CN107542822A - 一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，包括主轴、导向轴以及上下依次设置的上顶板、上端盖、下端盖和下底板，所述主轴与所述下底板固定连接并依次贯穿所述下端盖和所述上端盖，所述主轴外套设有导体管，所述导体管分别与上端盖和下端盖固定连接，所述导体管与所述主轴之间设置有永磁铁，所述导体管与所述永磁铁之间存在气隙，所述永磁铁的上下两端分别固定到所述主轴上。本发明是一个独立的可提供阻尼的模块化装置，在使用时，只需要将装置的下底板与基座固连，将装置的上顶板与振动体通过顶板进行固连，此时若振动体与基座有相对运动时，本装置就会产生阻尼效果。

Description

一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器

技术领域

本发明涉及竖直方向的单自由度振动控制领域，具体涉及一种利用磁阻尼效应进行非接触式振动控制的立式涡流磁阻尼发生装置。

背景技术

振动在机械设备中是非常常见并且难以避免的现象，振动量如果超过一定范围，设备将产生较大噪声，对周围环境产生不良影响，并且将严重影响设备的工作性能，缩短其使用寿命，使得相关零部件提前失效。因此，减振在机械设备中必不可少。

一般发动机等机械装置中通常采用阻尼材料、液压阻尼器、气体阻尼器等方式减振。但是，像橡胶等阻尼材料，具有占用空间较大，安装不便，性能不稳定，使用寿命较短，需经常更换维护等缺点；液压等阻尼器往往结构复杂，对设计、安装等要求较高；而且在高度受限的情况下，现有的立式阻尼器存在结构复杂、阻尼系数小的缺陷。因此，一种结构更为简单，适用性更广，性能更为卓著而稳定，寿命较长的阻尼器需要被开发，以更好地给机械设备等进行减振。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，弥补了现有立式阻尼器结构复杂、在高度受限的情况下阻尼系数小的缺陷，具有结构简单、占用体积小、阻尼效应强、维护成本低等特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，包括主轴、导向轴以及上下依次设置的上顶板、上端盖、下端盖和下底板；

所述主轴与所述下底板固定连接并依次贯穿所述下端盖和所述上端盖，所述主轴外套设有导体管，所述导体管分别与所述上端盖和所述下端盖固定连接，所述导体管与所述主轴之间设置有环状的永磁铁，所述永磁铁套设于所述主轴上，所述导体管与所述永磁铁之间存在气隙，所述永磁铁的上下两端分别由定位环定位夹紧到所述主轴上，所述上端盖与所述下端盖上分别设置有与所述永磁铁相适应的通孔；

所述导向轴贯穿所述上端盖和所述下端盖后与所述下底板固定连接，所述导向轴与所述下底板连接处设置有轴支座，所述导向轴上设置有与其相配合的直线轴承，所述上顶板上分别设置有与所述导向轴和所述主轴相适应的通孔，所述上顶板通过与其固定连接的摆杆贯穿所述上端盖后与所述下端盖固定连接，所述上端盖与所述上顶板之间隔有空间，所述主轴和所述导向轴的长度均大于所述上顶板与所述下端盖之间的距离。

可选的，所述永磁铁的数量至少为两块，且相邻两块所述永磁铁的设置是相斥的。

可选的，每两块所述永磁铁之间设置有铁片。

可选的，所述直线轴承为两个，分别与所述上端盖和所述下端盖固定连接，并设置于所述上端盖和所述下端盖之间。

可选的，所述永磁铁的材料为钕铁硼，所述铁片的材料为45钢，所述永磁铁和铁片的厚度比为1.23:1。

可选的，所述导向轴和所述摆杆各设置三组，以120°间隔设置到所述导体管的周围。

可选的，所述永磁铁内径与所述主轴外径为过渡配合。

可选的，所述气隙的距离为0.5mm。

可选的，所述上顶板上设置有多个与负载连接的定位孔。

可选的，所述导体管为铜管。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本发明所提出的装置属于非接触式的阻尼发生器，具有使用时间长，维护成本低，装置发热小的特点；

(2)本发明所提出的装置将导向轴与套设永磁铁的主轴分离，让出了轴承的长度，可以在主轴上装更多的永磁铁，在装置整体安装高度受限制的情况下提供了尽可能大的磁阻尼系数；

(3)本发明所提出的装置设计了特殊的永磁铁和铁片的间隔排布方式，在同样长度限制下，将永磁铁同极性相对布置，并在永磁铁间加入铁片的方式能产生最大的阻尼系数，提供了最优的阻尼效果；且永磁铁厚度与铁片厚度的最优比例为1.23:1，如厚度8mm的永磁铁间隔***厚度6.5mm的铁片最佳，不仅增强了阻尼系数，且降低了永磁铁同极性相对安装的难度。

