專利名稱：基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁流變材料有效結(jié)合作為工作介質(zhì)的變剛度、變阻尼的緩沖器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的隔振緩沖器主要是由彈性元件或阻尼元件組成，其實(shí)質(zhì)是借助金屬彈簧、橡膠 等彈性、阻尼元件緩和、消耗振動。由于緩沖器振動特性是固定不變的，致使其只能在設(shè) 計條件下進(jìn)行緩沖隔振，不能根據(jù)激勵條件的變化實(shí)時調(diào)節(jié)，達(dá)到最優(yōu)的緩沖隔振效果， 極大限制了緩沖器在實(shí)時沖擊振動條件下的工程應(yīng)用。以橡膠為彈性體的緩沖器雖然阻尼大，但是承載能力弱，對環(huán)境要求苛刻；以各種金屬彈簧作為緩沖器，其最大優(yōu)點(diǎn)就是可 以根據(jù)人們的要求設(shè)計制作成各種剛度的彈簧，承受載荷的能力強(qiáng)，但是這種緩沖器普遍 存在著體積大、壓縮量也大而且?guī)缀鯚o阻尼的弱點(diǎn)，而且，雖然可以根據(jù)要求制作成各種 剛度的彈簧，但是一旦制成，其要滿足的要求也即固定，條件變化時就明顯不再適用。近 年來，已有人利用磁流變液制作減振器，如中國專利99810493.0,其能在一定程度上提 高緩沖器的綜合性能，但執(zhí)行器件結(jié)構(gòu)較大，僅能調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼，頻響范圍比較窄。又如 中國專利200520070319. 8提出了 一種利用磁流變彈性體的緩沖器，能在一定程度上改變系 統(tǒng)的剛度，但系統(tǒng)的阻尼不可調(diào)節(jié)。磁流變液和磁流變彈性體作為兩種智能材料，各有特 點(diǎn)，磁流變液通常工作于屈服后的狀態(tài)，改變阻尼，磁流變彈性體只能工作于屈服前的狀 態(tài)，調(diào)節(jié)剛度，因此如考慮兩者的耦合效應(yīng)，在一些要求執(zhí)行器結(jié)構(gòu)緊湊，頻響范圍寬領(lǐng) 域如精密儀表振動控制等則有著廣泛的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種隔振緩沖效果優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性能和緩沖性能均能大 幅度改善的剛度和阻尼可調(diào)的基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)隔振緩沖器。 本發(fā)明的目的是采用下述方案來實(shí)現(xiàn)的一種基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖器，它由磁流變彈性體緩沖器和磁流變
液緩沖器并聯(lián)構(gòu)成。磁流變彈性體緩沖器由連桿和磁流變彈性體剪切環(huán)組成。其中，磁流變彈性體剪切環(huán) 由磁流變彈性體、線圏繞組以及勵磁鐵心組成。勵磁鐵心分兩組，由兩個半圓形鐵心構(gòu)成 一組，磁流變彈性體為長方體，分別夾持于每組勵磁鐵心的兩個半圓形鐵心之間，構(gòu)成兩 組磁流變彈性體剪切環(huán)，左右各一組，線圈繞組纏繞在每組的勵磁鐵心外，與外部的電源發(fā)生器連接；兩組磁流變彈性體剪切環(huán)通過上下連桿有機(jī)結(jié)合，上下連桿分別固定于每組 勵磁鐵心的內(nèi)外兩側(cè)。磁流變液緩沖器位于兩組磁流變彈性體剪切環(huán)之間并且固定于上下 連桿之間，與兩組磁流變彈性體剪切環(huán)在結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，其勵磁線圈也與外部的電源發(fā)生器 連接。并聯(lián)式隔振緩沖器通過上連桿與被隔振對象連接固定，通過下連桿安裝在 一些需要隔減振的地方，比如一些精密儀器的基座上。所述的磁流變液緩沖器可采用現(xiàn)有的多種結(jié)構(gòu)形成來實(shí)現(xiàn)，但較好的結(jié)構(gòu)形式是由上 下極板、膠囊、勵磁線圈以及磁流變液組成的擠壓式。其中上下極板分別與上下連桿連接， 膠囊位于上下極板之間，內(nèi)裝磁流變液，勵磁線圈位于凹型勵磁鐵心(13)兩側(cè)。所述磁流變彈性體和勵磁鐵心均為軟磁性材料，連桿由非鐵磁性材料制成。當(dāng)下連桿接收到激勵振動時，使得外剪切環(huán)對磁流變彈性體進(jìn)行上下剪切，通過改變 線圏繞組的電流有效地控制穿過磁流變彈性體的磁場強(qiáng)度，進(jìn)而控制磁流變彈性體的剛度， 達(dá)到隔振緩沖的目的；與此同時，在磁流變液緩沖器的部分，同樣通過改變電流來達(dá)到改 變其阻尼的目的，最終結(jié)合磁流變彈性體緩沖器共同進(jìn)行減振緩沖。