專利名稱：一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及磁流變阻尼技術(shù)，尤其是涉及一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng) 控制裝置。
背景技術(shù)：
[0002]磁流變阻尼技術(shù)，就是以磁流變液或磁流變彈性體作為阻尼元件，利用磁流變 效應(yīng)(MagnetorheologicalEffect)來實現(xiàn)阻尼作用。利用磁流變效應(yīng)制作的磁流變阻尼器 件具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、易于控制、能耗低、阻尼力大以及阻尼力可調(diào)范圍寬等特 點。在車輛懸掛系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)(如橋梁、大壩、高層建筑等)、制動器和離合器、軍用 裝備中艦炮的后坐力控制、直升飛機(jī)旋翼的減振等領(lǐng)域中獲得了較廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)振 動結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主動、半主動控制。本實用新型以磁流變液為例進(jìn)行說明，不排除其他磁 流變體作為阻尼元件的情況。[0003]目前具備的磁流變效應(yīng)技術(shù)，發(fā)生作用需要一個外加磁場，采用電磁鐵原理 (如螺線管線圈)通過調(diào)節(jié)勵磁線圈中的電流獲得所需的可控磁場，使磁流變液的粘度在 外加磁場的作用下發(fā)生變化，從而改變減振器的阻尼力，需要外配電源來驅(qū)動線圈。這 種技術(shù)，線圈和外配電源使得磁流變阻尼器的體積和重量大，對于重量和能源有嚴(yán)格要 求的航空航天結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，磁流變阻尼器的應(yīng)用還未取得突破性研究進(jìn)展；磁流變液的響 應(yīng)時間為毫秒級，但磁流變阻尼器的總響應(yīng)時間受電磁場上升時間τ =L/R(L為線圈的 電感，R為線圈的電阻)的限制，一般在11 110毫秒的范圍內(nèi)，難以滿足一些要求快 速響應(yīng)的場合。[0004]近年來有不少學(xué)者開展了自適應(yīng)變阻尼、自傳感變阻尼磁流變技術(shù)等方面的 研究，美國專利US711M74B2中提出一種磁流變彈性體的自適應(yīng)減振裝置，它通過可 變氣隙的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到磁流變彈性體自適應(yīng)被控結(jié)構(gòu)的振動位移。中國發(fā)明專利 200411040673.6中提出一種集成相對速度傳感功能的磁流變阻尼器以及自適應(yīng)減振方 法，通過在活塞桿中設(shè)置感應(yīng)線圈，與勵磁線圈一起組成有源磁電式相對速度傳感器， 活塞與缸體之間軸向相對運(yùn)動使感應(yīng)線圈的磁鏈發(fā)生相應(yīng)變化并感生得到一反映該相對 運(yùn)動的傳感輸出信號。中國發(fā)明專利200411068853.5中為保證磁流變阻尼器在電源失效 時能在大阻尼狀態(tài)工作，在MR阻尼器中設(shè)置了永磁體，提出了一種逆變型MR阻尼器， 可達(dá)到小電流大阻尼的逆變效果。中國發(fā)明專利200711068598.8中提出了一種磁流變阻 尼控制方法，它基于超磁致伸縮與磁流變耦合機(jī)理，由永磁體提供恒定的總磁通量，當(dāng) 外部壓力負(fù)載加載在超磁致伸縮材料上時，其內(nèi)部磁疇向與施力方向垂直的方向偏轉(zhuǎn)， 導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng)度減小，因此磁回路①的磁通量減小，由于總的磁通量不變，導(dǎo)致磁 回路②的磁通量增加，縫隙處的磁流變介質(zhì)在磁場作用下阻尼增大，而且負(fù)載越大，磁 回路②的磁通量增加越多，縫隙處的磁流變介質(zhì)的阻尼力也越大，起到了抗壓阻尼控制 