【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁力隔振，涉及一种永磁气囊复合隔振装置及其磁固耦合刚度计算方法。
技术介绍
1、大型船舶作为海上的主要运输工具，在我国能源运输、海洋资源开发的发展过程中起着关键作用。船舶的主推进系统和辅机系统在运行过程中常常由于内压力不均匀、活塞和曲轴运动的惯性力等因素而产生周期性振动，除此之外，螺旋桨在水中旋转时，也会受到水流的反作用力影响而导致振动加剧，因此振动是大型船舶在实际运行中不可避免的现象。长期不稳定的振动现象会导致船舶推进系统谐振，不仅影响船舶的推进效率而且会产生噪声。此类问题在低速重载传动中更加明显。近年来，随着磁力传动技术的发展，依托于第三代新型永磁材料设计的永磁隔振器具有无接触、无摩擦、高磁能积等优点，能够提供稳定的磁性支持，进而减少机械结构的振动传递，隔振降噪效果显著。然而，永磁隔振器由于磁力的特性，这种弹性支撑效果通常是非线性的，使其在低频振动下有良好的隔振效果，担在高频振动中磁场的非线性可能会引入更加复杂的耦合振动问题，导致系统的稳定性变差。目前设计的永磁隔振器未考虑高频振动的问题，导致永磁隔振器在使用过程中的限制较大，无法达到更好的隔振降噪效果。此外，在对永磁隔振器结构参数进行设计优化不断迭代的过程中，对其刚度的计算主要采用有限元仿真手段，需要不同结构参数的设计域、添加多种边界条件约束、细化更多的网格来近似模拟实际的情况，以此为基础优化结构。这会使得有限元仿真计算过程十分复杂，甚至会出现不收敛的情况。若简化有限元计算而节约计算成本，那么其计算精度就无法得到保证。因此，设计一种新型永磁气囊复合隔振器及其磁
2、针对永磁隔振器结构设计，武倩倩、崔宁等人在专利“基于halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置及作动器、方法”(cn201810179249.1)中采用halbach永磁阵列体产生主动控制力，实现隔振。满足地面重力场环境中大承载力和高线性控制的要求，然而未能充分考虑到在高频振动的环境下实现有效隔振，并且线圈在切割磁感线的过程中会产生大量的热，这对影响永磁体的磁力性能。
3、针对永磁隔振器刚度计算方法，李强、徐登峰等人在《新型永磁隔振器的隔振性能分析与实验研究》一文中利用矢量磁位法建立了永磁隔振器的刚度解析模型，并在此基础上对隔振器的隔振性能进行参数化分析，最终确定了其结构参数，但该计算方法仅考虑了环形永磁体的刚度计算，无法适配目前主流的永磁隔振器的设计计算，且对部分结构进行了理想假设仅考虑了磁力作用，无法适配实际工况。
4、因此，提出一种新型永磁气囊复合结构以及快速、准确的磁固耦合刚度解析计算方法对于永磁隔振器的研究与发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术为了弥补现有技术的缺陷，专利技术了一种永磁气囊复合隔振器，其目的是通过该装置将永磁体盘和橡胶气囊结合。永磁体盘由于磁极之间的吸斥作用产生稳定的磁力。永磁体盘通过磁力提供了悬浮效果，避免了直接的机械接触，从而减少低频振动的传递，而橡胶气囊则因其优异的高阻尼、高弹性和滞后性，能够有效吸收和缓冲残余的振动能量，从而减少高频振动的传递。该装置利用二者的特性共同工作，不仅能有效抵抗冲击载荷，而且在低频和高频段均具有良好的减振效果。此外，以comsol软件仿真获得的压缩力作为边界条件，结合磁场及材料的本构计算模型，对磁体盘进行结构参数设计，以此满足在不同的形变下均有较小的刚度，有效地解决了目前永磁隔振器有效隔振频率跨度小的问题。考虑到不同载荷状态下磁力与弹力的复合作用，若采用仿真计算，其时间成本较高且常常出现不收敛的情况，因此专利技术了一种磁固耦合刚度解析计算方法，该方法以矢量力等效分解法为基础，将磁场和弹性力学独立分析，最后通过理论公式将其复合得出最终的磁固耦合刚度，并引入修正系数以实际仿真结果为标准对计算结果进行修正，有效提高了计算精度，仅需独立计算两个物理场的载荷变化即可实现磁固耦合刚度的准确评估。该方法在工程应用中具有较好的实用性，计算简单。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种永磁气囊复合隔振器，主要由上底盘、下底盘，橡胶气囊以及n、s级交替分布的弧形永磁体构成；本专利技术采用的内嵌式装配方案可以使永磁气囊复合隔振器的可压缩范围得到大幅度提高，底面开槽的圆形底盘配合弧形永磁体。不仅可以有效固定磁块，使其在较大的磁力作用下保持稳定。而且可以抵抗冲击载荷，在低频段实现有效隔振。其次，本专利技术通过连接在下底盘上的橡胶气囊实现该隔振器在高频段的隔振效果。最后，该永磁气囊复合隔振器包括上底盘1、弧形永磁体2、下底盘3、橡胶气囊4和外筒5；
