本發(fā)明屬于機械工程振動領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁性液體阻尼減振器是一種被動減振器，對慣性力的敏感度較高，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耗能大和壽命長等優(yōu)點。由于空間飛行器特殊的運行環(huán)境，其自身體積、重量和所攜帶的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直物體的低頻率、小振幅的減振，如空間站的太陽能帆板、天線等，同時，其在地面上也具有廣闊的應(yīng)用前景，如長達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)問題無法在工程實際中得到應(yīng)用，具體問題如下：

現(xiàn)在最為常見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，如對比文獻1(公開號CN102032304A的申請專利)所述、對比文獻2(公開號CN104074903A的申請專利)所述、對比文獻3(公開號CN102042359A的申請專利)所述、對比文獻4(公開號CN102494070A)所述、對比文獻5(公開號JP11-230255A)所述和對比文獻6(公開號CN103122965A)所述，少數(shù)采用了磁性液體的一階浮力原理，如對比文獻7(公開號JP11-223247A的申請專利)所述。

對比文獻1(公開號為CN102032304A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器包括非導(dǎo)磁外殼、磁性液體、永磁鐵、螺母、端蓋、螺栓、螺釘、密封墊和O型密封圈。該申請專利通過將圓柱形的永磁鐵作為質(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)外界振動時，質(zhì)量塊和殼體之間的相對運動造成磁性液體在質(zhì)量塊與殼體之間的間隙中流動，從而產(chǎn)生粘性損耗。然而，該專利所述的減振器由于利用了磁性液體的二階浮力原理，質(zhì)量塊必須是永磁鐵，因此在實際應(yīng)用中存在以下不足：第一、永磁鐵兩端的磁場非常強，而磁性液體在磁場的作用下粘度會急劇增大，因此在永磁鐵與殼體之間的磁性液體的流動將非常困難，從而對慣性力不敏感，減振效果差；第二、永磁鐵的材料通常比較脆，當(dāng)航天器發(fā)射升空時，加速度極大，很容易造成永磁鐵與殼體之間的碰撞，最終導(dǎo)致永磁鐵碎裂，從而造成減振器失效，因此不具有實用性。

對比文獻2(公開號為CN104074903A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器包括非導(dǎo)磁殼體、螺栓、螺母、永磁鐵、磁性液體、非磁性外殼、O型圈、氣孔、環(huán)形間隙等。該申請專利也是將永磁鐵作為質(zhì)量塊，在永磁鐵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鐵懸浮，通過將殼體內(nèi)壁加工成圓弧狀使得磁性液體產(chǎn)生彈性力，從而使得永磁鐵始終處于殼體的正中，但當(dāng)永磁體沿圓弧狀曲面運動時，由于永磁體的底面為平面，易于外殼弧形內(nèi)壁發(fā)生擦碰，且在加速度極大時，易出現(xiàn)永磁鐵與殼體之間碰撞所導(dǎo)致的永磁鐵碎裂問題，因此不具有實用性。

對比文獻3(公開號為CN102042359A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器與對比文獻1所述的裝置結(jié)構(gòu)類似，但對比文獻3在永磁鐵上加工有4～8個通孔，該通孔可以使得磁性液體流動更加順暢，且增大摩擦面積。然而，由于永磁鐵兩端磁場非常強，無論是通孔內(nèi)的磁性液體還是永磁鐵與殼體之間的磁性液體都會因為粘度過大而無法正常流動，因此在永磁鐵上加工通孔所產(chǎn)生的效果并不明顯；其次，由于在永磁鐵上加工通孔，增加了永磁鐵的易碎性，在加速度極大時，永磁鐵與殼體之間碰撞所導(dǎo)致的永磁鐵碎裂問題將更加突出，同時，圓柱形永磁體在側(cè)面產(chǎn)生的磁場較弱，因此所提供的定心力不足，因此不具有實用性。

對比文獻4(公開號CN102494070A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器原理與對比文獻1所述裝置原理類似，但該專利所述裝置將殼體加工成空心球狀，永磁鐵加工成實心球狀。然而，單純的形狀改變并不能解決永磁鐵碎裂和磁性液體在永磁鐵與殼體之間流動困難的問題，因此不具有實用性。

對比文獻5(公開號JP11-230255A的申請專利)所述的減振器，該減振器是一種用于轉(zhuǎn)軸振動的減振器，其利用磁性液體的二階浮力原理，將永磁鐵作為一個旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊。雖然該專利在殼體壁面安裝了一個陶瓷環(huán)5來避免永磁鐵與殼體的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性遠(yuǎn)大于永磁鐵，當(dāng)發(fā)生相撞時，陶瓷環(huán)5極易碎裂從而污染減振器內(nèi)部腔室使得減振效果下降。同時，該專利也無法解決磁性液體在永磁鐵與殼體之間流動困難的問題，因此不具有實用性。

