一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器的制造方法
一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程振动领域。
【背景技术】
[0002]磁性液体阻尼减振器是一种被动减振器，对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。由于空间飞行器特殊的运行环境，其自身体积、重量和所携带的能源受到一定的限制，因此磁性液体阻尼减振器非常适合于大型航天器长直物体的低频率、小振幅的减振，如空间站的太阳能帆板、天线等，同时，其在地面上也具有广阔的应用前景，如长达百米的大功率天线的减振，精密天平的减振等等。然而现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，具体问题如下:
[0003]现在最为常见的磁性液体阻尼减振器主要采用磁性液体的二阶浮力原理，如对比文献I (公开号CN102032304A的申请专利)所述、对比文献2 (公开号CN104074903A的申请专利)所述、对比文献3(公开号CN102042359A的申请专利)所述、对比文献4(公开号CN102494070A)所述、对比文献5 (公开号JP11-230255A)所述和对比文献6 (公开号CN103122965A)所述，少数采用了磁性液体的一阶浮力原理，如对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述。
[0004]对比文献I (公开号为CN102032304A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁外壳、磁性液体、永磁铁、螺母、端盖、螺栓、螺钉、密封垫和O型密封圈。该申请专利通过将圆柱形的永磁铁作为质量块，在非导磁外壳内注满磁性液体，从而利用磁性液体的二阶浮力原理使得质量块悬浮在壳体中。当外界振动时，质量块和壳体之间的相对运动造成磁性液体在质量块与壳体之间的间隙中流动，从而产生粘性损耗。然而，该专利所述的减振器由于利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块必须是永磁铁，因此在实际应用中存在以下不足:第一、永磁铁两端的磁场非常强，而磁性液体在磁场的作用下粘度会急剧增大，因此在永磁铁与壳体之间的磁性液体的流动将非常困难，从而对惯性力不敏感，减振效果差；第二、永磁铁的材料通常比较脆，当航天器发射升空时，加速度极大，很容易造成永磁铁与壳体之间的碰撞，最终导致永磁铁碎裂，从而造成减振器失效，因此不具有实用性。
[0005]对比文献2 (公开号为CN104074903A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁壳体、螺栓、螺母、永磁铁、磁性液体、非磁性外壳、O型圈、气孔、环形间隙等。该申请专利也是将永磁铁作为质量块，在永磁铁两端吸附少量磁性液体，利用磁性液体的二阶浮力原理使得永磁铁悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁铁始终处于壳体的正中，但当永磁体沿圆弧状曲面运动时，由于永磁体的底面为平面，易于外壳弧形内壁发生擦碰，且在加速度极大时，易出现永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题，因此不具有实用性。
[0006]对比文献3 (公开号为CN102042359A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器与对比文献I所述的装置结构类似，但对比文献3在永磁铁上加工有4?8个通孔，该通孔可以使得磁性液体流动更加顺畅，且增大摩擦面积。然而，由于永磁铁两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁铁与壳体之间的磁性液体都会因为粘度过大而无法正常流动，因此在永磁铁上加工通孔所产生的效果并不明显；其次，由于在永磁铁上加工通孔，增加了永磁铁的易碎性，在加速度极大时，永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题将更加突出，同时，圆柱形永磁体在侧面产生的磁场较弱，因此所提供的定心力不足，因此不具有实用性。
