一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊與振動(dòng)在工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，嚴(yán)重影響精密裝備與機(jī)器人的定位、夾持與運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐裳b備與機(jī)器人本身的破壞。在航天航空、汽車、機(jī)器人、加工裝備等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器來(lái)減振，阻尼器已成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的一種關(guān)鍵功能部件。
[0003]由于最近幾年機(jī)器人特別是輕載高速的3C機(jī)器人等的高速發(fā)展，對(duì)阻尼器提出了新的要求。在3C機(jī)器人中，大量采用軸向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)人體手臂所能夠執(zhí)行的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。由于負(fù)載小，當(dāng)機(jī)械臂大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人的整體重心和慣性將發(fā)生重大改變，極易導(dǎo)致機(jī)器人手臂出現(xiàn)抖動(dòng)，從而影響操作精度。且這類機(jī)器人具有高頻往復(fù)工作的特點(diǎn)，要求阻尼器對(duì)機(jī)器人啟動(dòng)速度的影響盡可能小。
[0004]粘滯液體阻尼器是一種常用的減振裝置。其粘滯介質(zhì)一般為牛頓流體，即其粘度在任何情況下均為恒值。因此，一旦其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)完成后，其阻尼力和剛度等輸出特性就限定為恒值。大的阻尼力在需要減速時(shí)可以快速地抑制振動(dòng)，但是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中就會(huì)成為阻力，嚴(yán)重制約裝備和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度。傳統(tǒng)的彈簧減振阻尼器也存在同樣的問題。減振過程中所需的大阻尼力與運(yùn)動(dòng)過程中所需的低阻力是這類恒定阻尼減振裝置中不可調(diào)和的矛盾，亟需研發(fā)智能減振新方法與裝置。
[0005]新型的主動(dòng)或半主動(dòng)智能材料如電流變液、磁流變液也被應(yīng)用于減振中。在外部電場(chǎng)或磁場(chǎng)的控制下，阻尼力可以改變，因此能夠適應(yīng)不同的情況。但其需要附加的電場(chǎng)或磁場(chǎng)裝置及控制模塊，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制困難。
[0006]剪切增稠流體(Shear Thickening Fluid, STF)是一種新型智能材料。在常態(tài)下，剪切增稠流體粘度低，阻尼力小；一旦遇到高速?zèng)_擊、剪切或擠壓，流體粘度迅速增加，使得阻尼力急劇增加。當(dāng)外力激勵(lì)消失后，流體又會(huì)恢復(fù)到它最初的低粘度狀態(tài)。由于具有這種特殊的特性，剪切增稠流體目前廣泛應(yīng)用于防彈衣中。也有將其利用在阻尼器中，如發(fā)明專利CN101251163B提出了一種基于剪切增稠流體的抗沖擊減振器，解決現(xiàn)有采用液壓油的減震器減振和恢復(fù)不夠理想的問題。這類型機(jī)構(gòu)利用高速運(yùn)動(dòng)的活塞與腔體之間的間隙使得流體受到較大的剪切作用，使得流體增稠、阻尼力變大，并同時(shí)綜合利用底部氣體的可壓縮性來(lái)緩沖沖擊與振動(dòng)。但是，這類阻尼器只能適用于傳統(tǒng)高速直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減振，不適用于當(dāng)前飛速發(fā)展的3C機(jī)器人中廣泛需求的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減振。由于3C機(jī)器人剛剛起步，目前還沒有基于剪切增稠流體的、阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置方面的相關(guān)文獻(xiàn)與專利。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提出了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，利用轉(zhuǎn)軸速度變化引起的剪切增稠流體剪切速率的改變來(lái)調(diào)節(jié)工作腔內(nèi)流體的粘度及產(chǎn)生的阻尼力，進(jìn)而改變機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，達(dá)到智能減振的目。
[0008]一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，包括工作腔1、左端蓋3、左密封蓋4、左導(dǎo)向輪
5、右端蓋6、右密封蓋8、右導(dǎo)向輪9及轉(zhuǎn)軸10，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體11 ;
[0009]所述轉(zhuǎn)軸10穿插在工作腔1內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導(dǎo)向輪5和右導(dǎo)向輪9導(dǎo)向；
[0010]工作腔兩端分別設(shè)有用于裝配的左端蓋4和右端蓋6 ;
[0011]轉(zhuǎn)軸10兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設(shè)有左密封蓋4和右密封蓋8 ；
[0012]轉(zhuǎn)軸10 —端外接電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；另一端連接執(zhí)行部件。
[0013]所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左密封圈2和右密封圈7。