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、 通過改變勵磁線圏中的電流可以控制穿過磁流變彈性體的磁場，從而可以根據(jù)振 動源的振幅和頻率來調(diào)節(jié)并聯(lián)式隔振緩沖器的剛度和阻尼，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)半主動 控制的目的。2、 通過改變勵磁線圈中的電流可以控制穿過磁流變液緩沖器的磁場，可以對振動能 量進(jìn)行迅速耗散，減小甚至消除振動，從而達(dá)到通過半主動控制隔振緩沖的效果。3、 通過磁流變彈性體磁流變彈性體剪切環(huán)與磁流變液緩沖器并聯(lián)的連接方式，可以 克服磁流變液和彈性體相互的缺陷，充分發(fā)揮磁流變液優(yōu)良的可控性、很寬的動 態(tài)范圍、較高的響應(yīng)速度、很低功耗以及磁流變彈性體抗沉降、理想的穩(wěn)定性等 優(yōu)勢，達(dá)到互補(bǔ)、共同隔振的作用，達(dá)到理想的緩沖效果。 4、與磁流變彈性體相接的全是金屬，從而提高了彈性體與內(nèi)外剪切環(huán)固接的能力。 總之，這種裝置能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，充分發(fā)揮磁流變液與磁流變彈性體 各自的特點(diǎn)，在較寬的頻帶下，衰減來自底部的沖擊和振動。


圖l是本發(fā)明并聯(lián)式隔振緩沖器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中l(wèi)磁流變彈性體、2線團(tuán)繞組、3連桿、4磁流變液緩沖器、5膠囊、6勵磁線圈、 7極板、8勵磁鐵心、9磁流變液、10傳感器、11控制電路、12電源發(fā)生器、13凹型勵 磁鐵心。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述如圖1所示，本發(fā)明所涉及的其中隔振緩沖器由磁流變彈性體緩沖器和磁流變液緩沖 器并聯(lián)構(gòu)成。磁流變彈性體緩沖器由兩組磁流變彈性體剪切環(huán)和上下連桿3組成。磁流變 彈性體剪切環(huán)由磁流變彈性體1、線圈繞組2和勵磁鐵心8形成的內(nèi)外剪切環(huán)組成，磁流 變彈性體l位于勵磁鐵心8形成的內(nèi)外剪切環(huán)之間，同時與內(nèi)外剪切環(huán)固接，勵磁鐵心8 形成的內(nèi)外剪切環(huán)與磁流變彈性體l共同形成圓柱體并且中空的空腔部分亦為圓柱體；上 下連桿31和32通過內(nèi)剪切環(huán)和外剪切環(huán)上的螺孔和螺絲分別固定于兩組磁流變彈性體剪 切環(huán)的內(nèi)剪切環(huán)和外剪切環(huán)上。線圈繞組2繞于每組磁流變彈性體剪切環(huán)空腔內(nèi)，內(nèi)外剪 切環(huán)由軟磁性材料制成，連桿3由非鐵磁性材料制成。勵磁鐵心8形成的內(nèi)外磁流變彈性體剪切環(huán)之間的磁流變彈性體1為長方體形狀，與 內(nèi)外剪切環(huán)固接。磁流變彈性體l是磁流變材料的一個新的分支，它由髙分子聚合物(如 橡膠、聚酯材料等)和鐵磁性顆粒組成，混合由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(yīng)(即鐵磁性顆粒在磁場方向形成鏈狀或柱狀聚集結(jié)構(gòu))，使顆粒在基體
中形成有序結(jié)構(gòu)。固化后這種有序結(jié)構(gòu)就根植在基體中，它的力學(xué)、磁學(xué)性能可以由外加 磁場來控制。(剪切工作模式的原理，變剛度的作用，效果40%)磁流變液緩沖器4位于兩組磁流變彈性體剪切環(huán)之間并且固定于上下連桿31和32之 間，與兩組磁流變彈性體剪切環(huán)在結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，以抵消磁流變液和彈性體相互的缺陷，充 分發(fā)揮磁流變液優(yōu)良的可控性、很寬的動態(tài)范圍、較高的響應(yīng)速度、很低功耗以及磁流變 彈性體抗沉降、理想的穩(wěn)定性等優(yōu)勢，達(dá)到互補(bǔ)、共同隔振的作用。磁流變液緩沖器由上 下極板7、膠囊5、勵磁線圈6以及磁流變液9組成。上下極板7分別與上下連桿31和32 連接，膠囊5位于上下極板7之間，內(nèi)裝磁流變液，勵磁線圏6位于凹型勵磁鐵心13兩側(cè)。本隔振緩沖器在使用時，通過上連桿31可以將本隔振緩沖器與被隔振對象及其連接件 固定在一起，通過下連桿32可將整個隔振緩沖器安裝在所需的位置(如精密儀器基座、機(jī) 床底座等)。如圖1所示，本隔振緩沖器是作為執(zhí)行部分與控制部分共同組成一個緩沖器系統(tǒng)。隔 振緩沖器作為整個隔振系統(tǒng)的執(zhí)行部分，通過控制部分對其隔振狀態(tài)進(jìn)行控制?？刂撇糠?由傳感器IO、控制電路11和電源發(fā)生器12構(gòu)成，傳感器11安裝于被減振的控制對象處 并與控制電路ll相接，控制電路11再與電源發(fā)生器12相接，電源發(fā)生器12再分別通過 電源線與隔振緩沖器的線圈繞組2、勵磁線圈6相接。