[0007]对比文献4 (公开号CN102494070A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器原理与对比文献I所述装置原理类似，但该专利所述装置将壳体加工成空心球状，永磁铁加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决永磁铁碎裂和磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
[0008]对比文献5(公开号JP11-230255A的申请专利)所述的减振器，该减振器是一种用于转轴振动的减振器，其利用磁性液体的二阶浮力原理，将永磁铁作为一个旋转质量块。虽然该专利在壳体壁面安装了一个陶瓷环5来避免永磁铁与壳体的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性远大于永磁铁，当发生相撞时，陶瓷环5极易碎裂从而污染减振器内部腔室使得减振效果下降。同时，该专利也无法解决磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
[0009]对比文献6 (公开号CN103122965A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减太阳能帆板振动的减振器，其利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块为环形永磁体。该专利通过用带锥角的垫片来保持永磁体的居中位置，通过在壳体内壁粘接沿径向充磁的第一环形永磁体来防止作为质量块的第二环形永磁体的撞壁，第一环形永磁体与第二环形永磁体同极相对。当在航天器发射过程中，加速度极大，有时会超过10个重力加速度时，第一环形永磁体和第二环形永磁体间距越小斥力越大，可以有效防止第二环形永磁体沿径向的撞壁行为。然而由于永磁体之间的斥力为不平衡力，因此第二环形永磁体在受到沿径向的斥力的同时，还会受到一个沿轴向的力矩，因此在航天器发射过程中，该力矩很容易导致第二环形永磁体与壳体端盖或底面相撞，最终导致第二环形永磁体碎裂，不具有实用性。
[0010]对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减转轴振动的减振器，其利用了磁性液体的一阶浮力原理，质量块为环形非导磁物质，在转轴上安装一圈永磁铁使得质量块在周向不发生偏移。然而，通过磁性液体的一阶浮力原理可知，单独一组永磁铁对非导磁性的物质悬浮是不稳定的，很容易导致质量块在沿转轴轴向方向产生偏移和扰动，因此该专利不具有实用价值。
[0011]因此急需对磁性液体阻尼减振器的结构进行重新设计和改进，使其能够在实际工程中得到应用。
【发明内容】
[0012]本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构缺陷造成磁性液体流动困难、永磁体易碎裂、定心效果不好和粘性耗能效率不高等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0014]该装置包括壳体、第一永磁体、上端盖、磁性液体、质量块、第二永磁体、下端盖。
[0015]所述壳体设有通孔，通孔两端分别加工有沉孔，壳体上、下端面分别与上端盖和下端盖固定连接形成减振器腔室；所述减振器腔室内部放入质量块并充满磁性液体；所述上端盖上端面加工有沉孔，下端面加工有凸台，凸台端面设有锥角；所述下端盖与上端盖结构和尺寸相同；所述第一永磁体装入上端盖的沉孔中，与上端盖固定连接，所述第二永磁体装入下端盖的沉孔中，与下端盖固定连接。
[0016]所述壳体为非导磁材料，其两端的沉孔内径与上端盖和下端盖的凸台外径相同，从而使得在安装下端盖后，可以在注入磁性液体时，使得磁性液体高度略微高于壳体上端的沉孔高度，当装入上端盖后，磁性液体将被挤压出一部分，从而确保磁性液体可以完全注满壳体；