的效果；其發(fā)明存在的缺點是當(dāng)超磁致伸縮材料受拉力時，其內(nèi)部磁化強(qiáng)度增大，因此 磁回路①的磁通量增大，由于總的磁通量不變，導(dǎo)致磁回路②的磁通量減小，縫隙處的磁流變介質(zhì)在磁場作用下阻尼減小，因此其發(fā)明只適用于需要抗壓阻尼的領(lǐng)域，而無法 適用于需要抗拉阻尼的領(lǐng)域，又由于其發(fā)明中所設(shè)計的磁路需要將永磁體環(huán)繞在超磁致 伸縮材料外圍，軟磁體環(huán)繞在永磁體外圍，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大。發(fā)明內(nèi)容[0005]為了克服背景技術(shù)中體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、只能提供抗壓阻尼而不能提供抗拉阻 尼的不足，本實用新型的目的在于提供一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制裝置。[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是[0007]外筒的兩端孔內(nèi)分別與端蓋和底蓋相連，外筒內(nèi)安裝有軟磁體內(nèi)筒，軟磁體內(nèi) 筒兩端支撐在端蓋和底蓋之間；安裝在軟磁體內(nèi)筒的超磁致伸縮材料的兩端分別與上下 永磁體的一端連接，上下永磁體的另一端分別與上磁軛的一端和下磁軛的一端連接，上 磁軛的另一端與活塞桿的一端在軟磁體內(nèi)筒連接，活塞桿的另一端伸出端蓋外，T形的導(dǎo) 向活塞安裝在軟磁體內(nèi)筒下端孔內(nèi)，下磁軛的另一端與T形的導(dǎo)向活塞大端連接，T形 的導(dǎo)向活塞小端外套有彈簧并安裝在底蓋中心孔內(nèi)；與軟磁體內(nèi)筒相配的活塞桿、上磁 軛、超磁致伸縮材料、上下永磁體、下磁軛和T形的導(dǎo)向活塞之間充滿磁流變液介質(zhì)， 軟磁體內(nèi)筒和外筒之間具有空氣腔，磁流變液介質(zhì)經(jīng)軟磁體內(nèi)筒下端徑向孔與所述空氣 腔相連通；上永磁體、上磁軛和磁流變液介質(zhì)構(gòu)成上輸入磁回路，下永磁體、下磁軛和 磁流變液介質(zhì)構(gòu)成下輸入磁回路，超磁致伸縮材料、上下永磁體、上下磁軛、磁流變液 介質(zhì)和軟磁體內(nèi)筒構(gòu)成輸出磁回路。[0008]本實用新型不需要驅(qū)動線圈和外部電源，上永磁體、上磁軛和磁流變液介質(zhì)構(gòu) 成上輸入磁回路，下永磁體、下磁軛和磁流變液介質(zhì)構(gòu)成下輸入磁回路，超磁致伸縮材 料、上下永磁體、上下磁軛、磁流變液介質(zhì)和軟磁體內(nèi)筒構(gòu)成輸出磁回路；[0009]首先給超磁致伸縮材料施加預(yù)壓力，超磁致伸縮材料內(nèi)部磁疇向與施力方向垂 直的方向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng)度減小，輸入磁回路的磁通量增大，由于總的磁通量 不變，因此輸出磁回路的磁通量減小，磁流變介質(zhì)在磁場作用下阻尼減小，當(dāng)加載拉力 時，超磁致伸縮材料內(nèi)部磁疇向軸向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng)度增大，輸入磁回路的磁 通量減小，由于總的磁通量不變，輸出磁回路的磁通量增大，通過縫隙處磁流變液介質(zhì) 的磁通量增大，因此磁流變液介質(zhì)的阻尼力變大，產(chǎn)生的抗拉阻尼變大，而且拉力負(fù)載 越大，輸出磁回路的磁通量增加越多，磁流變液介質(zhì)的阻尼力也越大。[0010]本實用新型具有的有益效果是[0011]省掉了線圈和外配電源，只需很少的材料即可實現(xiàn)被控結(jié)構(gòu)振動機(jī)械能向磁場 能的轉(zhuǎn)換?；诒緦嵱眯滦头椒ㄉa(chǎn)的新型阻尼器相比傳統(tǒng)的磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)更緊 湊，體積和重量更小，可靠性更高，總響應(yīng)時間(磁流變介質(zhì)本身的響應(yīng)時間)提高到 毫秒級，與目前的半主動控制的磁流變阻尼器相比，具有無能源裝置、大載荷、大阻尼 力、響應(yīng)快及對拉力載荷有較好的緩沖等特點，在一些對重量、體積有嚴(yán)格要求、需要 有較強(qiáng)的抗拉阻尼能力的場合具有廣泛的應(yīng)用前景。