帶隔磁罩的一階浮力原理磁性液體阻尼減振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械工程振動領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]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:
[0003]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I (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。
[0004]對比文獻I (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、永磁體、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)量塊必須是永磁體，因此在實際應(yīng)用中存在以下不足:第一、永磁體兩端的磁場非常強，而磁性液體在磁場的作用下粘度會急劇增大，因此在永磁體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、永磁體的材料通常比較脆，當(dāng)航天器發(fā)射升空時，加速度極大，很容易造成永磁體與殼體之間的碰撞，最終導(dǎo)致永磁體碎裂，從而造成減振器失效；第三、由于質(zhì)量塊是永磁體，因此減振器外部無法安裝磁屏蔽保護套，導(dǎo)致永磁體產(chǎn)生的漏磁場較大，對周圍設(shè)備的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響，在有外界振動時，永磁體產(chǎn)生的磁場變化甚至?xí)?dǎo)致外界設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此不具有實用性。
[0005]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、永磁體、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，該結(jié)構(gòu)也不需要將磁性液體充滿整個殼體，從而避免了對比文獻I的磁性液體充滿后在永磁體兩端的流動困難問題。然而該專利無法克服在加速度極大時，永磁體與殼體之間碰撞所導(dǎo)致的永磁體碎裂問題和永磁體的漏磁問題，因此不具有實用性。
[0006]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I所述的裝置結(jié)構(gòu)類似，但對比文獻3在永磁體上加工有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，由于永磁體兩端磁場非常強，無論是通孔內(nèi)的磁性液體還是永磁體與殼體之間的磁性液體都會因為粘度過大而無法正常流動，因此在永磁體上加工通孔產(chǎn)生的效果并不明顯；其次，由于在永磁體上加工通孔，加大了永磁體的脆性，在加速度極大時，永磁體與殼體之間碰撞所導(dǎo)致的永磁體碎裂問題將更加突出；再者，該專利無法避免永磁體的漏磁問題，因此不具有實用性。
[0007]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I所述裝置原理類似，但該專利所述裝置將殼體加工成圓形的空心球狀，永磁體加工成實心球狀。然而，單純的形狀改變并不能解決永磁體碎裂和磁性液體在永磁體與殼體之間流動困難的問題，也無法避免永磁體的漏磁問題，因此不具有實用性。
[0008]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，將永磁體作為一個旋轉(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來避免永磁體與殼體的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性遠大于永磁體，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體與殼體之間流動困難的問題，更無法避免永磁體的漏磁問題，因此不具有實用性。
[0009]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。再者，該專利由于無法安裝磁屏蔽罩，因此也無法解決永磁體的漏磁問題
[0010]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)軸上安裝一圈永磁體使得質(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，單獨一組永磁體對非導(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。同時，該專利所述裝置未安裝磁屏蔽罩，無法防止永磁體的漏磁問題。