[0017]所述上端盖和下端盖均为导磁性能极好的材料，其凸台端面所设锥角直径与壳体的内孔直径相同，比凸台直径小2?6_，该尺寸既可以避免壳体内壁过厚，重力太大，又可以确保磁性液体能够注满壳体。锥角角度Θ 2为140?170°，锥角顶点到第一永磁体的厚度为I?3mm，可以保证第一、第二永磁体的磁场衰减不至于过大，造成回复力过小。上、下端盖的沉孔内径与第一、第二永磁体直径相同，为过渡配合，上、下端盖的沉孔结构可以更加有效的防止第一、第二永磁体受到外界撞击，也可以防止其在剧烈振动下松动掉落，还可以缩小第一、第二永磁体与质量块之间的距离，从而使作用在质量块上的磁场达到最大值。
[0018]所述第一永磁体为圆柱体且直径与上端盖的沉孔内径相同， 在中心处加工有螺纹孔，所述第二永磁体与第一永磁体结构和尺寸相同，第一永磁体与第二永磁体为同极相对，即，第一永磁体与上端盖的接触面为N(S)极，第二永磁体与下端面的接触面为N(S)极。在第一、第二永磁体中心的螺纹孔便于将第一、第二永磁体进行安装与拆卸，同时，第一永磁体与第二永磁体在壳体中会产生一个以壳体中心为原点的轴对称不均匀磁场，在该磁场的作用下，壳体内部的磁性液体会产生一个指向原点的体积力，因此可以保证质量块悬浮于壳体正中。该发明不同于现有技术(对比文献6所述装置)中为防止第二环形永磁体撞壁所采用的第一环形永磁体和第二环形永磁体同极相对的目的，也避免了现有技术(对比文献7所述装置)通过在转轴上安装永磁体对质量块产生的不稳定定心所增加的扰动问题。同时，将第一永磁体和第二永磁体安装在壳体和端盖外侧，彻底解决了现有技术(对比文献1、2、3、4、5和6所述装置)中永磁体撞击造成的碎裂问题和由于磁粘效应引起的磁性液体流动困难问题，也彻底解决了现有技术(对比文献1、3、4和5所述装置)中永磁体安放在壳体内部所导致的磁性液体注入困难甚至无法注满的问题。
[0019]所述质量块为圆柱形非导磁性物质，上、下端面均加工成圆锥状，质量块两端的锥角角度小于上、下端盖的锥角角度，即，Θ1〈Θ2，且Θ2-Θ1〈20°。质量块直径与高度的比值，S卩，Ι/h = 2?4。质量块两端的锥角与上、下端盖的锥角会形成流体动压效果，增大粘性耗能。质量块的锥角结构在液体中运动的阻力要小于现有技术(文献1、2、3、5、6和7所述装置)中的圆柱形和圆环形材料，在外界振动时，质量块与壳体之间的相对速度更大，减振效率也将更高。同时，锥角结构更有利于质量块悬浮在第一永磁体与第二永磁体产生的轴对称非均匀磁场中，所受到的磁性液体的一阶悬浮力也更加稳定，改善了现有技术(文献7所述装置)所采用的环形非导磁性物质的不稳定悬浮问题。质量块的材料为非导磁性物质可以彻底解决现有技术(文献1、3、4和5所述装置)中质量块为永磁体时所引起的磁粘效应，从而导致的质量块与壳体之间的磁性液体流动困难的问题。本发明中，质量块由于是非导磁性物质，因此可以选择硬度远小于壳体材料的物质，如实木、铝、钛、金、银和铜等，在加速度极大时，质量块与壳体相撞，仅发生形变而不发生碎裂，仍然能够保持较好的减振效果。在地面应用时，质量块选用密度大于所选磁性液体密度的材料，使其能够更好的居中，在太空应用时，对质量块的密度没有要求。
[0020]本发明和已有技术相比所具有的有益效果:(I)壳体与端盖的结构使得磁性液体更容易注满，更有效的防止永磁铁受到撞击碎裂或松动掉落；(2)上、下端盖的材料为导磁性能极好的材料，与第一、第二永磁体可在壳体内部形成锥形分布的轴对称非均匀磁场，使得质量块的定心效果得到极大提高；(3)第一和第二永磁体产生的轴对称非均匀磁场作用在磁性液体上可以更加稳定的悬浮质量块，同时第一和第二永磁体安装在外侧有效避免了永磁体碎裂、磁粘效应弓I起的磁性液体流动困难和磁性液体注入困难的问题，中心的螺纹孔使第一、第二永磁体更容易安装与拆卸；(4)质量块的锥角状有效的增加了摩擦面积，加强了质量块与壳体之间的频率差，也可以使质量块更加稳定的悬浮在壳体中；(5)质量块选用非导磁性材料，因此可以选择硬度较小、塑性较大的材料，从而可有效解决撞壁后质量块碎裂问题，也避免了因磁粘效应引起的流动困难问题。
【附图说明】
[0021]图1 一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器；
[0022]图2质量块示意图。
[0023]图1中:壳体1、第一永磁体2、上端盖3、磁性液体4、质量块5、第二永磁体6、下端盖7。
【具体实施方式】
[0024]以附图为【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
