本发明专利技术公开了一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置，包括底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、Ⅰ型连接铁板、承载框架柱、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈和上部工作间隙，其中负刚度系统和正刚度系统共同组成了串联刚度宽频磁流变智能减振装置的基本出力单元。本发明专利技术克服了传统被动式减振可控频带窄、性能不可调节和主动式减振辅助系统复杂的缺陷；相较现有智能减振装置，本发明专利技术更适用于减小柔性需求的低频干扰和刚性需求的高频振动，适应工况多，具有较好的经济优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及结构隔振减振
，尤其是涉及一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置。技术背景隔振系统广泛应用于高精度测量、汽车悬架、船舶轴系及重要的防灾减灾系统。隔振系统能够有效地降低或弱化实际工程应用中的不利环境干扰，按照传递路径，环境干扰主要分为两类：一是来自支撑系统传递的地面振动，如柱子和横檩作用于工程结构的地震动，相对于结构物，小刚度隔振系统可以增大结构柔度，是保护工程结构或装备的主要隔振策略；另一种是工程结构或装备自身重量或位置改变引起的环境干扰，此时需要大刚度隔振系统以增大结构的稳定性来减小工程结构或装备的自身扰动。由此可见，不同的工程结构对隔振系统刚度的要求可能不同，隔振系统可调范围是其隔振性能的一个重要指标，较大的刚度可调范围的隔振系统有更为广泛的应用领域。被动隔振系统以其结构简单、制造安装方便而得到普遍应用，但其固定刚度和有限频带给隔振系统的应用范围带来了限制。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomers,MREs)是以微米级软磁颗粒为填充料和粘弹性材料为基体而组成的一种力学性能主动可控的智能复合材料，在外加磁场作用下进行固化后，磁流变弹性体(MREs)相较无磁场固化(制备)时呈现出显著的磁流变效应。制备好的磁流变弹性体(MREs)在磁场的作用下其力学性能可实现瞬时可逆变化，如阻尼特性、杨氏模量和剪切模量等，尤其是制备磁场。磁流变弹性体(MREs)不存在软磁颗粒沉降以及其易封装的特性使得其在减振器、制动器和偏转传感器中广有应用。合理设置隔振系统的结构形式，使得在不同的激励磁场下磁流变弹性体(MREs)的刚度和阻尼特性改变的同时为系统提供负刚度是提高隔振系统隔振性能一个新途径。目前，基于负刚度特性的隔振减振装置的成果大多着眼于利用主动力负刚度来降低对机构整体刚度的调节范围的下限。专利CN102808883B利用永磁体的排斥作用提供负刚度，并联一个线性弹簧，实现了超低频减振的目的，其实质是正负刚度线性弹簧的并联，降低机构的整体刚度，继而大幅调低了机构的固有频率，使得机构能够避开共振频率。Y-B Kim利用电磁铁串联线性弹簧组成磁力阻尼器研究了单自由度支撑体系的隔振，此装置利用开环控制算法为电磁铁提供电流，但是其线性弹簧谐振限制了装置的减振效果。为了保证电磁负刚度隔振器中间质量的相对位置，专利CN103398132B引入磁流变弹性体对中间质量位置进行了限定。这种负刚度磁体组合与类弹簧体的并联机构具有较低的自振频率，能够保证变载荷情况下的低频隔振。两个弹簧串联后的弹簧系统的整体刚度可以用两个弹簧刚度的乘积与总和的比值表示。如果一个正刚度弹簧与一个负刚度弹簧串联后，根据整体刚度计算方法，弹簧系统的联合刚度的可调范围理论上可以达到无限大。因此，具有负刚度的可调被动隔振系统的整体刚度可调范围大，调节正负刚度弹簧的刚度直接影响弹簧系统的联合刚度和弹簧隔振系统的频带宽度，能够克服传统被动隔振系统不适用于宽频激励的缺陷。
技术实现思路
技术问题：针对已有技术方案存在的问题，本专利技术公开的一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置克服了传统被动式减振可控频带窄、性能不可调节和主动式减振辅助系统复杂的缺陷；相较现有智能减振装置，本专利技术更适用于减小柔性需求的低频干扰和刚性需求的高频振动，适应工况多，具有较好的经济技术优势。技术方案：本专利技术是一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置，包括底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、承载框架柱、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈和上部工作间隙，其特征在于：底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈、上部工作间隙共同组成负刚度系统；软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列共同组成正刚度系统；底部内柱励磁线圈绕制于弧段圆环套键的环形腔中，弧段圆环套键嵌套于底部磁轭异性棒的环形凹陷处并连同上下碟形弹簧组一起被底部磁轭外环柱包裹，底部磁轭外环柱外部绕制底部外柱励磁线圈并连同其内部机构一起置于底部自润滑磁性导轨盘上，其中，底部工作间隙包括底部磁轭异性棒端部与底部自润滑磁性导轨盘之间的圆形竖向空间和底部磁轭外环柱与Ⅰ型连接铁板之间的环形竖向空间；上部内柱励磁线圈绕制于弧段圆环套键的环形腔中，弧段圆环套键嵌套于上部磁轭异性棒的环形凹陷处并连同上下碟形弹簧组一起被上部磁轭外环柱包裹，上部磁轭外环柱外部绕制上部外柱励磁线圈并连同其内部机构一起置于上部自润滑磁性导轨盘上，其中，上部工作间隙包括上部磁轭异性棒端部与上部自润滑磁性导轨盘之间的圆形竖向空间和上部磁轭外环柱与Ⅱ型连接铁板之间的环形竖向空间；质量块阵列固定连接于Ⅱ型连接铁板；以叠层磁流变弹性体MREs为首层铺装，然后与叠层导磁钢板顺次交替粘结组成叠层体块，并在叠层体块上下表面以及外环面分别粘贴软磁金属封板和橡胶保护层；上部叠层体块的上软磁金属封板与Ⅱ型连接铁板用螺栓连接固定，下部叠层体块的下软磁金属封板与下连接盖板用螺栓连接固定，Ⅰ型连接铁板与上下叠层体块的下上软磁金属封板用螺栓连接固定；承载框架柱端部分别连接Ⅰ型连接铁板和上连接盖板并用螺栓固定；其中，自润滑磁性导轨盘采用超高分子量聚四氟乙烯材料制作，导磁钢板材料宜选用硅钢片。