對比文獻6(公開號CN103122965A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器是一種用于消減太陽能帆板振動的減振器，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。該專利通過用帶錐角的墊片來保持永磁體的居中位置，通過在殼體內(nèi)壁粘接沿徑向充磁的第一環(huán)形永磁體來防止作為質(zhì)量塊的第二環(huán)形永磁體的撞壁，第一環(huán)形永磁體與第二環(huán)形永磁體同極相對。當(dāng)在航天器發(fā)射過程中，加速度極大，有時會超過10個重力加速度時，第一環(huán)形永磁體和第二環(huán)形永磁體間距越小斥力越大，可以有效防止第二環(huán)形永磁體沿徑向的撞壁行為。然而由于永磁體之間的斥力為不平衡力，因此第二環(huán)形永磁體在受到沿徑向的斥力的同時，還會受到一個沿軸向的力矩，因此在航天器發(fā)射過程中，該力矩很容易導(dǎo)致第二環(huán)形永磁體與殼體端蓋或底面相撞，最終導(dǎo)致第二環(huán)形永磁體碎裂，不具有實用性。

對比文獻7(公開號JP11-223247A的申請專利)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)軸上安裝一圈永磁鐵使得質(zhì)量塊在周向不發(fā)生偏移。然而，通過磁性液體的一階浮力原理可知，單獨一組永磁鐵對非導(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，因此該專利不具有實用價值。

對比文獻8(公開號CN104879412A的申請專利)所述的減振器裝置，該減振器通過利用兩塊同極相對的永磁體所形成的磁場，在充滿磁性液體的容器內(nèi)形成一階選浮力，將一個球形質(zhì)量塊懸浮于容器內(nèi)部，并通過在外部安裝隔磁罩進行磁屏蔽。然而，僅僅依靠兩塊單純同極相對的永磁體所形成的磁場，無法在磁性液體內(nèi)部形成有效的徑向力，使得質(zhì)量塊極其容易偏斜。同時該減振器磁性液體必須充滿容器，造成整個減振器質(zhì)量增加。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，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困難、永磁體易碎裂、定心效果不好、粘性耗能效率不高和質(zhì)量較大等問題，使其無法在工程實際中得到應(yīng)用。特提供一種磁屏蔽的一階浮力磁性液體阻尼減振器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

該減振器包括殼體、上屏蔽罩、上永磁體、質(zhì)量塊、下永磁體、下屏蔽罩和磁性液體。

所述上屏蔽罩為一個倒置的“凹”字形結(jié)構(gòu)，將上永磁體的上表面安裝在上屏蔽罩的凹槽內(nèi)，并固定連接；所述下屏蔽罩為一個正置的“凹”字形結(jié)構(gòu)，將下永磁體的下表面安裝在下屏蔽罩的凹槽內(nèi)，并固定連接。將上永磁體的下表面和下永磁體的上表面分別注入磁性液體。

所述上屏蔽罩和下屏蔽罩均為導(dǎo)磁材料，外形尺寸完全相同；所述上永磁體和下永磁體的外形尺寸完全相同；所述上永磁體和下永磁體的外形與上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽形狀相同，但尺寸小于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽尺寸，為間隙配合。

所述上永磁體和下永磁體的厚度小于上屏蔽罩和下屏蔽罩凹槽的深度。通過這種方式，上、下永磁體可以分別在上、下屏蔽罩中形成磁回路。同時，磁性液體可以分別在上、下屏蔽罩的凹槽凸臺與上、下永磁體之間形成一個有錐面的磁性液體層。這個磁性液體層會產(chǎn)生一個很強的指向原點的體積力，因此可以保證質(zhì)量塊懸浮于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽之中。該發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)(對比文獻6所述裝置)中為防止第二環(huán)形永磁體撞壁所采用的第一環(huán)形永磁體和第二環(huán)形永磁體同極相對的目的，也避免了現(xiàn)有技術(shù)(對比文獻7所述裝置)通過在轉(zhuǎn)軸上安裝永磁體對質(zhì)量塊產(chǎn)生的不穩(wěn)定定心所增加的擾動問題。也避免了現(xiàn)有技術(shù)(對比文獻8所述裝置)無法在磁性液體內(nèi)部形成有效的徑向力，使得質(zhì)量塊極其容易偏斜的問題。另外，這種方式將使得磁性液體不需要再注滿殼體，從而使得減振器的質(zhì)量極大的降低，從而也徹底解決了現(xiàn)有技術(shù)(對比文獻1、3、4和5所述裝置)中永磁體安放在殼體內(nèi)部所導(dǎo)致的磁性液體注入困難甚至無法注滿的問題。