[0025]一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，如图1，该减振装置包括:壳体1、第一永磁体2、上端盖3、磁性液体4、质量块5、第二永磁体6、下端盖7。
[0026]构成该装置的各部分之间的连接:
[0027]先将所述的下端盖7与壳体I固定连接，连接方式可采用焊接、粘接或螺纹连接，然后在壳体I内注入壳体I 一半高度的磁性液体4。再将质量块5放入壳体I中，待完全沉入底部后继续注入磁性液体4，直至磁性液体注满壳体I。将上端盖3与壳体I固定连接，连接方式可采用焊接、粘接或螺纹连接。最后将第一永磁体2和第二永磁体6分别装入上、下端盖的沉孔中并固定连接，连接方式为粘接方式。
[0028]壳体I和质量块5均为非导磁材料，其中质量块5材料的硬度要远小于壳体I和上、下端盖材料的硬度。
[0029]第一永磁体2和第二永磁体6结构参数和物料参数均相同，且均为圆柱形。
[0030]上端盖3、下端盖7的材料选用导磁性能极好的材料。
[0031]第一永磁体2和第二永磁体6选用铷铁硼。
【主权项】
1.一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于:该装置包括壳体(1)、第一永磁体(2)、上端盖(3)、磁性液体(4)、质量块(5)、第二永磁体￠)、下端盖(7)； 所述壳体(I)设有通孔，通孔两端分别加工有沉孔，沉孔直径大于通孔直径，壳体(I)上、下端面分别与上端盖(3)和下端盖(7)固定连接形成减振器腔室；所述减振器腔室内部放入质量块(5)并充满磁性液体(4);所述上端盖(3)上端面加工有沉孔，下端面加工有凸台，凸台端面设有锥角；所述下端盖(7)与上端盖(3)结构和尺寸相同；所述第一永磁体(2)装入上端盖(3)的沉孔中，与上端盖(3)固定连接，所述第二永磁体(6)装入下端盖(7)的沉孔中，与下端盖(7)固定连接。2.根据权利要求1所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述壳体(I)为非导磁材料，两端的沉孔内径与上端盖(3)和下端盖(7)的凸台外径相同；。3.根据权利要求1或2所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述上端盖(3)为导磁性能极好的材料，其凸台端面所设锥角最大直径与壳体(I)的内孔直径相同，比凸台直径小2?6mm，锥角角度Θ 2为140?170°，锥角顶点到第一永磁体(2)的厚度为I?3_，上、下端盖的沉孔内径与第一、第二永磁体直径相同，为过渡配合。4.根据权利要求1所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述第一永磁体(2)为圆柱体且直径与上端盖(3)的沉孔内径相同，在中心处加工有螺纹孔，所述第二永磁体(6)与第一永磁体(2)结构和尺寸相同，第一永磁体(2)与第二永磁体(6)为同极相对，即，第一永磁体(2)与上端盖(3)的接触面为N(S)极，第二永磁体(6)与下端面(7)的接触面也为N(S)极。5.根据权利要求1或3所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述质量块(5)为圆柱形非导磁材料，上、下端面均加工成圆锥状，质量块两端锥角角度小于上、下端盖的锥角角度，即，Θ1〈Θ2，且Θ2-Θ1〈20°，质量块(5)直径与高度的比值，即，Ι/h = 2?4。
【专利摘要】一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，属于机械工程振动领域。成功解决了现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用的问题。该装置包括壳体(1)、第一永磁体(2)、上端盖(3)、磁性液体(4)、质量块(5)、第二永磁体(6)、下端盖(7)，当外界振动时，质量块(5)在腔体内移动，磁性液体(4)在壳体(1)内孔壁与质量块(5)的间隙内流动，从而吸收能量达到减振目的，第一永磁体(2)和第二永磁体(6)在磁性液体内部形成的一阶浮力使得质量块(5)与壳体(1)之间形成频率差，使减振效率达到最大。
【IPC分类】F16F6/00
【公开号】CN104895983
【申请号】CN201510213539
【发明人】李德才, 姚杰, 姜华伟, 黄串
