本實(shí)用新型涉及一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器，適用于航天器中長(zhǎng)直物體的減振。

背景技術(shù)：

磁性液體阻尼減振器是一種被動(dòng)減振器，對(duì)慣性力的敏感度較高，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗能大和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于空間飛行器特殊的運(yùn)行環(huán)境，其自身體積、重量和能源受到一定的限制，因此磁性液體阻尼減振器非常適合于大型航天器長(zhǎng)直物體的低頻率、小振幅的減振，如空間站的太陽(yáng)能帆板、天線等，同時(shí)，其在地面上也具有廣闊的應(yīng)用前景，如長(zhǎng)達(dá)百米的大功率天線的減振，精密天平的減振等等。然而現(xiàn)有磁性液體阻尼減振器由于多種結(jié)構(gòu)問(wèn)題無(wú)法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，具體問(wèn)題如下：

現(xiàn)在最為常見(jiàn)的磁性液體阻尼減振器主要采用磁性液體的二階浮力原理，如對(duì)比文獻(xiàn)1(公開(kāi)號(hào)CN102032304A的申請(qǐng)專利)所述、對(duì)比文獻(xiàn)2(公開(kāi)號(hào)CN104074903A的申請(qǐng)專利)所述、對(duì)比文獻(xiàn)3 (公開(kāi)號(hào)CN102042359A的申請(qǐng)專利)所述、對(duì)比文獻(xiàn)4(公開(kāi)號(hào) CN102494070A)所述、對(duì)比文獻(xiàn)5(公開(kāi)號(hào)JP11-230255A)所述、對(duì)比文獻(xiàn)6(公開(kāi)號(hào)CN103122965A)所述、對(duì)比文獻(xiàn)7(公開(kāi)號(hào)CN 104847826A)和對(duì)比文獻(xiàn)8(公開(kāi)號(hào)CN 104613120B)所述，少數(shù)采用了磁性液體的一階浮力原理，如對(duì)比文獻(xiàn)9(公開(kāi)號(hào)JP11-223247A 的申請(qǐng)專利)所述。

對(duì)比文獻(xiàn)1(公開(kāi)號(hào)為CN102032304A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器包括非導(dǎo)磁外殼、磁性液體、永磁體、螺母、端蓋、螺栓、螺釘、密封墊和O型密封圈。該申請(qǐng)專利通過(guò)將圓柱形的永磁體作為質(zhì)量塊，在非導(dǎo)磁外殼內(nèi)注滿磁性液體，從而利用磁性液體的二階浮力原理使得質(zhì)量塊懸浮在殼體中。當(dāng)外界振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊和殼體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成磁性液體在質(zhì)量塊與殼體之間的間隙中流動(dòng)，從而產(chǎn)生粘性損耗。該專利所述的減振器利用了磁性液體的二階浮力原理，通過(guò)在殼體內(nèi)充滿磁性液體使得永磁體能夠穩(wěn)定懸浮在殼體中，然而由于磁性液體的磁粘效應(yīng)，當(dāng)磁性液體充滿殼體后，永磁體在殼體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)將非常緩慢，減振效果不好。其次，由于質(zhì)量塊為永磁體，殼體為普通圓柱桶狀，因此質(zhì)量塊重量和回復(fù)力大小均不可調(diào)，因此在工程應(yīng)用中不具有實(shí)用性。

對(duì)比文獻(xiàn)2(公開(kāi)號(hào)為CN104074903A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器包括非導(dǎo)磁殼體、螺栓、螺母、永磁體、磁性液體、非磁性外殼、O型圈、氣孔、環(huán)形間隙等。該申請(qǐng)專利也是將永磁體作為質(zhì)量塊，在永磁體兩端吸附少量磁性液體，利用磁性液體的二階浮力原理使得永磁體懸浮，通過(guò)將殼體內(nèi)壁加工成圓弧狀使得磁性液體產(chǎn)生彈性力，從而使得永磁體始終處于殼體的正中。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)也不需要將磁性液體充滿整個(gè)殼體，從而避免了對(duì)比文獻(xiàn)1的磁性液體充滿后在永磁體兩端的流動(dòng)困難問(wèn)題。然而當(dāng)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)質(zhì)量塊將發(fā)生偏斜，導(dǎo)致質(zhì)量塊底面與殼體弧形內(nèi)壁發(fā)生刮蹭現(xiàn)象，導(dǎo)致減振效果不明顯，同時(shí)該專利所用氣孔需要安接外套，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致整個(gè)減振器質(zhì)量增加，因此不具有實(shí)用性。

