一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器制造技术

一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器，它由电涡流耗能单元、弹性缓冲单元、电磁屏蔽部件、轴向位移导向单元和支撑部件组合构成；弹性缓冲单元、电涡流耗能单元、轴向位移导向单元按顺序从底至上依次嵌套在支撑部件上面；作为阻尼器核心部件的电涡流耗能单元，其底部与弹性缓冲单元顶部相连接，其顶部则与轴向位移导向单元底部相连接；该阻尼器顶端设有柔性球形绞座，与轴向位移导向单元相连，同时连接外部负载，并输出阻尼力；该阻尼器底端设有柔性球形绞座，用于固定阻尼器；本发明专利技术具有阻尼系数可调，高阻尼力与阻尼器整体质量比值，结构紧凑，可靠性高等优点，它在结构振动控制技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构振动控制
，具体涉及一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器，该装置能对结构的轴向振动进行抑制。
技术介绍
航空、航天、机械、土木以及环境等许多工程领域都普遍存在着振动问题，可带来噪声、设施疲劳等危害。有效地控制振动，降低振动带来的危害，一直是工程技术人员的研究重点。关于结构振动控制研究早在20世纪始于机械工程，而后发展到航空航天工程。航天器在轨道中长期运行，工作环境恶劣，维护不便，这对阻尼器的性能、使用寿命提出了苛刻的要求。鉴于此，本专利技术提出了一种新型的电涡流阻尼器结构设计方案，其阻尼特性好、可靠性高，阻尼系数大小可调，其结构紧凑，可以应用于航天相关器件以及其它精密器械的减振需求。电涡流阻尼器属于电(磁)感应式耗能器，是基于导体(非导磁材料)在磁场中运动或在交变磁场中产生电涡流效应的原理来工作。当涡电流产生后，磁场便会对导体产生力的作用，阻止导体的运动，即产生了阻尼力。导体内产生的涡电流以热能的形式通过阻尼器耗散到周围的介质中。于是电涡流阻尼器不断地将振源传过来的动能转化为导体中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的。相比其他传统阻尼器，电涡流阻尼器具有结构简单、非接触、无需工作介质、寿命长及刚度与阻尼可控等特点，特别是非接触性，它不改变结构的动态特性或者导致质量局部集中以及增加系统的刚度，在工作过程中不需要粘性介质、密封部件以及定期的维护。传统的结构减振方式是通过增强结构本身的抗振动性能(强度、刚度)延性来抵御外界激励作用，即由结构本身储存和消耗振动能量，这是被动消极的抗振对策。合理有效的抗振途径是对结构施加抗振装置，由抗振装置与结构共同储存和耗散振动能量，以调节和减轻结构的振动作用反应。结构耗能减震技术是在结构物的某些部位(如支撑、节点、连接件)等设置耗能装置，通过耗能装置产生摩擦、弯曲、弹塑性滞回变形来耗散或吸收振动输入结构中的能量，以减小主体结构的振动响应。耗能减震器可依据不同的材料，不同的耗能机理和不同的构造来制造。目前研发的耗能减震器种类很多，依耗能减震器的耗能机理可分为摩擦耗能器、弹塑性耗能器、粘弹性耗能器、粘滞性阻尼器和电(磁)感应式耗能器。目前在结构振动控制
得到广泛应用的是粘滞性阻尼器，特别是油液式阻尼器。这类阻尼器主要结构包括缸体、粘滞液体、活塞、活塞杆、阻尼材料腔、密封端套、密封环等部件。此类阻尼器在工作的过程中需要液体介质，因而对密封性能要求较高，而且也不适用于一些温度变化剧烈的场合，比如航天器在轨运行中，工况十分复杂、恶劣，对阻尼器性能的可靠性要求很高。在这种情况下，电涡流阻尼器可以很好的发挥自己的有点。目前电涡流阻尼器在航天、土木、建筑减震领域有相关应用研究，大都是利用一块或者多块金属板与永磁体之间的相对运动产生来产生阻尼力。此类电涡流阻尼器结构较简单，不能方便的调节阻尼系数的大小，磁场的利用率不高，导致金属板内的电涡流较小，从而影响阻尼力与阻尼器质量比值的大小，为了达到阻尼效果，其尺寸都很大，导致重量很重，很大程度上影响到电涡流阻尼器的在航天中的应用。