(4)本发明中上顶板是与导体管固定连接的用于与振动体连接的部件，考虑到振动体的振动可能存在的水平分量，因此直接用焊接或铸造方式连接导体管与上顶板会产生很大的水平刚度，从而失去水平方向上的柔性。因此，本发明通过摆杆机构来连接上顶板与导体管，既达到了刚性连接的目的，又软化了水平刚度，增加了整个装置的适应性。

(5)本发明所提出的是一个独立的可提供阻尼的模块化装置，所以在使用时，只需要将装置的下底板与基座固连，将装置的上顶板与振动体通过顶板进行固连，此时若振动体与基座有相对运动时，本装置就会产生阻尼效果，当振动频率越高，振动幅度越大时，阻尼效果也就越明显，且当振动体达到共振频率时，其共振现象明显减弱。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的主轴、永磁铁和铁片的布置示意图；

图2为本发明装置的总体结构示意图；

图3为本发明装置的三维示意图。

附图标记说明：101、下底板；102、轴支座；103直线轴承；104、导向轴；105、上顶板；106、导体管；107、主轴；108、铁片；109、永磁铁；110、上端盖；111、摆杆；112、下端盖；113、定位环；g、气隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，如图2-3所示，包括主轴107、导向轴104以及上下依次设置的上顶板105、上端盖110、下端盖112和下底板101。

主轴107通过端部螺纹与下底板101固定连接并依次贯穿下端盖112和上端盖110，主轴107外套设有导体管106，导体管106分别与上端盖110和下端盖112通过螺栓连接，导体管106与主轴107之间设置有多块环状的永磁铁109，多块永磁铁109均套设于主轴107上，永磁铁109的内径与主轴107的外径为过渡配合。主轴107上永磁铁109和铁片108的具体布置方式如图1所示，永磁铁109设置为多块同极性相对布置，箭头方向即充磁方向，每两块永磁铁109中间都设置有铁片108，导体管106与永磁铁109之间存在0.5mm的气隙g。永磁铁109和铁片108安装在主轴107上后使用定位环113进行定位，从而，主轴107、永磁体109与下底板101互相固定并无相对运动。上端盖110与下端盖112上分别设置有大小与永磁铁109相适应的通孔，以便于上端盖110与下端盖112上下移动时不与永磁铁接触。

为了最大限度的降低整体装置的高度，同时在有限的高度下提供更大的阻尼系数，装置中在导体管106周围以120°间隔设置了起导向作用的三组导向轴104，其贯穿上端盖110、下端盖112后，通过其端部的外螺纹与下底板101固定连接。导向轴104与下底板101连接处设置有轴支座102，导向轴104上还设置有与其相配合的两个直线轴承103，该直线轴承103分别与上端盖110和下端盖112通过螺栓固定连接，并设置于上端盖110和下端盖112之间。

由于装置的上顶板105需要与导体管106固定连接，用于与振动体连接的部件，考虑到振动体的振动可能存在的水平分量，因此直接用焊接或铸造方式连接导体管106与上顶板105会产生很大的水平刚度，从而失去水平方向上的柔性。因此，为了软化水平刚度，使得整个装置的结构和运动更加合理，装置中还包括以120°间隔设置到导体管106周围的三根摆杆111，三根摆杆111分别通过螺栓固定到上顶板105上，上顶板105通过与其固定连接的摆杆111贯穿上端盖110后与下端盖112通过螺栓固定连接，从而上端盖110、下端盖112、上顶板105、导体管106互相固定并无相对运动，均随振动源产生的振动而运动。装置通过三根摆杆111来连接上顶板105与导体管106，既达到了刚性连接的目的，又软化了水平刚度，增加了整个装置的适应性。

上顶板105上分别设置有与导向轴104和主轴107相适应的通孔，上顶板105上设置有多个与负载连接的定位孔，上端盖110与上顶板105之间设置有空腔，在上顶板105进行上下运动时，使导向轴104和主轴107与上顶板105不会发生碰撞；主轴107和导向轴104的长度均大于上顶板105与下端盖112之间的距离，该距离的设置应该保证在上顶板105、上端盖110、下端盖112与导体管106进行上下运动时，导向轴104和主轴107不会贯穿上顶板105而顶到振动源上。

为了使阻尼效应更明显，导体管106选用具有较大壁厚的紫铜T2，通过其出色的导电性从而使得涡电流更大；永磁铁109选择镀铬钕铁硼N45且轴向充磁，使其具有较强的磁化强度以及较好的耐高温性；铁片108的材料为45钢，厚度为8mm的永磁铁109间隔***厚度为6.5mm的铁片108，永磁铁109和铁片108的厚度比为1.23:1，该设置能达到最大的阻尼系数和安装高度；主轴107选择SUS304，使其弱磁性既便于磁铁安装过程中的移动，又防止了由于磁铁内圈精度偏差造成的径向窜动；定位环113选择铝合金，使其不会影响磁铁的磁场分布情况。