對(duì)比文獻(xiàn)3(公開(kāi)號(hào)為CN102042359A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器與對(duì)比文獻(xiàn)1所述的裝置結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但對(duì)比文獻(xiàn)3 在永磁體上加工有4～8個(gè)通孔，該通孔可以使得磁性液體流動(dòng)更加順暢，且增大摩擦面積。然而，由于磁性液體充滿整個(gè)腔室，且永磁體兩端磁場(chǎng)非常強(qiáng)，無(wú)論是通孔內(nèi)的磁性液體還是永磁體與殼體之間的磁性液體都會(huì)因?yàn)檎扯冗^(guò)大而無(wú)法正常流動(dòng)，因此在永磁體上加工通孔的效果并不明顯，因此不具有實(shí)用性。

對(duì)比文獻(xiàn)4(公開(kāi)號(hào)CN102494070A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器原理與對(duì)比文獻(xiàn)1所述裝置原理類(lèi)似，但該專利所述裝置將殼體加工成圓形的空心球狀，永磁體加工成實(shí)心球狀。然而，單純的形狀改變并不能解決磁性液體在永磁體與殼體之間流動(dòng)困難的問(wèn)題，因此不具有實(shí)用性。

對(duì)比文獻(xiàn)5(公開(kāi)號(hào)JP11-230255A的申請(qǐng)專利)所述的減振器，該減振器是一種用于轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的減振器，其利用磁性液體的二階浮力原理，將永磁體作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊。該專利也無(wú)法解決磁性液體在永磁體與殼體之間流動(dòng)困難的問(wèn)題，因此不具有實(shí)用性。

對(duì)比文獻(xiàn)6(公開(kāi)號(hào)CN103122965A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器是一種用于消減太陽(yáng)能帆板振動(dòng)的減振器，其利用了磁性液體的二階浮力原理，質(zhì)量塊為環(huán)形永磁體。該專利通過(guò)用帶錐角的墊片來(lái)保持永磁體的居中位置，然而當(dāng)圓柱形永磁體在殼體底部運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于錐角墊片的作用將發(fā)生傾斜從而導(dǎo)致永磁體與墊片發(fā)生刮蹭，粘性耗能降低，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在一定問(wèn)題。

對(duì)比文獻(xiàn)7(公開(kāi)號(hào)CN104847826A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器的質(zhì)量塊由兩個(gè)圓柱形永磁體和一個(gè)圓柱形連接棒構(gòu)成，在兩個(gè)圓柱形永磁體上包裹磁性液體，并通過(guò)利用一個(gè)中間直徑小而向兩端直徑逐漸增大的錐形殼體壓迫磁性液體從而形成回復(fù)力。然而，該減振器的永磁體由于是圓柱形，其懸浮高度過(guò)低，在振幅稍微偏大時(shí)，永磁體就將于殼體發(fā)生碰撞，嚴(yán)重時(shí)將造成阻尼減振器失效。

對(duì)比文獻(xiàn)8(公開(kāi)號(hào)CN 104613120B的申請(qǐng)專利)和對(duì)比文獻(xiàn)7 (公開(kāi)號(hào)CN104847826A的申請(qǐng)專利)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，僅僅是在殼體中間部位加工成一個(gè)圓柱形，從一定程度上避免了質(zhì)量塊由于傾斜造成的與殼體刮蹭的問(wèn)題。但任然解決不了圓柱形永磁體端面懸浮力小，懸浮高度過(guò)低，從而適用振幅過(guò)小的問(wèn)題。

對(duì)比文獻(xiàn)9(公開(kāi)號(hào)JP11-223247A的申請(qǐng)專利)所述的減振器裝置，該減振器是一種用于消減轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的減振器，其利用了磁性液體的一階浮力原理，質(zhì)量塊為環(huán)形非導(dǎo)磁物質(zhì)，在轉(zhuǎn)軸上安裝一圈永磁體使得質(zhì)量塊在周向不發(fā)生偏移。然而，通過(guò)磁性液體的一階浮力原理可知，單獨(dú)一組永磁體對(duì)非導(dǎo)磁性的物質(zhì)懸浮是不穩(wěn)定的，很容易導(dǎo)致質(zhì)量塊在沿轉(zhuǎn)軸軸向方向產(chǎn)生偏移和擾動(dòng)，因此該專利不具有實(shí)用價(jià)值。

因此急需對(duì)磁性液體阻尼減振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使其能夠在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，現(xiàn)有磁性液體阻尼減振器由于多種結(jié)構(gòu)缺陷造成磁性液體流動(dòng)等問(wèn)題，使其無(wú)法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用。特提供一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器。

本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器，該阻尼減振器包括：左矩形永磁體、殼體、連接棒、通氣槽、右矩形永磁體和磁性液體。