[0011]除上述問題外，現(xiàn)有磁性液體阻尼減振技術(shù)還存在以下問題，如在失重環(huán)境下或太空環(huán)境中有較好的減振效果，然而在地面環(huán)境中使用時，無論磁性液體的一階浮力原理還是二階浮力原理都受到重力的嚴重影響，質(zhì)量塊過重則與殼體下表面距離過小甚至接觸，質(zhì)量塊過輕又無法達到減振效果，因此使得磁性液體阻尼減振器在地面應(yīng)用時無法進行豎直方向的振動衰減，對水平方向的振動進行衰減時，效果也遠不如失重環(huán)境。
[0012]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]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、漏磁嚴重和受重力影響嚴重而無法有效地在地面環(huán)境中進行減振等問題，使其無法在工程實際中得到應(yīng)用。特提供帶隔磁罩的一階浮力原理磁性液體阻尼減振器。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0015]本發(fā)明的帶隔磁罩的一階浮力原理磁性液體阻尼減振器，包括下隔磁外套、下導(dǎo)磁內(nèi)套、上隔磁外套、上導(dǎo)磁內(nèi)套、端蓋、第一永磁體、磁性液體、上球殼、下球殼、配重、第二永磁體、殼體。
[0016]所述上球殼和下球殼固定連接并密封后形成球殼，在球殼內(nèi)部裝有配重形成質(zhì)量塊，將質(zhì)量塊裝入殼體。上球殼和下球殼為空心半球狀，材料為非導(dǎo)磁性物質(zhì)，配重材料為非導(dǎo)磁性物質(zhì)，上、下球殼與配重的密度比為大于1/13，上、下球殼的外徑是殼體內(nèi)孔直徑的1/3?5/6，所述配重可選用固體、液體、氣體材料，也可以根據(jù)條件抽真空，若為固體材料時，配重為球形，硬度介于殼體與上、下球殼材料的硬度之間，外徑等于上、下球殼的內(nèi)徑，若為液體材料時，可以充滿或不充滿球殼，且選用不溶于磁性液體的材料。當(dāng)外界產(chǎn)生振動時，由上球殼、下球殼和配重組成的質(zhì)量塊將從中心位置偏離，質(zhì)量塊上、下兩側(cè)腔室內(nèi)的磁性液體將從質(zhì)量塊與殼體中的間隙流過，從而產(chǎn)生粘性損耗。通過改變上、下球殼的外徑與殼體內(nèi)孔直徑的比值，可以對減振器的減振效率進行有效控制。質(zhì)量塊由上球殼、下球殼和配重組成，當(dāng)減振器在地面進行豎直方向振動的衰減時，可以將上球殼和下球殼選用密度較大的不導(dǎo)磁金屬，如金、銀、鉛或銅，而將配重選用密度小的物質(zhì)，如鋁、塑料、木頭、泡沫、液體、氣體甚至抽真空。由于配重的密度小，質(zhì)量塊平均密度將變小，磁性液體對質(zhì)量塊的浮力變大，使得整個質(zhì)量塊居中性能可調(diào)，同時上、下球殼選用密度較大的材料，使得整個質(zhì)量塊的重量不會因過小而影響減振性能，極大地改善了現(xiàn)有技術(shù)(文獻1、2、3、5、6和7所述裝置)在地面應(yīng)用時，質(zhì)量塊受重力影響過大而導(dǎo)致減振效果下降的情況。若配重選用固體材料，則加工成球形，直徑與上、下球殼內(nèi)徑相同；若配重選用液體材料，應(yīng)該選用不溶于磁性液體的材料，防止泄漏以后造成磁性液體失效，同時該液體可以充滿或不充滿球殼，如果不充滿球殼的話，當(dāng)外界振動時，球殼內(nèi)部的液體也將發(fā)生晃動，可以提高減振性能。當(dāng)減振器在太空中進行減振時，可以將上、下球殼選用硬度極小的材料而配重選用硬度較大的材料，既防止了由于火箭發(fā)射階段加速度極大造成質(zhì)量塊與壁面的碰撞所導(dǎo)致的碎裂問題，又避免了上、下殼體變形過大減振效果降低的問題。上、下球殼的形狀為球狀，在同等質(zhì)量的情況下，球形的表面積要大于現(xiàn)有技術(shù)(文獻1、2、3、5、6和7所述裝置)中的圓柱形或圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此可以進一步加強粘性耗能的作用，且球形質(zhì)量塊在液體中運動的阻力要小于現(xiàn)有技術(shù)(文獻1、2、3、5、6和7所述裝置)中的圓柱形和圓環(huán)形材料，在外界振動時，整個質(zhì)量塊與殼體之間的相對速度更大，減振效率也將更高。同時，上、下球殼的球狀結(jié)構(gòu)更有利于質(zhì)量塊懸浮在第一永磁體與第二永磁體產(chǎn)生的非均勻磁場中，所受到的磁性液體的一階懸浮力也更加穩(wěn)定，改善了現(xiàn)有技術(shù)(文獻7所述裝置)所采用的環(huán)形非導(dǎo)磁性物質(zhì)的不穩(wěn)定懸浮問題。上、下球殼和配重的材料為非導(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。