如航空航天領(lǐng)域，對裝置的重量、 體積以及可靠性有嚴(yán)格的要求，本實用新型無能源裝置，自適應(yīng)控制，并且體積和重量 小，在航空航天領(lǐng)域有非常可觀的應(yīng)用前景；又如在建筑領(lǐng)域中，很多材料(如混凝 土、玻璃等)抗壓能力強(qiáng)，抗拉能力弱，由混凝土構(gòu)成的建筑(如橋梁、大壩、高層建筑4等)質(zhì)量大、抗拉能力較弱，本實用新型可受預(yù)壓負(fù)載力大、抗拉阻尼大，可以很好的 應(yīng)用于建筑行業(yè)；又如在石油運(yùn)輸領(lǐng)域中，傳輸管道所受的壓強(qiáng)大，管道法蘭連接需要 較大的抗拉能力，本實用新型可以為之提供較大的抗拉阻尼，防止其連接處發(fā)生泄漏。 因此，本實用新型在航空航天、建筑、石油運(yùn)輸?shù)容^多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


[0012]圖1是本實用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。[0013]圖2是初始狀態(tài)磁路原理示意圖。[0014]圖3是受預(yù)壓負(fù)載的磁路示意圖。[0015]圖4是受外部拉力的磁路示意圖。[0016]圖中1、底蓋，2、外筒，3、彈簧，4、軟磁體內(nèi)筒，5、磁流變液介質(zhì)，6、 導(dǎo)向活塞，7、下磁軛，8、下永磁體，9、超磁致伸縮材料，10、上永磁體，11、上磁 軛，12、活塞桿，13、端蓋。
具體實施方式
[0017]結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。[0018]如圖1所示，外筒2的兩端孔內(nèi)分別與端蓋13和底蓋1相連，兩邊的連接處均 采用O型密封圈進(jìn)行密封，外筒2內(nèi)安裝有軟磁體內(nèi)筒4，軟磁體內(nèi)筒4兩端支撐在端蓋 13和底蓋1之間，軟磁體內(nèi)筒4與端蓋13之間存在橡膠密封；安裝在軟磁體內(nèi)筒4的超 磁致伸縮材料9的兩端分別與上下永磁體10，8的一端連接，上下永磁體10，8的另一端 分別與上磁軛11的一端和下磁軛7的一端連接，上磁軛11的另一端與活塞桿12的一端 在軟磁體內(nèi)筒4連接，活塞桿12的另一端伸出端蓋13外，伸出處采用斯特封進(jìn)行密封， T形的導(dǎo)向活塞6安裝在軟磁體內(nèi)筒4下端孔內(nèi)，下磁軛7的另一端與T形的導(dǎo)向活塞6 大端連接，T形的導(dǎo)向活塞6小端外套有彈簧并安裝在底蓋1中心孔內(nèi)；與軟磁體內(nèi)筒4 相配的活塞桿12、上磁軛11、超磁致伸縮材料9、上下永磁體10，8、下磁軛7和T形的 導(dǎo)向活塞6之間充滿磁流變液介質(zhì)5，軟磁體內(nèi)筒4和外筒2之間具有空氣腔，磁流變液 介質(zhì)5經(jīng)軟磁體內(nèi)筒4下端徑向孔與所述空氣腔相連通；上永磁體10、上磁軛11和磁流 變液介質(zhì)5構(gòu)成上輸入磁回路，下永磁體8、下磁軛7和磁流變液介質(zhì)5構(gòu)成下輸入磁回 路，超磁致伸縮材料9、上下永磁體10，8、上下磁軛11，7、磁流變液介質(zhì)5和軟磁體內(nèi) 筒4構(gòu)成輸出磁回路。[0019]本實用新型的工作過程如下[0020]如圖2所示，初始狀態(tài)時，超磁致伸縮材料9在上下永磁體10，8的作用下其磁 疇沿軸向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng)度增大，相對磁導(dǎo)率變大。如圖3所示，預(yù)壓負(fù) 載Fl通過活塞桿12加載在阻尼器上，通過彈簧3提供支持反力，施加到超磁致伸縮材料 9上，超磁致伸縮材料9內(nèi)部磁疇向與施力方向垂直的方向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng)度減 小，輸入磁回路②的磁通量增大，由于總的磁通量不變，輸出磁回路①的磁通量減小， 磁流變介質(zhì)在磁場作用下阻尼減小，而且預(yù)壓負(fù)載越大，輸出磁回路的磁通量越小。