本隔振緩沖器的具體工作方式如下首先通過改變電流來控制磁流變彈性體緩沖器以及磁流變液緩沖器的磁場的改變。當(dāng) 下連桿受到振動激勵后對外側(cè)磁流變彈性體剪切環(huán)以及磁流變液緩沖器進(jìn)行激振，磁流變 彈性體由于其剪切模量隨在磁場作用下比無磁場作用時明顯增大，并隨磁場增加而迅速增 加的性能，對外剪切環(huán)的振動進(jìn)行減振，同時，由于下連桿振動會導(dǎo)致磁流變液緩沖器的 振動，在外磁場的作用下，磁流變液緩沖器中的磁流變液由牛頓流體變?yōu)橘e漢流體，能產(chǎn) 生明顯的磁流變效應(yīng)，流體的粘度會急劇增大，屈服應(yīng)力成倍增加，與磁流變彈性體緩沖 器共同達(dá)到隔振緩沖的目的。其中控制器的反饋控制過程如下
磁流變彈性體緩沖器和磁流變液緩沖器的力反饋信號通過傳感器輸入控制器中，控制 系統(tǒng)通過一系列控制算法確定控制信號U，U控制電流驅(qū)動器輸出相應(yīng)的電流I給緩沖系統(tǒng) 作為勵磁電流，不同數(shù)值的勵磁電流就可以調(diào)節(jié)緩沖系統(tǒng)產(chǎn)生不同的阻尼力，阻尼力又通 過傳感器和信號調(diào)理電路形成阻尼力反饋信號完成一次控制循環(huán)。
權(quán)利要求
1、一種基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖器，其特征在于它由磁流變彈性體緩沖器和磁流變液緩沖器(4)并聯(lián)構(gòu)成；所述磁流變彈性體緩沖器由連桿(3)和磁流變彈性體剪切環(huán)組成；其中，磁流變彈性體剪切環(huán)由磁流變彈性體(1)、線圈繞組(2)以及勵磁鐵心(8)組成；勵磁鐵心(8)由兩個半圓形鐵心構(gòu)成一組，形成內(nèi)外剪切環(huán)，磁流變彈性體(1)為長方體，分別夾持于每組勵磁鐵心(8)的兩個半圓形鐵心之間，構(gòu)成磁流變彈性體剪切環(huán)，左右各一組，線圈繞組(2)纏繞在勵磁鐵心(8)外，與外部的電源發(fā)生器連接；兩組磁流變彈性體剪切環(huán)通過上下連桿(3)有機(jī)結(jié)合，上下連桿(3)分別固定于每組勵磁鐵心的內(nèi)外兩側(cè)；所述磁流變液緩沖器(4)位于兩組磁流變彈性體剪切環(huán)之間并且固定于上下連桿(3)之間，與兩組磁流變彈性體剪切環(huán)在結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，其勵磁線圈也與外部的電源發(fā)生器連接；所述并聯(lián)式隔振緩沖器通過上連桿(31)與被隔振對象連接固定，通過下連桿(32)安裝在需要隔減振的地方。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖系統(tǒng)，其特征在于所述的 磁流變液緩沖器(4)由上下極板(7)、膠囊(5)、勵磁線圈(6)以及磁流變液組成。上 下極板(7)分別與上下連桿(3)連接，膠囊(5)位于上下極板(7)之間，內(nèi)裝磁流變 液，勵磁線圏(6)位于凹型勵磁鐵心(13)兩側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖器，其特征在于磁流 變彈性體(1)和勵磁鐵心(8)均為軟磁性材料，連桿(3)由非鐵磁性材料制成。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于磁流變技術(shù)的并聯(lián)式隔振緩沖器，它由磁流變彈性體緩沖器和磁流變液緩沖器并聯(lián)構(gòu)成。所述磁流變彈性體緩沖器由連桿和磁流變彈性體剪切環(huán)構(gòu)成，磁流變彈性體剪切環(huán)由磁流變彈性體、線圈繞組以及勵磁鐵心組成；線圈繞組和勵磁鐵心左右各一組，勵磁鐵心由兩個半圓形鐵心構(gòu)成，磁流變彈性體分別加持于每組的兩個半圓形鐵心之間，構(gòu)成磁流變彈性體剪切環(huán)，兩組磁流變彈性體剪切環(huán)通過連桿有機(jī)結(jié)合；磁流變液緩沖器位于兩組磁流變彈性體剪切環(huán)之間并且固定于上下連桿之間，與兩組磁流變彈性體剪切環(huán)在結(jié)構(gòu)上并聯(lián)。本裝置能夠控制結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，降低外界對系統(tǒng)的沖擊和振動，具有可控性優(yōu)良、動態(tài)范圍寬、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)勢，環(huán)境適應(yīng)性能強(qiáng)。
文檔編號F16F9/53GK101126430SQ20071009271
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者淼 余, 廖昌榮, 張紅輝, 董小閔 申請人:重慶大學(xué)