本专利技术提出了一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器结构设计方案，具有阻尼系数可调，高阻尼力与阻尼器质量比值，结构紧凑，可靠性高，可以应用于航天相关器件以及其它精密器械的减振需求。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的是设计和提供一种能对精密机械结构的轴向振动进行抑制的阵列式新型高性能电涡流阻尼器，它具有阻尼系数可调，高阻尼力与阻尼器整体质量比 值，结构紧凑，可靠性高等优点。2、技术方案电涡流阻尼器是利用电磁感应原理产生阻尼的一种阻尼减振装置。电涡流阻尼器的工作原理是阻尼器安装在振源与减振设备之间，当振动输入时，带动阻尼器内部的金属板单兀切割永磁体产生的磁场，于是在金属板单兀表面产生了润电流，磁场便会对载流金属板产生力的作用，阻止金属板的运动，即产生了阻尼力。金属板内产生的涡电流以热能的形式通过阻尼器耗散到周围的介质中。于是电涡流阻尼器不断地将振源传过来的动能转化为金属板单元中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的。为了提高阻尼系数，可以通过尽可能的增加导体内的磁通变化量来达到目的。如图2所示，当导体所处的磁场在其运动方向上交替变化时，在其内部会形成相应数量的电涡流，与单一磁场方向的结构方案比较而言，阵列方案中将会产生更大的电涡流，继而输出更大的阻尼力，具备较好的阻尼性能。阻尼器的磁路确定之后，为了实现阻尼比可调，可以通过改变电涡流阻尼源的数目来实现。具体的方法是通过一定的方式将多个图I所示的电涡流阻尼源组合在一起，显然阻尼器阻尼力的大小取决于电涡流阻尼源的数目。根据上述原理，本专利技术一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器，由电涡流耗能单元、弹性缓冲单元、电磁屏蔽部件、轴向位移导向单元和支撑部件组合构成。它们之间的位置连接关系是弹性缓冲单元、电涡流耗能单元、轴向位移导向单元按顺序从底至上依次嵌套在支撑部件上面，如图3a所示。作为阻尼器核心部件的电涡流耗能单元，其底部与弹性缓冲单元顶部相连接，其顶部则与轴向位移导向单元底部相连接；该阻尼器顶端设有柔性球形绞座，与轴向位移导向单元相连，同时连接外部负载并输出阻尼力；阻尼器底端设有柔性球形绞座，用于固定阻尼器。所述电涡流耗能单元包括电涡流阻尼源胞和固定软铁，其之间的关系是电涡流阻尼源胞对称的分布在电涡流耗能单元内部，构成一个阵列，固定软铁分布在相邻电涡流阻尼源胞之间。电涡流阻尼源胞的具体数目可根据设定的阻尼力大小确定，一般至少为四个。其功能是通过各个电涡流阻尼源胞，在外部负载的作用下，发热耗能，输出阻尼力。该电涡流阻尼源胞包括永磁体阵列、条形软铁和电涡流板，其之间的关系是该永磁体阵列由多块分布在电涡流板两侧的条形永磁体按规律排列而成，两侧条形永磁体之间留有微小间隙，电涡流板插于两侧条形永磁体之间的间隙内。具体的排布方式是电涡流板同一侧的条形永磁体均匀分布且用条形软铁隔开，且二者的充磁方向相反；电涡流板另一侧的条形永磁体以同样的方式布置。其功能是在电涡流板中形成多个方向交替变化的均匀磁场，电涡流板在中间运动，发热耗能，形成一个阻尼器件；该电涡流板是矩形铜质薄板，穿插于永磁体阵列中间的间隙中，其顶端与轴向位移导向单元一端相连，用于向外输出阻尼力；另一端与底部弹性缓冲单元相连。其功能是通过电涡流板在方向交替变化的均匀磁场中运动来产生阻尼力。该条形软铁是由高磁导率的软铁制成，其长度方向的尺寸等于条形永磁体的长度，分布在条形永磁体之间的间隙中，用于增强电涡流板所处间隙内的磁场强度。该固定软铁是由高磁导率的软铁制成，如图4a所示，其长度方向的尺寸m等于电涡流板的长度1，分布在相邻电涡流阻尼源胞之间，用于固定电涡流阻尼源胞中的永磁体阵列和条形软铁，同时增强电涡流板所处间隙内的磁场强度。所述弹性缓冲单元由弹簧、弹簧固定导向端和弹簧末端定位部件构成，其之间的关系是弹簧末端定位部件固定在电涡流阻尼器底部，弹簧一端与之相连，另一端与弹簧固定导向端底部相连。