[0014]防止剪切增稠流體流出。
[0015]所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對(duì)稱分布。
[0016]由于柵欄的形狀在軸向上對(duì)稱，因此能夠使得轉(zhuǎn)軸在軸向受力均勻，避免軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]具體過程如下:
[0018]轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剪切增稠流體在轉(zhuǎn)軸上對(duì)稱分布的柵欄中流動(dòng)，轉(zhuǎn)軸對(duì)剪切增稠流體產(chǎn)生的剪切力較小，使得剪切增稠流體處于初始低粘度狀態(tài)，形成較小的阻尼力；
[0019]剪切增稠流體反向施加給轉(zhuǎn)動(dòng)軸的阻尼力小，不會(huì)增加轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，能夠保證裝備快速啟動(dòng)。
[0020]轉(zhuǎn)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)振動(dòng)與抖動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)與抖動(dòng)通過柵欄結(jié)構(gòu)之間的間隙增大對(duì)剪切增稠流體的剪切作用，使得剪切增稠流體急劇變稠；轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)與抖動(dòng)則通過柵欄結(jié)構(gòu)的橫截面對(duì)剪切增稠流體擠壓，使得剪切增稠流體急劇變稠；急劇變稠的剪切增稠流體使得轉(zhuǎn)軸受到的阻尼力急劇增加。
[0021]迅速變稠的流體旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的阻尼力急劇增加，即轉(zhuǎn)軸在振動(dòng)與抖動(dòng)的反方向受到流體施加的阻力，從而實(shí)現(xiàn)減振。
[0022]當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的振動(dòng)與抖動(dòng)消失后，剪切增稠流體又恢復(fù)到它最初低粘度狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力減小，保證轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠高速執(zhí)行后續(xù)的動(dòng)作。
[0023]有益效果
[0024]本實(shí)用新型提出了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置及方法，該裝置采用軸向轉(zhuǎn)軸，且轉(zhuǎn)軸位于工作腔的部分設(shè)置為柵欄結(jié)構(gòu)，利用柵欄結(jié)構(gòu)改變對(duì)剪切增稠流體的剪切力大小，從而調(diào)整改裝置產(chǎn)生的阻尼力大?。慌c發(fā)明專利CN101251163B中所描述的裝置相比，發(fā)明專利CN101251163B中傳動(dòng)軸上活塞與流體的接觸面積始終恒定，導(dǎo)致活塞與腔體之間的縫隙也恒定，流體始終只能從活塞與腔體之間的恒定的縫隙中流動(dòng)，增加了執(zhí)行軸運(yùn)動(dòng)的阻力，使得裝備的啟動(dòng)速度受限。而本裝置將傳統(tǒng)的直線設(shè)計(jì)更改為轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)，不僅能夠消除徑向與軸向的抖動(dòng)和振動(dòng)，還能保證裝備的快速啟動(dòng)，從而提高了執(zhí)行效率。
[0025]與牛頓粘滯液體阻尼器和彈簧減振阻尼器相比，本實(shí)用新型提出的減振裝置的阻尼力在整個(gè)過程中不會(huì)維持恒定的阻尼力，不需要增加控制模塊與人工干預(yù)，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的抖動(dòng)與振動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼力，能達(dá)到智能有需減振的目的。
[0026]此外，與磁流變液、電流變液減振裝置相比，本實(shí)用新型提出的減振裝置中不需要額外的電場(chǎng)或磁場(chǎng)裝置和控制模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、成本低，能夠廣泛應(yīng)用于各類裝備中。
【附圖說明】
[0027]圖1本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)減振效果圖；
[0029]標(biāo)號(hào)說明:1_工作腔，2-密封圈，3-端蓋，4-密封蓋，5-左導(dǎo)向輪，6-右端蓋，7-右密封圈，8-右密封蓋，9-右導(dǎo)向輪，10-轉(zhuǎn)軸，11-剪切增稠流體。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖，對(duì)【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明:
[0031]如圖1所示，一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，包括工作腔1、左端蓋3、左密封蓋
4、左導(dǎo)向輪5、右端蓋6、右密封蓋8、右導(dǎo)向輪9及轉(zhuǎn)軸10，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體11 ；
[0032]所述轉(zhuǎn)軸10穿插在工作腔1內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導(dǎo)向輪5和右導(dǎo)向輪9導(dǎo)向；
[0033]工作腔兩端分別設(shè)有用于裝配的左端蓋4和右端蓋6 ;
[0034]轉(zhuǎn)軸10兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設(shè)有左密封蓋4和右密封蓋8 ；
[0035]轉(zhuǎn)軸10 —端外接電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；另一端連接執(zhí)行部件。