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程振动领域。
【背景技术】
[0002]磁性液体阻尼减振器是一种被动减振器，对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。由于空间飞行器特殊的运行环境，其自身体积、重量和所携带的能源受到一定的限制，因此磁性液体阻尼减振器非常适合于大型航天器长直物体的低频率、小振幅的减振，如空间站的太阳能帆板、天线等，同时，其在地面上也具有广阔的应用前景，如长达百米的大功率天线的减振，精密天平的减振等等。然而现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，具体问题如下:
[0003]现在最为常见的磁性液体阻尼减振器主要采用磁性液体的二阶浮力原理，如对比文献I (公开号CN102032304A的申请专利)所述、对比文献2 (公开号CN104074903A的申请专利)所述、对比文献3(公开号CN102042359A的申请专利)所述、对比文献4(公开号CN102494070A)所述、对比文献5 (公开号JP11-230255A)所述和对比文献6 (公开号CN103122965A)所述，少数采用了磁性液体的一阶浮力原理，如对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述。
[0004]对比文献I (公开号为CN102032304A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁外壳、磁性液体、永磁铁、螺母、端盖、螺栓、螺钉、密封垫和O型密封圈。该申请专利通过将圆柱形的永磁铁作为质量块，在非导磁外壳内注满磁性液体，从而利用磁性液体的二阶浮力原理使得质量块悬浮在壳体中。当外界振动时，质量块和壳体之间的相对运动造成磁性液体在质量块与壳体之间的间隙中流动，从而产生粘性损耗。然而，该专利所述的减振器由于利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块必须是永磁铁，因此在实际应用中存在以下不足:第一、永磁铁两端的磁场非常强，而磁性液体在磁场的作用下粘度会急剧增大，因此在永磁铁与壳体之间的磁性液体的流动将非常困难，从而对惯性力不敏感，减振效果差；第二、永磁铁的材料通常比较脆，当航天器发射升空时，加速度极大，很容易造成永磁铁与壳体之间的碰撞，最终导致永磁铁碎裂，从而造成减振器失效，因此不具有实用性。
[0005]对比文献2 (公开号为CN104074903A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁壳体、螺栓、螺母、永磁铁、磁性液体、非磁性外壳、O型圈、气孔、环形间隙等。该申请专利也是将永磁铁作为质量块，在永磁铁两端吸附少量磁性液体，利用磁性液体的二阶浮力原理使得永磁铁悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁铁始终处于壳体的正中，但当永磁体沿圆弧状曲面运动时，由于永磁体的底面为平面，易于外壳弧形内壁发生擦碰，且在加速度极大时，易出现永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题，因此不具有实用性。
[0006]对比文献3 (公开号为CN102042359A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器与对比文献I所述的装置结构类似，但对比文献3在永磁铁上加工有4?8个通孔，该通孔可以使得磁性液体流动更加顺畅，且增大摩擦面积。然而，由于永磁铁两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁铁与壳体之间的磁性液体都会因为粘度过大而无法正常流动，因此在永磁铁上加工通孔所产生的效果并不明显；其次，由于在永磁铁上加工通孔，增加了永磁铁的易碎性，在加速度极大时，永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题将更加突出，同时，圆柱形永磁体在侧面产生的磁场较弱，因此所提供的定心力不足，因此不具有实用性。