所述殼體為一個薄壁空腔結(jié)構(gòu)，將裝有上永磁體的上屏蔽罩的上表面安裝在殼體內(nèi)腔的上表面。將裝有下永磁體的下屏蔽罩的下表面安裝在殼體內(nèi)腔的下表面。殼體材料可以選用非導(dǎo)磁性材料，也可以選用導(dǎo)磁性材料。

將質(zhì)量塊放入殼體中，使質(zhì)量塊懸浮在上永磁體和下永磁體之間。

所述質(zhì)量塊的外形與上屏蔽罩和下屏蔽罩凹槽的外形相同，但尺寸小于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽尺寸。質(zhì)量塊和上屏蔽罩之間的間隙以及質(zhì)量塊和下屏蔽罩之間的間隙應(yīng)該大于振動振幅。所述質(zhì)量塊可以為任何形狀，優(yōu)選圓柱形或者多棱柱形，材料為非導(dǎo)磁性物質(zhì)。質(zhì)量塊的材料為非導(dǎo)磁性物質(zhì)可以徹底解決現(xiàn)有技術(shù)(文獻1、3、4和5所述裝置)中質(zhì)量塊為永磁體時所引起的磁粘效應(yīng)，從而導(dǎo)致的質(zhì)量塊與殼體之間的磁性液體流動困難的問題。本發(fā)明中，質(zhì)量塊由于是非導(dǎo)磁性物質(zhì)，因此可以選擇硬度遠(yuǎn)小于殼體材料的物質(zhì)，如實木、鋁、鈦、金、銀和銅等，在加速度極大時，質(zhì)量塊與殼體相撞，僅發(fā)生形變而不發(fā)生碎裂，仍然能夠保持較好的減振效果。在地面應(yīng)用時，質(zhì)量塊選用密度大于所選磁性液體密度的材料，使其能夠更好的居中，在太空應(yīng)用時，對質(zhì)量塊的密度沒有要求。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：(1)上、下屏蔽罩的結(jié)構(gòu)使得磁性液體不需要注滿，使得減振器的質(zhì)量極大的降低；(2)上、下端蓋的材料為導(dǎo)磁性能極好的材料，與上、下永磁體使磁性液體形成一個有錐面的液體層，使得質(zhì)量塊的定心效果得到極大提高；(3)由于上、下永磁體可以在上、下屏蔽罩中分別形成磁回路，因此不需要對上、下永磁體磁極的安裝方向有特殊的要求，也不需要殼體為導(dǎo)磁性材料；(4)質(zhì)量塊的形狀可以更多樣化；(5)質(zhì)量塊選用非導(dǎo)磁性材料，因此可以選擇硬度較小、塑性較大的材料，從而可有效解決撞壁后質(zhì)量塊碎裂問題，也避免了因磁粘效應(yīng)引起的流動困難問題。

附圖說明

圖1一種磁屏蔽的一階浮力磁性液體阻尼減振器。

圖1中：殼體1、上屏蔽罩2、上永磁體3、質(zhì)量塊4、下永磁體5、下屏蔽罩6和磁性液體7。

具體實施方式

以附圖為具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：

一種雙錐角的一階浮力原理磁性液體減振器，如圖1，該減振裝置包括：殼體1、上屏蔽罩2、上永磁體3、質(zhì)量塊4、下永磁體5、下屏蔽罩6和磁性液體7。

構(gòu)成該裝置的各部分之間的連接：

所述上屏蔽罩2為一個倒置的“凹”字形結(jié)構(gòu)，將上永磁體3的上表面安裝在上屏蔽罩2的凹槽內(nèi)，并固定連接。所述下屏蔽罩6為一個正置的“凹”字形結(jié)構(gòu)，將下永磁體5的下表面安裝在下屏蔽罩6的凹槽內(nèi)，并固定連接。

所述殼體1為一個薄壁空腔結(jié)構(gòu)，將裝有上永磁體3的上屏蔽罩2的上表面安裝在殼體1內(nèi)腔的上表面。將裝有下永磁體5的下屏蔽罩6的下表面安裝在殼體1內(nèi)腔的下表面。

將上永磁體3的下表面和下永磁體5的上表面分別注入磁性液體7。

將質(zhì)量塊4放入殼體1中，使質(zhì)量塊4懸浮在上永磁體3和下永磁體5之間。