[0036]所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左密封圈2和右密封圈7。
[0037]防止剪切增稠流體流出。
[0038]所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對(duì)稱分布。
[0039]由于柵欄的形狀在軸向上對(duì)稱，因此能夠使得轉(zhuǎn)軸在軸向受力均勻，避免軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0040]具體過程如下:
[0041]轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剪切增稠流體在轉(zhuǎn)軸上對(duì)稱分布的柵欄中流動(dòng)，轉(zhuǎn)軸對(duì)剪切增稠流體產(chǎn)生的剪切力較小，使得剪切增稠流體處于初始低粘度狀態(tài)，形成較小的阻尼力；
[0042]剪切增稠流體反向施加給轉(zhuǎn)動(dòng)軸的阻尼力小，不會(huì)增加轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，能夠保證裝備快速啟動(dòng)。
[0043]轉(zhuǎn)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)振動(dòng)與抖動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)與抖動(dòng)通過柵欄結(jié)構(gòu)之間的間隙增大對(duì)剪切增稠流體的剪切作用，使得剪切增稠流體急劇變稠；轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)與抖動(dòng)則通過柵欄結(jié)構(gòu)的橫截面對(duì)剪切增稠流體擠壓，使得剪切增稠流體急劇變稠；急劇變稠的剪切增稠流體使得轉(zhuǎn)軸受到的阻尼力急劇增加。
[0044]迅速變稠的流體旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的阻尼力急劇增加，即轉(zhuǎn)軸在振動(dòng)與抖動(dòng)的反方向受到流體施加的阻力，從而實(shí)現(xiàn)減振。
[0045]當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的振動(dòng)與抖動(dòng)消失后，剪切增稠流體又恢復(fù)到它最初低粘度狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力減小，保證轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠高速執(zhí)行后續(xù)的動(dòng)作。
[0046]如圖2所示，為本實(shí)用新型的一種阻尼力智能可調(diào)的方法與旋轉(zhuǎn)阻尼器的減振效果圖。當(dāng)給減振裝置轉(zhuǎn)軸(10)施加振幅為0.5mm的隨機(jī)振動(dòng)，測(cè)得執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)情況如圖2所示。從圖中可以看到，執(zhí)行部件的振動(dòng)與抖動(dòng)幅度明顯減小，能夠保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，包括工作腔(1)、左端蓋(3)、左密封蓋(4)、左導(dǎo)向輪(5)、右端蓋(6)、右密封蓋(8)、右導(dǎo)向輪(9)及轉(zhuǎn)軸(10)，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體(11); 所述轉(zhuǎn)軸(10)穿插在工作腔(1)內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導(dǎo)向輪(5)和右導(dǎo)向輪(9)導(dǎo)向； 工作腔兩端分別設(shè)有用于裝配的左端蓋(4)和右端蓋(6); 轉(zhuǎn)軸(10)兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設(shè)有左密封蓋⑷和右密封蓋⑶； 轉(zhuǎn)軸(10) —端外接電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；另一端連接執(zhí)行部件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左密封圈(2)和右密封圈(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對(duì)稱分布。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，該裝置采用軸對(duì)稱設(shè)計(jì)，且轉(zhuǎn)軸位于工作腔的部分設(shè)計(jì)為柵欄結(jié)構(gòu)，利用柵欄結(jié)構(gòu)速度的變化改變剪切增稠流體所承受的剪切力大小，進(jìn)而影響流體的粘度，從而調(diào)整該裝置的阻尼力大??；將傳統(tǒng)的直線設(shè)計(jì)更改為軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)，不僅能夠消除軸向與軸向的抖動(dòng)和振動(dòng)，還能保證裝備的快速啟動(dòng)，從而提高了工作效率；本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)振動(dòng)和抖動(dòng)的情況下，能夠產(chǎn)生大的阻尼力，達(dá)到減振的目的；在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，保持較小的阻尼力，使得機(jī)構(gòu)能夠高速運(yùn)動(dòng)。因此，能夠有效地解決減振過程中所需的大阻尼力與運(yùn)動(dòng)過程中所需的小阻力這對(duì)矛盾問題。
【IPC分類】F16F15/16
【公開號(hào)】CN205013578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520742278
【發(fā)明人】陳云, 陳新, 高健, 賀云波, 楊志軍, 喬家平
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日