一種磁流變液阻尼隔振器的制作方法

本發(fā)明屬于振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種剪切模式的磁流變液阻尼器和磁流變液構(gòu)成的阻抗周期分布的磁流變液阻尼隔振器。

背景技術(shù)：

振動(dòng)會(huì)引起一系列問題，比如振動(dòng)引起機(jī)械零部件的疲勞損壞、松脫斷裂失效、直接或間接造成設(shè)備事故。鑒于此在航天航空、軍工槍炮、汽車等行業(yè)中已使用各種各樣的隔振器來減振消能。

磁流變液是一種在磁場(chǎng)作用下能夠快速、可逆地由流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ取⒌土鲃?dòng)性的bingham彈塑性體的智能材料。磁流變液能夠隨著外部磁場(chǎng)的變化快速地改變自身狀態(tài)(響應(yīng)時(shí)間短)，能耗較小，能夠輸出較大的阻尼力。磁流變液材料隨著磁場(chǎng)變化而改變自身物理特性時(shí)，不僅可以改變阻尼、彈性模量，還能夠改變對(duì)彈性波的阻抗，這引起了相關(guān)學(xué)者的興趣，將其應(yīng)用到可調(diào)節(jié)的聲子晶體結(jié)構(gòu)中構(gòu)成磁流變液隔振器。

聲子晶體的研究為振動(dòng)控制領(lǐng)域提供新的思路，近幾年隨著流變智能材料的快速發(fā)展，推動(dòng)了周期結(jié)構(gòu)在振動(dòng)控制技術(shù)中的應(yīng)用。聲子晶體是由兩種或兩種以上彈性材料組成，具有彈性波禁帶特性的周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)。彈性波在此周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)形成能帶結(jié)構(gòu)，能帶之間波無法傳播的頻率范圍稱為帶隙。在帶隙頻率范圍內(nèi)，彈性波將會(huì)被抑制。聲子晶體的禁帶由材料的彈性模量、填充率及晶格決定，因此其有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性。雖然聲子晶體具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，但是一旦參數(shù)確定后帶隙也就固定了，材料無法隨著振動(dòng)信號(hào)的變化作出響應(yīng)。因此，研究人員開始關(guān)注含有智能材料的可控聲子晶體，用流變材料替代不可調(diào)的彈性體，使聲子晶體中的一部分彈性體可控，則可通過外部電磁場(chǎng)控制聲子晶體的帶隙。

盡管現(xiàn)有的減振降噪結(jié)構(gòu)多種多樣，然而，要不只利用磁流變液的阻尼特性研制磁流變液阻尼器，要不只利用聲子晶體帶隙特性研究振動(dòng)能量耗散，目前還很少有結(jié)合磁流變液的阻尼、剛度可控特性和聲子晶體的帶隙能量耗散特性所設(shè)計(jì)的磁流變液阻尼隔振器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)已有的磁流變液阻尼器的基礎(chǔ)上引入聲子晶體結(jié)構(gòu)，利用磁流變液剪切阻尼力和周期結(jié)構(gòu)具有彈性波帶隙的特點(diǎn)，為需要更高減振降噪要求的精密儀器提出一種磁流變液阻尼隔振器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種磁流變液阻尼隔振器，包括磁流變液阻尼器和磁流變液隔振器，磁流變液阻尼器和磁流變液隔振器由法蘭連接，在連接處有密封圈密封；該磁流變液阻尼器包括工作缸、活塞組件和蓄能器三部分；工作缸包括缸筒、上封蓋和活塞組件；活塞組件包括空心活塞桿、安裝在活塞桿端部的活塞頭、同軸裝在空心活塞桿上的活塞導(dǎo)向器、磁芯；磁芯為若干個(gè)工字形盤狀結(jié)構(gòu)，在磁芯工字形盤狀結(jié)構(gòu)的凹槽處均勻纏繞著勵(lì)磁線圈，相鄰線圈之間的繞線方向相反，防止相鄰磁場(chǎng)相互抵消；磁芯和活塞導(dǎo)向器之間布置絕緣墊片，以免影響磁場(chǎng)分布；活塞導(dǎo)向器的外緣和缸筒內(nèi)壁密閉接合，整個(gè)活塞導(dǎo)向器由鎖緊墊片和支撐環(huán)固定，而且活塞導(dǎo)向器內(nèi)部開有數(shù)個(gè)流通孔，當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)起到導(dǎo)流作用；在缸筒外部開有小孔與外部蓄能器連接，蓄能器內(nèi)部裝有滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞將蓄能器腔體分為上、下腔體，上腔體內(nèi)裝有彈簧。