如 圖4所示，當(dāng)加載拉力F2時，超磁致伸縮材料內(nèi)部磁疇向軸向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其內(nèi)部磁化強(qiáng) 度增大，輸入磁回路②的磁通量減小，由于總的磁通量不變，輸出磁回路①的磁通量增大，磁流變液介質(zhì)的阻尼力變大，產(chǎn)生的抗拉阻尼變大。[0021] 由于省掉了線圈和外配電源，且超磁致伸縮材料9是高能量密度材料QOkJ/ m3，是壓電材料的25倍)，即只需很少的材料即可實現(xiàn)被控結(jié)構(gòu)振動機(jī)械能向磁場能的 轉(zhuǎn)換，因此這種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制的新型阻尼器相比傳統(tǒng)的磁流變阻尼器 結(jié)構(gòu)更緊湊，體積和重量更小，由于不需要外配電源，可靠性更高，此外由于超磁致伸 縮材料的響應(yīng)時間為微秒級，將使阻尼器的總響應(yīng)時間提高到毫秒級(磁流變介質(zhì)本身 的響應(yīng)時間)，由于超磁致伸縮材料的高抗壓強(qiáng)度，該新型阻尼器又具有可受預(yù)壓負(fù)載大 的特點。
權(quán)利要求1. 一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制裝置，其特征在于外筒(2)的兩端孔內(nèi)分 別與端蓋(13)和底蓋⑴相連，外筒(2)內(nèi)安裝有軟磁體內(nèi)筒(4)，軟磁體內(nèi)筒⑷兩 端支撐在端蓋(13)和底蓋(1)之間；安裝在軟磁體內(nèi)筒(4)的超磁致伸縮材料(9)的兩 端分別與上下永磁體(10，8)的一端連接，上下永磁體(10，8)的另一端分別與上磁軛(11)的一端和下磁軛(7)的一端連接，上磁軛(11)的另一端與活塞桿(12)的一端在軟磁 體內(nèi)筒(4)連接，活塞桿(12)的另一端伸出端蓋(13)外，T形的導(dǎo)向活塞(6)安裝在軟 磁體內(nèi)筒(4)下端孔內(nèi)，下磁軛(7)的另一端與T形的導(dǎo)向活塞(6)大端連接，T形的導(dǎo) 向活塞(6)小端外套有彈簧并安裝在底蓋(1)中心孔內(nèi)；與軟磁體內(nèi)筒(4)相配的活塞桿(12)、上磁軛(11)、超磁致伸縮材料(9)、上下永磁體(10，8)、下磁軛(7)和T形的導(dǎo) 向活塞(6)之間充滿磁流變液介質(zhì)(5)，軟磁體內(nèi)筒(4)和外筒(2)之間具有空氣腔，磁 流變液介質(zhì)(5)經(jīng)軟磁體內(nèi)筒⑷下端徑向孔與所述空氣腔相連通；上永磁體(10)、上 磁軛(11)和磁流變液介質(zhì)(5)構(gòu)成上輸入磁回路，下永磁體(8)、下磁軛(7)和磁流變液 介質(zhì)(5)構(gòu)成下輸入磁回路，超磁致伸縮材料(9)、上下永磁體(10，8)、上下磁軛(11， 7)、磁流變液介質(zhì)(5)和軟磁體內(nèi)筒(4)構(gòu)成輸出磁回路。
專利摘要本實用新型公開了一種無源磁流變抗拉阻尼自適應(yīng)控制裝置。外筒內(nèi)安裝有軟磁體內(nèi)筒；安裝在軟磁體內(nèi)筒的超磁致伸縮材料的兩端分別與上下永磁體的一端連接，上下永磁體的另一端分別與上磁軛的一端和下磁軛的一端連接，上磁軛的另一端與活塞桿的一端在軟磁體內(nèi)筒連接，活塞桿的另一端伸出端蓋外，T形的導(dǎo)向活塞安裝在軟磁體內(nèi)筒下端孔內(nèi)，下磁軛的另一端與T形的導(dǎo)向活塞大端連接，T形的導(dǎo)向活塞小端外套有彈簧并安裝在底蓋中心孔內(nèi)。采用永磁體、磁軛和磁流變液介質(zhì)構(gòu)成輸入磁回路，采用超磁致伸縮材料、永磁體、磁軛、磁流變液介質(zhì)和軟磁材料構(gòu)成輸出磁回路。省掉了線圈和外配電源，只需很少的材料即可實現(xiàn)被控結(jié)構(gòu)振動機(jī)械能向磁場能的轉(zhuǎn)換。
文檔編號F16F9/53GK201802801SQ20102027720
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者劉磊, 呂福在, 唐志峰, 顧曉蕾 申請人:浙江大學(xué)