所述殼體外部為矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為啞鈴形結(jié)構(gòu)。在殼體前壁面和后壁面的內(nèi)表面均加工有一個(gè)梯形凸臺(tái)。在殼體的底部加工有一個(gè)矩形凹槽，其長(zhǎng)度與殼體底部的內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度相同，形成一個(gè)通氣槽。所述左矩形永磁體、連接棒和右矩形永磁體從左到右依次固定連接形成工作單元，并保證同軸。在左矩形永磁體和右矩形永磁體上注射一定量的磁性液體。

所述殼體為非導(dǎo)磁性材料，其前壁面和后壁面的梯形凸臺(tái)的銳角為5°≤θ<20°。該梯形凸臺(tái)可以使工作單元在振動(dòng)過(guò)程中始終受到一個(gè)指向?qū)ΨQ中心的定心力。另外，該梯形凸臺(tái)加工在殼體的前壁面和后壁面可以有效的避免對(duì)比文獻(xiàn)(7)和(8)中重力造成的工作單元懸浮位置過(guò)低，從而對(duì)底部造成的刮蹭問(wèn)題。

所述左矩形永磁體和右矩形永磁體大小尺寸完全相同，為矩形結(jié)構(gòu)，磁極為同極相對(duì)的排列方式；所述連接棒也為矩形結(jié)構(gòu)，其寬度小于殼體前壁面和后壁面之間的最小間隙。左矩形永磁體和右矩形永磁體選用矩形使得克服重力的二階懸浮力有了極大的提高，從而使得該阻尼減振器可應(yīng)用的振幅范圍更廣。

所述通氣槽的深度h大于3mm；由左矩形永磁體、連接棒和右矩形永磁體所形成的工作單元與殼體之間的間隙l大于振動(dòng)的振幅 2mm。所述連接棒材料可選用導(dǎo)磁、非導(dǎo)磁等材料。連接棒可以選用不易變形的任何材質(zhì)的材料，在太空中應(yīng)用時(shí)，優(yōu)選密度較大的導(dǎo)磁性材料或非導(dǎo)磁性材料，如鐵、銅或鉛等；在地面應(yīng)用時(shí)，優(yōu)選密度較小的非導(dǎo)磁性材料，如鋁，也可選用永久磁鐵。

本實(shí)用新型和已有技術(shù)相比所具有的有益效果如下：(1)殼體左、右壁面的梯形凸臺(tái)可以給由左矩形永磁體、連接棒和右矩形永磁體所形成的工作單元提供一個(gè)定心作用，使工作單元在振動(dòng)過(guò)程中始終受到一個(gè)指向?qū)ΨQ中心的定心力，且加工在前、后兩個(gè)壁面可以防止工作單元運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傾斜以及與殼體的刮蹭問(wèn)題；(2)通氣槽可以確保腔室兩側(cè)氣體不會(huì)被壓縮，產(chǎn)生壓強(qiáng)波動(dòng)，從而不會(huì)影響左、右矩形永磁體的運(yùn)動(dòng)速度；(3)左、右矩形永磁體為矩形可以防止重力造成的工作單元懸浮位置過(guò)低，從而對(duì)底部造成的刮蹭問(wèn)題；(4)連接棒使得工作單元的質(zhì)量可以根據(jù)環(huán)境要求進(jìn)行選擇，擴(kuò)大了減振器的使用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器正視圖；

圖2一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器俯視圖；

圖3一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器三維圖。

圖1中：左矩形永磁體1、殼體2、連接棒3、通氣槽4、右矩形永磁體5和磁性液體6。

具體實(shí)施方式

以附圖為具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種內(nèi)錐角磁性液體阻尼減振器，如圖1，該減振裝置包括：左矩形永磁體1、殼體2、連接棒3、通氣槽4、右矩形永磁體5和磁性液體6；所述殼體2外部為矩形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為啞鈴形結(jié)構(gòu)；在殼體2 前壁面和后壁面的內(nèi)表面均加工有一個(gè)梯形凸臺(tái)；在殼體2的底部加工有一個(gè)矩形凹槽，其長(zhǎng)度與殼體2底部的內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度相同，形成一個(gè)通氣槽4；所述左矩形永磁體1、連接棒3和右矩形永磁體5從左到右依次固定連接形成工作單元，并保證同軸；在左矩形永磁體1和右矩形永磁體5上注射一定量的磁性液體6。

所述殼體2為非導(dǎo)磁性材料，其前壁面和后壁面的梯形凸臺(tái)的銳角為5°≤θ<20°。

所述左矩形永磁體1和右矩形永磁體5大小尺寸完全相同，為矩形結(jié)構(gòu)，磁極為同極相對(duì)的排列方式；所述連接棒3也為矩形結(jié)構(gòu)，其寬度小于殼體2前壁面和后壁面之間的最小間隙。

所述通氣槽4的深度h大于3mm；由左矩形永磁體1、連接棒3 和右矩形永磁體5所形成的工作單元與殼體2之間的間隙l大于振動(dòng)的振幅2mm。