所述的磁流變液隔振器包括工作缸、外部電磁鐵組兩部分；工作缸外壁設(shè)計(jì)有若干凸肩；外部電磁鐵組由若干單片電磁鐵構(gòu)成，電磁鐵由螺線管線圈和導(dǎo)磁體構(gòu)成，且電磁鐵內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有凹槽，與工作缸外壁凸肩配合安裝，起到固定電磁鐵作用。

所述的磁流變液阻尼器缸筒采用導(dǎo)磁率高的低碳鋼材料做成，下部分磁流變液隔振器缸筒采用導(dǎo)磁率低的鋁材料做成；工作時(shí)上下缸體內(nèi)充滿磁流變液；空心活塞桿外端設(shè)置有連接被控對(duì)象的主體或承接載體的裝置。

本發(fā)明的有益效果是：

在不加電流作用下或控制系統(tǒng)故障時(shí)，磁流變液阻尼隔振器變成傳統(tǒng)的阻尼器，同樣具有一定的阻尼力可起到減振作用。多層電磁鐵布置構(gòu)成聲子晶體結(jié)構(gòu)，引入聲子晶體結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)的阻隔，而且通過外加磁場(chǎng)可以調(diào)節(jié)彈性波帶隙范圍，從而將磁流變液阻尼器減振之余的彈性波耗散在周期結(jié)構(gòu)中。本磁流變液阻尼隔振器不僅從磁流變液剪切阻尼力角度減振，利用磁流變液在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生流變特性，其阻尼力可以在毫秒級(jí)時(shí)間里瞬間增大，阻礙活塞運(yùn)動(dòng)起到減振效果；還利用聲子晶體周期結(jié)構(gòu)對(duì)彈性波具有帶隙的特點(diǎn)對(duì)振動(dòng)能量進(jìn)行耗散，將某一頻段的彈性波耗散在“黑洞”里，同樣起到減振降噪效果?？梢詫⑦@種新的耦合結(jié)構(gòu)用于精密儀器減振或潛艇的聲隱等對(duì)減振降噪要求高的場(chǎng)合。阻尼器采用外置蓄能器，以縮短阻尼器長(zhǎng)度，可用于船舶等內(nèi)部狹小空間。

附圖說明

圖1是磁流變液阻尼隔振器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是外置電磁鐵結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是勵(lì)磁線圈兩端加載電流時(shí)內(nèi)部形成的工作磁路示意圖。

具體實(shí)施方式

一種基于磁流變液阻尼器和磁流變液隔振器耦合作用的新型可控阻尼隔振器，所述的磁流變液阻尼隔振器包括工作缸、活塞組件、蓄能，電磁鐵組?；钊M件包括空心活塞桿、同軸裝在空心活塞桿上的活塞導(dǎo)向器，電磁鐵芯及活塞頭，活塞頭與空心活塞桿固定連結(jié)；上工作缸包括缸筒、上封蓋；缸筒內(nèi)充滿磁流變液，電磁鐵芯為數(shù)個(gè)工字形盤狀結(jié)構(gòu)，在磁芯工字形盤狀結(jié)構(gòu)的凹槽處均勻纏繞著勵(lì)磁線圈，相鄰線圈之間的繞線方向相反，防止磁場(chǎng)抵消，磁芯與活塞導(dǎo)向器之間有絕緣墊片；活塞導(dǎo)向器內(nèi)部開有數(shù)個(gè)流通孔，活塞導(dǎo)向器由鎖緊墊片固定；上缸筒側(cè)邊開孔與外部蓄能器相連，蓄能器內(nèi)部裝有滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞將蓄能器腔體分為上下腔體兩部分，上腔體內(nèi)裝有彈簧；下缸筒外部設(shè)計(jì)成帶有多對(duì)凸肩結(jié)構(gòu)，凸肩與電磁鐵凹槽配合安裝；下工作腔外部布置了多層電磁鐵，構(gòu)成電磁鐵組，每個(gè)電磁鐵縱向間隔相等距離(間隔距離等于電磁鐵厚度)布置；上缸筒、磁芯和電磁鐵組為磁導(dǎo)率高的材料做成；下缸筒為不導(dǎo)磁的鋁材料；