4、弧形永磁体2按照n、s级交替形式嵌入上底盘1和下底盘3的弧形槽中，下底盘3通过强力胶与橡胶气囊4相连接，上底盘1和下底盘3的侧面与外筒5内表面之间采用间隙配合，便于在外筒5内部移动；上底盘1在受到外部载荷后会通过内嵌的弧形永磁体2将下压力通过非接触的形式传递给下底盘3，下底盘3随后压缩橡胶气囊4，产生弹力抵抗外部载荷，最终在磁力和弹力的共同作用下实现隔振效果。最后，上底盘1和下底盘3内部的弧形永磁体2由于其规格一致，互换性高，安装便捷，在永磁气囊复合隔振器结构优化、提升隔振效果等方面具有重要意义。
5、永磁气囊复合隔振器上底盘1、下底盘3和橡胶气囊4分别安装完毕后，最后内嵌于外筒5内，橡胶气囊4下底面与外筒5下底面对齐。
6、一种永磁气囊复合隔振器的磁固耦合刚度计算方法，基于矢量力等效分解法对磁固耦合刚度进行解析计算，将相互复合的磁力及弹力独立分析，结合磁矢势及不同形变下径向磁力和弹力的变化规律，最终通过计算得出两个力相互影响的磁固耦合刚度，在此基础引入修正系数对计算结果进行修正，使其更加贴合仿真结果，最终实现磁固耦合刚度的快速准确评估，为永磁气囊复合隔振器结构设计，性能优化提供重要理论计算支撑。该方法的具体步骤如下：
7、第一步、确定永磁气囊复合隔振器的关键参数
8、关键参数包括弧形永磁体2的剩余磁化强度mr、相对磁导率μr、真空磁导率μ0；弧形永磁体2侧表面边界上的等效面电流密度js、外法向单位向量n；等效面电流上的源点到任意位置的矢径r；等效面电流在任意位置处产生的磁感应强度b；
9、第二步、求解永磁气囊复合隔振器磁场
10、由于永磁体为轴向均匀平行磁化，故永磁体内的等效体电流密度为零，从而可用平行于剩余磁化强度mr方向的侧表面边界上的等效面电流密度js来代替，具体的表达式为：
11、
12、其中：js为侧表面边界上的等效面电流密度；mr为弧形永磁体2的剩余磁化强度；μr为相对磁导率；
13、根据毕萨定律，则可知等效面电流在任意位置处产生的磁感应强度b为：
14、
15、其中：s为等效面电流分布区域面积。
16、第三步、求解永磁气囊复合隔振器径向力
17、根据麦克斯韦应力张量计算磁力大小，即：
18、f1＝∫t·nds本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁气囊复合隔振器，其特征在于，该永磁气囊复合隔振器包括上底盘(1)、弧形永磁体(2)、下底盘(3)、橡胶气囊(4)和外筒(5)；
2.根据权利要求1所述的永磁气囊复合隔振器，其特征在于，所述上底盘(1)和下底盘(3)内部的弧形永磁体(2)规格一致。
3.根据权利要求1所述的永磁气囊复合隔振器，其特征在于，所述上底盘(1)、下底盘(3)和橡胶气囊(4)分别安装完毕后，内嵌于外筒(5)内，橡胶气囊(4)下底面与外筒(5)下底面对齐。
4.一种永磁气囊复合隔振器的磁固耦合刚度计算方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种永磁气囊复合隔振器，其特征在于，该永磁气囊复合隔振器包括上底盘(1)、弧形永磁体(2)、下底盘(3)、橡胶气囊(4)和外筒(5)；
2.根据权利要求1所述的永磁气囊复合隔振器，其特征在于，所述上底盘(1)和下底盘(3)内部的弧形永磁体(2)规格一致。
【专利技术属性】
技术研发人员：程习康，苏桂龙，罗唯奇，周孟德，姜泓任，李阳阳，张洋，刘巍，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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