[0007]对比文献4 (公开号CN102494070A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器原理与对比文献I所述装置原理类似，但该专利所述装置将壳体加工成空心球状，永磁铁加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决永磁铁碎裂和磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
[0008]对比文献5(公开号JP11-230255A的申请专利)所述的减振器，该减振器是一种用于转轴振动的减振器，其利用磁性液体的二阶浮力原理，将永磁铁作为一个旋转质量块。虽然该专利在壳体壁面安装了一个陶瓷环5来避免永磁铁与壳体的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性远大于永磁铁，当发生相撞时，陶瓷环5极易碎裂从而污染减振器内部腔室使得减振效果下降。同时，该专利也无法解决磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
[0009]对比文献6 (公开号CN103122965A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减太阳能帆板振动的减振器，其利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块为环形永磁体。该专利通过用带锥角的垫片来保持永磁体的居中位置，通过在壳体内壁粘接沿径向充磁的第一环形永磁体来防止作为质量块的第二环形永磁体的撞壁，第一环形永磁体与第二环形永磁体同极相对。当在航天器发射过程中，加速度极大，有时会超过10个重力加速度时，第一环形永磁体和第二环形永磁体间距越小斥力越大，可以有效防止第二环形永磁体沿径向的撞壁行为。然而由于永磁体之间的斥力为不平衡力，因此第二环形永磁体在受到沿径向的斥力的同时，还会受到一个沿轴向的力矩，因此在航天器发射过程中，该力矩很容易导致第二环形永磁体与壳体端盖或底面相撞，最终导致第二环形永磁体碎裂，不具有实用性。
[0010]对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减转轴振动的减振器，其利用了磁性液体的一阶浮力原理，质量块为环形非导磁物质，在转轴上安装一圈永磁铁使得质量块在周向不发生偏移。然而，通过磁性液体的一阶浮力原理可知，单独一组永磁铁对非导磁性的物质悬浮是不稳定的，很容易导致质量块在沿转轴轴向方向产生偏移和扰动，因此该专利不具有实用价值。
[0011]因此急需对磁性液体阻尼减振器的结构进行重新设计和改进，使其能够在实际工程中得到应用。
【发明内容】
[0012]本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构缺陷造成磁性液体流动困难、永磁体易碎裂、定心效果不好和粘性耗能效率不高等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0014]该装置包括壳体、第一永磁体、上端盖、磁性液体、质量块、第二永磁体、下端盖。
[0015]所述壳体设有通孔，通孔两端分别加工有沉孔，壳体上、下端面分别与上端盖和下端盖固定连接形成减振器腔室；所述减振器腔室内部放入质量块并充满磁性液体；所述上端盖上端面加工有沉孔，下端面加工有凸台，凸台端面设有锥角；所述下端盖与上端盖结构和尺寸相同；所述第一永磁体装入上端盖的沉孔中，与上端盖固定连接，所述第二永磁体装入下端盖的沉孔中，与下端盖固定连接。
[0016]所述壳体为非导磁材料，其两端的沉孔内径与上端盖和下端盖的凸台外径相同，从而使得在安装下端盖后，可以在注入磁性液体时，使得磁性液体高度略微高于壳体上端的沉孔高度，当装入上端盖后，磁性液体将被挤压出一部分，从而确保磁性液体可以完全注满壳体；
[0017]所述上端盖和下端盖均为导磁性能极好的材料，其凸台端面所设锥角直径与壳体的内孔直径相同，比凸台直径小2?6_，该尺寸既可以避免壳体内壁过厚，重力太大，又可以确保磁性液体能够注满壳体。锥角角度Θ 2为140?170°，锥角顶点到第一永磁体的厚度为I?3mm，可以保证第一、第二永磁体的磁场衰减不至于过大，造成回复力过小。上、下端盖的沉孔内径与第一、第二永磁体直径相同，为过渡配合，上、下端盖的沉孔结构可以更加有效的防止第一、第二永磁体受到外界撞击，也可以防止其在剧烈振动下松动掉落，还可以缩小第一、第二永磁体与质量块之间的距离，从而使作用在质量块上的磁场达到最大值。