本磁流變液阻尼隔振器的上工作腔勵(lì)磁線圈的引出線由空心活塞桿引出，勵(lì)磁線圈外有非導(dǎo)磁線圈保護(hù)套(即絕緣封膠)，使磁力線通過由缸筒和磁芯組成的阻尼通道?；钊倪B接桿固定有活塞導(dǎo)向器，活塞導(dǎo)向器外圓安裝有支撐環(huán)，以確保活塞平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)以及阻尼通道的均勻?；钊麑?dǎo)向器內(nèi)部設(shè)計(jì)均勻分布的磁流變液流通孔，在流通孔通道入口處為圓角，以減少磁流變液在通道中的紊流現(xiàn)象。磁芯和電磁鐵組上纏繞的勵(lì)磁線圈數(shù)量根據(jù)需要設(shè)計(jì)。

工作缸外部設(shè)計(jì)的蓄能器目的是縮短阻尼隔振器的長(zhǎng)度。蓄能器上工作腔裝有彈簧，蓄能器的作用是在阻尼器壓縮過程中，對(duì)負(fù)載質(zhì)量起到緩沖作用和對(duì)阻尼器體積補(bǔ)償作用。

磁流變液阻尼隔振器的控制部分由加速度傳感器、控制器、直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)外界的振動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)各勵(lì)磁線圈通入電流大小，使得磁流變液阻尼隔振器具有自適應(yīng)性。

下面參照?qǐng)D1、圖3進(jìn)一步描述磁流變液阻尼隔振器。

圖中序號(hào)代表的零件名稱：

1吊環(huán)連接裝置；2絕緣封膠；3密封圈；4上缸筒；5導(dǎo)流口；6支撐環(huán)；7絕緣封膠；8勵(lì)磁線圈；9彈簧；10蓄能器；11滑動(dòng)活塞；12螺栓連接密封圈；13下缸筒；14引導(dǎo)線；15空心活塞桿；16上封蓋；17鎖緊墊片；18活塞導(dǎo)向器；19絕緣墊片；20磁芯；21活塞頭；22上工作腔；23電磁鐵組；24下工作腔；25螺線管線圈；26振動(dòng)信號(hào)；27控制器；28直流穩(wěn)壓電源。

圖1是磁流變液阻尼隔振器的結(jié)構(gòu)示意圖。一種基于磁流變液阻尼器和磁流變液隔振器耦合作用的新型可控阻尼隔振器，其特征在于：所述的磁流變液阻尼隔振器由上、下工作腔及外部控制系統(tǒng)三部分組成。上工作腔包括活塞組件、外部蓄能器和磁芯組件；下工作腔由外部電磁鐵組構(gòu)成；外部控制系統(tǒng)部分包括傳感器、控制器、直流電源。

當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，外部傳感器將檢測(cè)到的加速度信號(hào)傳給控制器，控制器經(jīng)過振動(dòng)分析，按照所需要的減振需求產(chǎn)生控制信號(hào)，并將控制信號(hào)傳遞到直流穩(wěn)壓電源上，直流穩(wěn)壓電源根據(jù)控制信號(hào)分別決定施加到上工作腔的磁芯線圈和下工作腔外部電磁極組線圈的電流大小，進(jìn)而上工作腔中的磁流變液受磁場(chǎng)作用產(chǎn)生流變效應(yīng)，其阻尼力瞬時(shí)大幅增加，阻礙活塞桿運(yùn)動(dòng)，一部分磁流變液通過上阻尼孔流出，另一部分磁流變液經(jīng)過下阻尼孔流入外部蓄能器，同時(shí)下工作腔中的磁流變液也受磁場(chǎng)作用產(chǎn)生流變效應(yīng)，產(chǎn)生周期阻抗，進(jìn)一步將振動(dòng)產(chǎn)生的彈性波耗散在周期阻抗結(jié)構(gòu)中，該磁流變阻尼隔振器不僅從阻尼力角度減振，還通過周期阻抗結(jié)構(gòu)阻礙彈性波的傳播，從而達(dá)到高精密結(jié)構(gòu)所要求的減振降噪要求。

圖3是磁流變液阻尼隔振器中的勵(lì)磁線圈兩端加載電流時(shí)內(nèi)部形成的工作磁路示意圖。當(dāng)勵(lì)磁線圈通入電流時(shí)，磁場(chǎng)經(jīng)過磁芯、空心活塞桿和缸筒之間的空隙、缸筒三者形成閉合磁回路，空隙中的磁力線垂直與缸筒，使得該部分磁流變液為剪切式流動(dòng)；螺線管線圈25通入電流時(shí)，磁場(chǎng)沿著導(dǎo)磁體穿過下工作腔，多片電磁鐵組使得下工作腔中的磁流變液產(chǎn)生周期的阻抗，即液體-類固體-液體，模擬聲子晶體結(jié)構(gòu)，從而形成彈性波帶隙，起到隔振的作用。