其功能是为在外部载荷输入过程中，为电涡流耗能单元提供一个反向 的弹力。该弹簧是一个高性能圆柱螺旋压缩弹簧；该弹簧固定导向端是中间带孔的带台阶的圆柱形零件；该弹簧末端定位部件是带台阶的套筒式零件。所述轴向位移导向单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列式新型高性能电涡流阻尼器，其特征在于：它由电涡流耗能单元、弹性缓冲单元、电磁屏蔽部件、轴向位移导向单元和支撑部件组合构成；弹性缓冲单元、电涡流耗能单元和轴向位移导向单元按顺序从底至上依次嵌套在支撑部件上面，电涡流耗能单元的底部与弹性缓冲单元顶部相连接，其顶部则与轴向位移导向单元底部相连接；该阻尼器顶端设有柔性球形绞座，与轴向位移导向单元相连，并连接外部负载输出阻尼力；阻尼器底端设有柔性球形绞座，用于固定阻尼器；所述电涡流耗能单元包括电涡流阻尼源胞和固定软铁，电涡流阻尼源胞对称的分布在电涡流耗能单元内部，构成一个阵列，固定软铁分布在相邻电涡流阻尼源胞之间；电涡流阻尼源胞的数目根据设定的阻尼力大小确定，至少为四个；其功能是通过各个电涡流阻尼源胞，在外部负载的作用下，发热耗能，输出阻尼力；该电涡流阻尼源胞包括永磁体阵列、条形软铁和电涡流板，该永磁体阵列由多块分布在电涡流板两侧的条形永磁体按规律排列而成，两侧条形永磁体之间留有间隙，电涡流板插于两侧条形永磁体之间的间隙内；具体排布方式是：电涡流板同一侧的条形永磁体均匀分布且用条形软铁隔开，且二者的充磁方向相反；电涡流板另一侧的条形永磁体以同样的方式布置；其功能是在电涡流板中形成多个方向交替变化的均匀磁场，电涡流板在中间运动，发热耗能，形成一个阻尼器件；该电涡流板是矩形铜质薄板，穿插于永磁体阵列中间的间隙中，其顶端与轴向位移导向单元一端相连，用于向外输出阻尼力；另一端与底部弹性缓冲单元相连，其功能是通过电涡流板在方向交替变化的均匀磁场中运动来产生阻尼力；该条形软铁是由高磁导率的软铁制成，其长度方向的尺寸等于条形永磁体的长度，分布在条形永磁体之间的间隙中，用于增强电涡流板所处间隙内的磁场强度；该固定软铁是由高磁导率的软铁制成，其长度方向的尺寸等于电涡流板的长度，分布在相邻电涡流阻尼源胞之间，用于固定电涡流阻尼源胞中的永磁体阵列和条形软铁，同时增强电涡流板所处间隙内的磁场强度；所述弹性缓冲单元由弹簧、弹簧固定导向端和弹簧末端定位部件构成，弹簧末端定位部件固定在电涡流阻尼器底部，弹簧一端与之相连，另一端与弹簧固定导向端底部相连；其功能是为在外部载荷输入过程中，为电涡流耗能单元提供一个反向的弹力；该弹簧是一个高性能圆柱螺旋压缩弹簧；该弹簧固定导向端是中间带孔的带台阶的圆柱形零件；该弹簧末端定位部件是带台阶的套筒式零件；所述轴向位移导向单元由负载杆和电磁屏蔽罩顶板构成，该负载杆一端与电涡流耗能单元里的电涡流板连接在一起，另一端与顶端柔性球形绞座连接，该负载杆是空心的圆管，该电磁屏蔽罩顶板是中间带孔且孔内外周围设有凸起部分的矩形零件，其凸起部分用于支撑该负载杆；其功能是提高阻尼器轴向运动定位精度，同时通过外部结构的运动带动电涡流耗能单元运动，将电涡流耗能单元产生的阻尼力提供给外部结构；所述电磁屏蔽部件是由高磁导率合金板制成的密封薄壁外壳，它包括电磁屏蔽罩底板、电磁屏蔽罩侧板和电磁屏蔽罩顶板；其电磁屏蔽罩顶板开有一小圆孔，并有凸起部分，用于支撑负载杆；该电磁屏蔽罩底板是中间带孔的矩形零件，该电磁屏蔽罩侧板是底部带孔的矩形筒式零件，其功能是屏蔽装置中各永磁体产生的磁场，防止其影响周围其它元器件，提高其电磁兼容特性；所述支撑部件是一金属的空心支撑杆，其底部与阻尼器底端柔性球形绞座和支撑帽固结，另一端穿插于轴向位移导向单元内部的负载杆之中，其功能是支撑电涡流阻尼器各结构单元。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何田，肖登红，刘献栋，单颖春，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
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