一種柱形一階浮力磁性液體減振器的制造方法
【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:
[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。
[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。
[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。
[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。
[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大于永磁鐵，當發(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。
[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。
[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。
[0011]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】

[0012]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、定心效果不好和粘性耗能效率不高等問題，使其無法在工程實際中得到應(yīng)用。特提供一種柱形一階浮力磁性液體減振器。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0014]該裝置包括:第一限位永磁體、殼體、上V形銜鐵、磁性液體、質(zhì)量塊、第二限位永磁體、下V形銜鐵、第一懸浮永磁體、第二懸浮永磁體、第三懸浮永磁體和第四懸浮永磁體。
[0015]將所述殼體內(nèi)充入磁性液體，并將質(zhì)量塊裝入殼體中；將殼體進行密封后，在殼體的左端面固定安裝第一限位永磁體，在殼體的右端面固定安裝第二限位永磁體；在殼體的四個外側(cè)面分別固定安裝第一懸浮永磁體、第二懸浮永磁體、第三懸浮永磁體和第四懸浮永磁體；上V形銜鐵固定安裝在由第一懸浮永磁體和第二懸浮永磁體所形成的V形凸臺面上，繼將下V形銜鐵固定安裝在由第三懸浮永磁體和第四懸浮永磁體所形成的V形凸臺面上。
[0016]當本專利應(yīng)用在地面時，磁性液體可以不充滿殼體，且不需要安裝第一懸浮永磁體、第二懸浮永磁體和上V形銜鐵；當應(yīng)用在太空中時，殼體內(nèi)必須充滿磁性液體，且需要將第一懸浮永磁體、第二懸浮永磁體、第三懸浮永磁體和第四懸浮永磁體均安裝在殼體側(cè)壁上。
[0017]所述殼體為空心四棱柱，四棱柱的四個夾角分別為Θ 1、Θ 2、Θ 3和Θ 4，且均大于45度。殼體厚度為I?3mm，可以保證永磁體的磁場衰減不至于過大，造成回復(fù)力過小。當應(yīng)用于地面減振時，四個夾角Θ1、Θ2、Θ3和Θ 4可以不相同，下端夾角Θ I的優(yōu)選范圍為45?135度，左側(cè)夾角Θ 2和右側(cè)夾角Θ 4通常大小相等。該角度的選擇可以使得質(zhì)量塊能夠克服重力懸浮起來，同時又不發(fā)生向左、右兩側(cè)偏移。當應(yīng)用于太空中時，由于無重力影響，要求Θ 1、Θ 2、Θ3和Θ4全部為90度。所述第一懸浮永磁體、第二懸浮永磁體、第三懸浮永磁體和第四懸浮永磁體分別與安裝位置處的殼體的側(cè)面形狀和大小相同；且任意相鄰的兩個懸浮永磁體極性相反，即，第一懸浮永磁體與殼體的接觸面為N(S)極，第二懸浮永磁體與殼體的接觸面則為S (N)極，第三懸浮永磁體與殼體的接觸面則為N (S)極，而第四懸浮永磁體與殼體的接觸面則為S(N)極。第一至第四懸浮永磁體優(yōu)選與殼體等形狀和大小的單塊矩形永磁體，若殼體結(jié)構(gòu)過長，可考慮用多塊矩形永磁體拼裝組合，也可以選擇用多塊圓柱形永磁體拼裝組合。所述第一限位永磁體和第二限位永磁體大小形狀完全相同，且為圓柱形或者四邊形，第一限位永磁體與殼體的接觸面為N(S)極，第二限位永磁體與殼體的接觸面也為N(S)極。殼體上的角