基于磁性液体悬浮特性的颗粒碰撞阻尼器制造技术

基于磁性液体悬浮特性的颗粒碰撞阻尼器，属于振动控制领域

【技术实现步骤摘要】
基于磁性液体悬浮特性的颗粒碰撞阻尼器


[0001]本专利技术属于机械工程
(
包括重力和失重环境下的机器
、
机构和各类零件等
)
振动控制领域
。

技术介绍

[0002]颗粒碰撞阻尼器是一种在外部振动激励下，依靠颗粒之间的碰撞消耗振动能量的被动阻尼器，应用振动频率高，具有结构简单和寿命长等优点
。
然而现有的颗粒碰撞阻尼器由于固体颗粒之间的摩擦力大，无法解决中低频振动问题
。
对
1000Hz
以下振动的抑振效果不好，而对
100Hz
以下甚至频率更低的振动，现有颗粒碰撞阻尼基本无效
。
而且，目前的颗粒阻尼器依靠重力使颗粒堆积在壳体中产生摩擦，一旦在失重环境下，颗粒将处于自由飘逸状态，无法再产生有效碰撞，产生失效问题
。
[0003]为了提高颗粒间的碰撞几率和颗粒碰撞阻尼器的减振效率，通常采用在容器内注入适量粘性液体或者将多个颗粒碰撞阻尼器组合使用的办法，如文献
1(
公开号
CN 106930425 B
申请的专利
)
将颗粒设计为由弹簧连接的嵌套式球结构，并利用粘性液体增大颗粒间的碰撞几率，但是需要合理调节嵌套式球内部空气和颗粒物的比例以保证嵌套式球的悬浮，增大了颗粒阻尼器的加工难度，并且弹簧的使用会限制阻尼器的使用寿命
。
此外，这种设计导致整个嵌套式球的等效密度和粘性液体的密度相同，无法在嵌套式球和粘性液体间产生有效的相对运动
。
最后，这种设计受重力的影响较大
。
在太空中，由于无重力的约束，整个嵌套式球和内部颗粒都处于自由飘逸的状态，无法在振动环境下发生有效的相互碰撞
。
而在地面环境时，重力使嵌套式球内部的颗粒完全堆积在一起，振动能量只有克服颗粒之间的固体摩擦力才能使其产生运动，因此对低中频振动抑振效果不佳
。
而如文献
2(
公开号
CN 114962514 B
申请的专利
)
将球体在外磁场的作用下悬浮于一个充满磁性液体且带有弹性软垫的腔体内
。
该专利技术可以解决传统磁性液体阻尼器无法应用于
100Hz
以上的振动环境
。
但是，该阻尼器中仅有一个球体，碰撞阻尼仅发生在铜球与腔体内侧的软垫之间，阻尼力非常有限
。
随着振动频率比较大时，该阻尼器的阻尼力将无法满足要求
。
此外，该阻尼器中球体仅受磁性液体悬浮力的约束，悬浮高度固定，不具有根据振动情况进行调节的可能
。
[0004]因此急需对颗粒碰撞阻尼的结构进行重新设计和改进，使其不仅能够应用在高频振动场合，在低中频振动场合也有非常好的效果，且在失重环境下不失效
。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是，现有颗粒碰撞阻尼器由于固体颗粒之间的摩擦力大，对
1000Hz
以下振动的效果不佳，更无法应用于
100Hz
以内的中低频振动
。
而且在失重环境下，颗粒将处于自由飘逸状态，无法再产生有效碰撞，面临失效
。
特提供基于磁性液体悬浮特性的颗粒碰撞阻尼器，利用磁性液体在非均匀磁场下产生的悬浮力，将多个球体悬浮于壳体内部，减小了球体之间的固体摩擦力，使球体对惯性力非常敏感
。
当振动产生时，球
体在磁性液体内运动并发生碰撞，从而产生液体粘滞阻尼和颗粒碰撞阻尼，无论是对只有几赫兹的低频振动，还是对上千赫兹的高频振动，均具有出色的减振性能
。
此外，将球体内填充磁性填充材料，可以让球体受到磁性液体悬浮力和磁吸力的共同作用，即使在失重环境下，仍然不会发生自由飘逸而失效的问题
。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]该阻尼器包括：球体
、
磁性液体
、
底部磁源
、
壳体
、
侧面磁源一
、
顶部磁源和侧面磁源二
、
球壳和填充材料
。
[0008]将所述填充材料装入球壳中，形成球体
。
[0009]将所述球体装入壳体中，并在壳体中充入磁性液体
。
在所述壳体的外壳壁面上固定安装底部磁源
、
侧面磁源一
、
顶部磁源和侧面磁源二，形成外部磁场源
。
[0010]所述的球壳采用非导磁性金属，填充材料采用磁性材料
。
填充材料占球体的体积比例为0％～
90
％，且使球体的等效密度大于磁性液体的密度
。
即，球体即可以是实心的非导磁性金属，也可以是空心的非导磁性金属，还可以是一个由非导磁性金属球壳和磁性填充材料共同构成的复合球体
。
填充材料可以根据需要选用电工纯铁
、
软磁材料
、
磁性液体和磁粉，甚至是这些材料的混合物
。
[0011]球体的外径大于等于
1mm
，在壳体中的体积填充率为
10
～
90
％，根据外界振动情况，其尺寸可以相同，也可以不相同
。
球体的数量必须要大于1，即至少是2颗，确保在出现振动后，球体之间会发生相互碰撞，产生颗粒碰撞阻尼
。
[0012]磁性液体在壳体中的体积填充率为
10
％～
90
％
。
根据外界振动情况，磁性液体和球体的体积可以完全填充整个壳体内腔，也可以部分填充壳体内腔
。
[0013]所述的壳体为非导磁性金属，可以选用铜和不导磁钢
。
壳体的形状可以是圆柱，也可以是长方体或正方体
。
底部磁源
、
侧面磁源一
、
顶部磁源和侧面磁源二均为永磁体构成
。
可以是多块永磁体的拼接，也可以是单块永磁体
。
此外，可以根据具体振动和应用环境，仅选用底部磁源，或底部磁源
、
侧面磁源一和侧面磁源二的组合，亦或底部磁源和顶部磁源的组合等多种方式
。
外部磁场源用于提供非均匀的外磁场，使得磁性液体内部产生梯度磁悬浮力，和对球体内部填充材料产生磁吸力
。
通过这两个力能够将球体悬浮在磁性液体中不同的位置
。
底部磁源
、
侧面磁源一
、
顶部磁源和侧面磁源二的磁极可以任意排列，如可以在紧贴壳体壁面一侧的磁极全部相同，也可以相邻的磁极相反
。
如底部磁源的上表面
、
侧面磁源一的左侧面
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于磁性液体悬浮特性的颗粒碰撞阻尼器，其特征在于：该阻尼器包括：球体
(1)、
磁性液体
(2)、
底部磁源
(3)、
壳体
(4)、
侧面磁源一
(5)、
顶部磁源
(6)、
侧面磁源二
(7)、
球壳
(8)
和填充材料
(9)
；将所述填充材料
(9)
装入球壳
(8)
中，形成球体
(1)
；将所述球体
(1)
装入壳体
(4)
中，形成颗粒碰撞阻尼；在壳体
(4)
中充入磁性液体
(2)
；在所述壳体
(4)
的外壳壁面上固定安装底部磁源
(3)、
侧面磁源一
(5)、
顶部磁源
(6)
和侧面磁源二
(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚杰，刘庭欣，赵心语，李辉，李德才，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：