软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、Ⅰ型连接铁板和Ⅱ型连接铁板一起构建正刚度系统的磁场闭合回路路径，底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、底部工作间隙、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒和上部工作间隙一起构建负刚度系统的磁场闭合回路路径；各部件连接关系如前文所述。在底(上)部磁轭外环柱与底(上)部磁轭异性棒接触部分、底(上)部磁轭外环柱与弧段圆环套键接触部分分别布置隔磁铜封环。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.本专利技术设置了可分离套筒式磁轭环柱(棒)，使得本装置能够以主动力的形式提供负刚度，利用磁流变弹性体有场条件下物理力学参数的可控性，实现了正负刚度工作部件的串联连接。相比并联连接具有更为宽广的整体刚度调节范围。2.本专利技术针对现有传统减振器利用变刚度进行减振的方法，设置了顶板质量块进行耗能，减轻了本装置的能量输入消耗，统一了变刚度减振方法和耗能减振方法的各自优势，提高了本专利技术的减振能效。3.本专利技术励磁线圈不仅通过工作间隙为本装置提供了负刚度，而且为磁流变弹性体MREs提供了多重工作磁场，保证了磁流变弹性体材料的磁流变效应以及叠层磁流变弹性体MREs部件的磁感应强度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的可分离套筒式磁轭环柱(棒)示意图；图3为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置，包括底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、承载框架柱、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈和上部工作间隙，其特征在于：底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈、上部工作间隙共同组成负刚度系统；软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列共同组成正刚度系统；底部内柱励磁线圈绕制于弧段圆环套键的环形腔中，弧段圆环套键嵌套于底部磁轭异性棒的环形凹陷处并连同上下碟形弹簧组一起被底部磁轭外环柱包裹，底部磁轭外环柱外部绕制底部外柱励磁线圈并连同其内部机构一起置于底部自润滑磁性导轨盘上，其中，底部工作间隙包括底部磁轭异性棒端部与底部自润滑磁性导轨盘之间的圆形竖向空间和底部磁轭外环柱与Ⅰ型连接铁板之间的环形竖向空间；上部内柱励磁线圈绕制于弧段圆环套键的环形腔中，弧段圆环套键嵌套于上部磁轭异性棒的环形凹陷处并连同上下碟形弹簧组一起被上部磁轭外环柱包裹，上部磁轭外环柱外部绕制上部外柱励磁线圈并连同其内部机构一起置于上部自润滑磁性导轨盘上，其中，上部工作间隙包括上部磁轭异性棒端部与上部自润滑磁性导轨盘之间的圆形竖向空间和上部磁轭外环柱与Ⅱ型连接铁板之间的环形竖向空间；质量块阵列固定连接于Ⅱ型连接铁板；以叠层磁流变弹性体MREs为首层铺装，然后与叠层导磁钢板顺次交替粘结组成叠层体块，并在叠层体块上下表面以及外环面分别粘贴软磁金属封板和橡胶保护层；上部叠层体块的上软磁金属封板与Ⅱ型连接铁板用螺栓连接固定，下部叠层体块的下软磁金属封板与下连接盖板用螺栓连接固定，Ⅰ型连接铁板与上下叠层体块的下上软磁金属封板用螺栓连接固定；承载框架柱端部分别连接Ⅰ型连接铁板和上连接盖板并用螺栓固定。...
【技术特征摘要】
1.一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置，包括底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、承载框架柱、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈和上部工作间隙，其特征在于：底部自润滑磁性导轨盘、底部磁轭外环柱、弧段圆环套键、底部磁轭异性棒、碟形弹簧、底部内柱励磁线圈、底部外柱励磁线圈、底部工作间隙、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列、上部自润滑磁性导轨盘、上部磁轭外环柱、上部磁轭异性棒、上部内柱励磁线圈、上部外柱励磁线圈、上部工作间隙共同组成负刚度系统；软磁金属封板、叠层磁流变弹性体MREs、叠层导磁钢板、橡胶保护层、Ⅰ型连接铁板、Ⅱ型连接铁板、质量块阵列共同组成正刚度系统；底部内柱励磁线圈绕制于弧段圆环套键的环形腔中，弧段圆环套键嵌套于底部磁轭异性棒的环形凹陷处并连同上下碟形弹簧组一起被底部磁轭外环柱包裹，底部磁轭外环柱外部绕制底部外柱励磁线圈并连同其内部机构一起置于底部自润滑磁性导轨盘上，其中，底部工作间隙包括底部磁轭异性棒端部与...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜成斌，李润璞，林小国，江守燕，田新冉，孙立国，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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