[0018]所述第一永磁体为圆柱体且直径与上端盖的沉孔内径相同， 在中心处加工有螺纹孔，所述第二永磁体与第一永磁体结构和尺寸相同，第一永磁体与第二永磁体为同极相对，即，第一永磁体与上端盖的接触面为N(S)极，第二永磁体与下端面的接触面为N(S)极。在第一、第二永磁体中心的螺纹孔便于将第一、第二永磁体进行安装与拆卸，同时，第一永磁体与第二永磁体在壳体中会产生一个以壳体中心为原点的轴对称不均匀磁场，在该磁场的作用下，壳体内部的磁性液体会产生一个指向原点的体积力，因此可以保证质量块悬浮于壳体正中。该发明不同于现有技术(对比文献6所述装置)中为防止第二环形永磁体撞壁所采用的第一环形永磁体和第二环形永磁体同极相对的目的，也避免了现有技术(对比文献7所述装置)通过在转轴上安装永磁体对质量块产生的不稳定定心所增加的扰动问题。同时，将第一永磁体和第二永磁体安装在壳体和端盖外侧，彻底解决了现有技术(对比文献1、2、3、4、5和6所述装置)中永磁体撞击造成的碎裂问题和由于磁粘效应引起的磁性液体流动困难问题，也彻底解决了现有技术(对比文献1、3、4和5所述装置)中永磁体安放在壳体内部所导致的磁性液体注入困难甚至无法注满的问题。
[0019]所述质量块为圆柱形非导磁性物质，上、下端面均加工成圆锥状，质量块两端的锥角角度小于上、下端盖的锥角角度，即，Θ1〈Θ2，且Θ2-Θ1〈20°。质量块直径与高度的比值，S卩，Ι/h = 2?4。质量块两端的锥角与上、下端盖的锥角会形成流体动压效果，增大粘性耗能。质量块的锥角结构在液体中运动的阻力要小于现有技术(文献1、2、3、5、6和7所述装置)中的圆柱形和圆环形材料，在外界振动时，质量块与壳体之间的相对速度更大，减振效率也将更高。同时，锥角结构更有利于质量块悬浮在第一永磁体与第二永磁体产生的轴对称非均匀磁场中，所受到的磁性液体的一阶悬浮力也更加稳定，改善了现有技术(文献7所述装置)所采用的环形非导磁性物质的不稳定悬浮问题。质量块的材料为非导磁性物质可以彻底解决现有技术(文献1、3、4和5所述装置)中质量块为永磁体时所引起的磁粘效应，从而导致的质量块与壳体之间的磁性液体流动困难的问题。本发明中，质量块由于是非导磁性物质，因此可以选择硬度远小于壳体材料的物质，如实木、铝、钛、金、银和铜等，在加速度极大时，质量块与壳体相撞，仅发生形变而不发生碎裂，仍然能够保持较好的减振效果。在地面应用时，质量块选用密度大于所选磁性液体密度的材料，使其能够更好的居中，在太空应用时，对质量块的密度没有要求。
[0020]本发明和已有技术相比所具有的有益效果:(I)壳体与端盖的结构使得磁性液体更容易注满，更有效的防止永磁铁受到撞击碎裂或松动掉落；(2)上、下端盖的材料为导磁性能极好的材料，与第一、第二永磁体可在壳体内部形成锥形分布的轴对称非均匀磁场，使得质量块的定心效果得到极大提高；(3)第一和第二永磁体产生的轴对称非均匀磁场作用在磁性液体上可以更加稳定的悬浮质量块，同时第一和第二永磁体安装在外侧有效避免了永磁体碎裂、磁粘效应弓I起的磁性液体流动困难和磁性液体注入困难的问题，中心的螺纹孔使第一、第二永磁体更容易安装与拆卸；(4)质量块的锥角状有效的增加了摩擦面积，加强了质量块与壳体之间的频率差，也可以使质量块更加稳定的悬浮在壳体中；(5)质量块选用非导磁性材料，因此可以选择硬度较小、塑性较大的材料，从而可有效解决撞壁后质量块碎裂问题，也避免了因磁粘效应引起的流动困难问题。
【附图说明】
[0021]图1 一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器；
[0022]图2质量块示意图。
[0023]图1中:壳体1、第一永磁体2、上端盖3、磁性液体4、质量块5、第二永磁体6、下端盖7。
【具体实施方式】
[0024]以附图为【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
[0025]一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，如图1，该减振装置包括:壳体1、第一永磁体2、上端盖3、磁性液体4、质量块5、第二永磁体6、下端盖7。
[0026]构成该装置的各部分之间的连接:
