮式活塞(5)，所述基座(I)上設(shè)置有磁芯(11)，勵(lì)磁線圈(2)套在所述磁芯(11)外部，所述下套筒(3)與基座(I)連接，將磁芯(11)和勵(lì)磁線圈(2)套在其中，所述上套筒(4)中放置有硅油(6)，所述硅油(6)上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒(4)內(nèi)壁上的防水透氣薄膜(41)，所述浮式活塞(5)的底端設(shè)置有永磁體(51)，浮式活塞(5)的下部穿過(guò)防水透氣薄膜(41)置入硅油(6)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮式隔減振裝置，其特征在于，所述永磁體(51)的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮式隔減振裝置，其特征在于，所述浮式活塞(5)的頂端設(shè)置有上連接法蘭(53 )，所述基座(I)的周邊設(shè)置有下連接法蘭(12)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種磁浮式隔減振裝置，包括從下至上依次設(shè)置的基座、勵(lì)磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設(shè)置有磁芯，勵(lì)磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵(lì)磁線圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒內(nèi)壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設(shè)置有永磁體，浮式活塞的下部穿過(guò)防水透氣薄膜置入硅油中。本實(shí)用新型是一種用于精密隔減振的混合振動(dòng)控制裝置，可以應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境。
文檔編號(hào)F16F6/00GK203051612SQ20122073075
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者徐趙東, 陳曦, 郭迎慶, 郭維陽(yáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)