本发明中装置的整体结构如图3所示，导向轴104和摆杆111各有三组，以120°间隔布置在导体管106的周围，整个装置是一个模块化的结构，在单自由度振动领域通用性极强，具有很高的实用价值。初始状态下，互相固定的上顶板105、上端盖110、下端盖112和导体管106可以沿主轴107上下自由滑动。

本发明中的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器利用麦克斯韦电磁方程组和法拉第定理的原理，使永磁铁和导体管通过发生相对运动而产生涡流磁阻尼效应，其具体工作过程如下：首先，将本装置放置于振动源与被隔振物体之间，并通过上顶板105上设置的多个与负载连接的定位孔与振动源相连接，下底板101与被隔振物体相连接，当振动源发生振动时，带动上顶板105、上端盖110、下端盖112和导体管106发生运动，由此，导体管106与永磁铁109产生相对运动，导体管106中产生涡流，从而产生阻碍运动的阻尼力(洛伦兹力)以抑制振动，且此洛伦兹力与相对运动的速度成正比，是标准的粘性阻尼力。

需要说明的是，本发明实施例中包括多块同极性相对布置的永磁铁，并在永磁铁之间设置有铁片，该设置方式能够在相同长度限制下产生最大的阻尼系数，铁片的设置同时还起到了降低多块永磁铁同极性相对安装难度的作用，但其只是使本发明的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器能够产生相对较大阻尼系数的一种设置方式，本发明涡流磁阻尼发生器中主轴与永磁铁的设置方式并不局限于本发明中的实施例，永磁铁和铁片的材料以及永磁铁和铁片的厚度比并不局限于本发明中的实施例，本发明中永磁铁的数量设置为一个及多个均可，铁片有无均可，只要能够满足使导体管与永磁铁产生相对运动的设置即可；本发明中的导体管不仅仅局限于铜管，铝管等均可；气隙的距离不仅仅局限于0.5mm，只要能够实现导体管和永磁贴相对运动时不互相接触即可；导向轴的数量及设置位置不仅仅局限于本发明的上述实施例，能够实现导向作用即可；摆杆的数量及设置位置不仅仅局限于本发明的上述实施例，能够实现上顶板与下端盖的刚性连接即可；直线轴承的数量和位置不仅仅局限于本发明的上述实施例，能够实现与导向轴相互配合使用即可。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，包括主轴、导向轴以及上下依次设置的上顶板、上端盖、下端盖和下底板；

所述主轴与所述下底板固定连接并依次贯穿所述下端盖和所述上端盖，所述主轴外套设有导体管，所述导体管分别与所述上端盖和所述下端盖固定连接，所述导体管与所述主轴之间设置有环状的永磁铁，所述永磁铁套设于所述主轴上，所述导体管与所述永磁铁之间存在气隙，所述永磁铁的上下两端分别由定位环定位夹紧到所述主轴上，所述上端盖与所述下端盖上分别设置有与所述永磁铁相适应的通孔；

所述导向轴贯穿所述上端盖和所述下端盖后与所述下底板固定连接，所述导向轴与所述下底板连接处设置有轴支座，所述导向轴上设置有与其相配合的直线轴承，所述上顶板上分别设置有与所述导向轴和所述主轴相适应的通孔，所述上顶板通过与其固定连接的摆杆贯穿所述上端盖后与所述下端盖固定连接，所述上端盖与所述上顶板之间隔有空间，所述主轴和所述导向轴的长度均大于所述上顶板与所述下端盖之间的距离。

2.根据权利要求1所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述永磁铁的数量至少为两块，且相邻两块所述永磁铁的设置是相斥的。

3.根据权利要求2所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，每两块所述永磁铁之间设置有铁片。

4.根据权利要求3所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述直线轴承为两个，分别与所述上端盖和所述下端盖固定连接，并设置于所述上端盖和所述下端盖之间。

5.根据权利要求3中所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述永磁铁的材料为钕铁硼，所述铁片的材料为45钢，所述永磁铁和铁片的厚度比为1.23:1。

6.根据权利要求1所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述导向轴和所述摆杆各设置三组，以120°间隔设置到所述导体管的周围。

7.根据权利要求1所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述永磁铁内径与所述主轴外径为过渡配合。

8.根据权利要求1所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述气隙的距离为0.5mm。

9.根据权利要求1-8中任一所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述上顶板上设置有多个与负载连接的定位孔。

10.根据权利要求9所述的单自由度被动非接触立式涡流磁阻尼发生器，其特征在于，所述导体管为铜管。