[0027]先将所述的下端盖7与壳体I固定连接，连接方式可采用焊接、粘接或螺纹连接，然后在壳体I内注入壳体I 一半高度的磁性液体4。再将质量块5放入壳体I中，待完全沉入底部后继续注入磁性液体4，直至磁性液体注满壳体I。将上端盖3与壳体I固定连接，连接方式可采用焊接、粘接或螺纹连接。最后将第一永磁体2和第二永磁体6分别装入上、下端盖的沉孔中并固定连接，连接方式为粘接方式。
[0028]壳体I和质量块5均为非导磁材料，其中质量块5材料的硬度要远小于壳体I和上、下端盖材料的硬度。
[0029]第一永磁体2和第二永磁体6结构参数和物料参数均相同，且均为圆柱形。
[0030]上端盖3、下端盖7的材料选用导磁性能极好的材料。
[0031]第一永磁体2和第二永磁体6选用铷铁硼。
【主权项】
1.一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于:该装置包括壳体(1)、第一永磁体(2)、上端盖(3)、磁性液体(4)、质量块(5)、第二永磁体￠)、下端盖(7)； 所述壳体(I)设有通孔，通孔两端分别加工有沉孔，沉孔直径大于通孔直径，壳体(I)上、下端面分别与上端盖(3)和下端盖(7)固定连接形成减振器腔室；所述减振器腔室内部放入质量块(5)并充满磁性液体(4);所述上端盖(3)上端面加工有沉孔，下端面加工有凸台，凸台端面设有锥角；所述下端盖(7)与上端盖(3)结构和尺寸相同；所述第一永磁体(2)装入上端盖(3)的沉孔中，与上端盖(3)固定连接，所述第二永磁体(6)装入下端盖(7)的沉孔中，与下端盖(7)固定连接。2.根据权利要求1所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述壳体(I)为非导磁材料，两端的沉孔内径与上端盖(3)和下端盖(7)的凸台外径相同；。3.根据权利要求1或2所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述上端盖(3)为导磁性能极好的材料，其凸台端面所设锥角最大直径与壳体(I)的内孔直径相同，比凸台直径小2?6mm，锥角角度Θ 2为140?170°，锥角顶点到第一永磁体(2)的厚度为I?3_，上、下端盖的沉孔内径与第一、第二永磁体直径相同，为过渡配合。4.根据权利要求1所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述第一永磁体(2)为圆柱体且直径与上端盖(3)的沉孔内径相同，在中心处加工有螺纹孔，所述第二永磁体(6)与第一永磁体(2)结构和尺寸相同，第一永磁体(2)与第二永磁体(6)为同极相对，即，第一永磁体(2)与上端盖(3)的接触面为N(S)极，第二永磁体(6)与下端面(7)的接触面也为N(S)极。5.根据权利要求1或3所述一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，其特征在于: 所述质量块(5)为圆柱形非导磁材料，上、下端面均加工成圆锥状，质量块两端锥角角度小于上、下端盖的锥角角度，即，Θ1〈Θ2，且Θ2-Θ1〈20°，质量块(5)直径与高度的比值，即，Ι/h = 2?4。
【专利摘要】一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，属于机械工程振动领域。成功解决了现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用的问题。该装置包括壳体(1)、第一永磁体(2)、上端盖(3)、磁性液体(4)、质量块(5)、第二永磁体(6)、下端盖(7)，当外界振动时，质量块(5)在腔体内移动，磁性液体(4)在壳体(1)内孔壁与质量块(5)的间隙内流动，从而吸收能量达到减振目的，第一永磁体(2)和第二永磁体(6)在磁性液体内部形成的一阶浮力使得质量块(5)与壳体(1)之间形成频率差，使减振效率达到最大。
【IPC分类】F16F6/00
【公开号】CN104895983
【申请号】CN201510213539
【发明人】李德才, 姚杰, 姜华伟, 黄串
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
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