一種剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座，屬于結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器中的精密儀器設(shè)備在發(fā)射和著陸過程中會受到劇烈沖擊，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞；在軌運行過程中會受到微幅低頻擾動的作用，影響設(shè)備精度和可靠性。實驗室光學(xué)面包板的振動會影響光電儀器成像效果，導(dǎo)致測量結(jié)果不穩(wěn)定、甚至測量失敗。曝光機鏡頭和工件臺的振動限制光刻機的最小光刻線寬，造成其分辨率無法提高。隨著科技的進步，對結(jié)構(gòu)振動環(huán)境的要求越來越高。
[0003]隔振支座安裝在隔振對象和基礎(chǔ)之間，用于減小或消除基礎(chǔ)傳遞到隔振對象上的振動，其性能主要由剛度和阻尼等參數(shù)表征。負(fù)載質(zhì)量一定時，隔振支座的剛度決定了其共振頻率；阻尼體現(xiàn)了隔振支座的振動能量耗散能力。以橡膠隔振器為代表的被動隔振支座結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低，但由于剛度和阻尼參數(shù)不可調(diào)節(jié)，無法對外界激勵或結(jié)構(gòu)的變化做出響應(yīng)，環(huán)境適應(yīng)性差。設(shè)計剛度和阻尼參數(shù)可調(diào)的隔振支座可提高其環(huán)境適應(yīng)能力。中國專利CN 2335175 Y提出了一種變阻尼、變剛度控制裝置，但該裝置只能在變剛度和變阻尼兩種工作模式間切換，無法同時調(diào)節(jié)剛度阻尼參數(shù)。中國專利CN 102628486 A和CN2628802 Y分別通過更換節(jié)流閥片和改變彈性材料裝填量等零部件替換方式調(diào)節(jié)隔振支座的剛度阻尼，操作復(fù)雜。中國專利CN 102678808 A和CN 1670399 A采用空氣彈簧設(shè)計了剛度阻尼可調(diào)的減振系統(tǒng)，但需要附加空氣壓縮機?？諝鈮嚎s機功耗大，工作時將引入額外噪聲。中國專利CN 103047363 A、CN103398138 A和CN 103406251 A分別采用壓電陶瓷、剛度線圈和阻尼線圈作為執(zhí)行器設(shè)計了剛度阻尼可調(diào)的主動隔振系統(tǒng)。然而，壓電陶瓷工作需要上百伏高壓，剛度線圈和阻尼線圈需要功率放大器驅(qū)動，不適用于對隔振支座功耗、體積和重量有限制的場合。
[0004]磁流變彈性體和磁流變膠等磁流變材料為隔振技術(shù)提供了新途徑。磁流變彈性體由鐵磁性顆粒和高分子聚合物組成，其剪切模量可以通過外加磁場的強度實時控制，具有響應(yīng)迅速、可逆性好、剛度變化連續(xù)等優(yōu)點，常用于隔振器、吸振器等變剛度移頻器件中；磁流變膠將鐵磁性顆粒分散到非導(dǎo)磁的凝膠或酯類基體中，解決了磁流變液沉降問題，在外加磁場作用下具有響應(yīng)迅速、損耗因子可以發(fā)生顯著變化等特點，可用于設(shè)計阻尼器。如果將兩種材料結(jié)合起來，可有效調(diào)節(jié)相關(guān)器件的剛度和阻尼，在結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。中國專利 CN 101126430 AXN 1664402 AXN 102829121 A 和 CN 104015582A分別利用磁流變彈性體和磁流變液阻尼器設(shè)計了變剛度變阻尼隔振緩沖系統(tǒng)，但上述系統(tǒng)均需要外加電源驅(qū)動勵磁線圈以提供控制磁場，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、無需外部電源供電的剛度和阻尼同時可調(diào)的隔振支座，以克服被動隔振支座環(huán)境適應(yīng)性差、剛度阻尼參數(shù)調(diào)節(jié)困難、半主動和主動隔振支座結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高、安裝不便的不足。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座。
[0007]對不同磁場強度下磁流變彈性體和磁流變膠的剪切模量進行測試，測試結(jié)果如附圖1所示。磁流變彈性體和磁流變膠的剪切模量均隨著磁場強度增大而逐漸增大，但磁流變膠剪切模量遠(yuǎn)小于磁流變彈性體，故磁流變彈性體適合用于調(diào)節(jié)隔振器剛度。
[0008]對不同磁場強度下磁流變彈性體和磁流變膠的損耗因子進行測試，測試結(jié)果如附圖2所示。磁流變彈性體損耗因子隨磁場強度變化不大，磁流變膠損耗因子隨磁場強度增大而逐漸下降，但其幅值始終大于磁流變彈性體，故磁流變膠適合用于調(diào)節(jié)隔振器阻尼。
[0009]基于上述材料特性，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座由磁流變隔振器和升降臺串聯(lián)構(gòu)成。
[0010]所述磁流變隔振器由上蓋板、內(nèi)套筒、磁流變彈性體、上永磁體、下永磁體、膠囊和磁流變膠構(gòu)成。上永磁體和下永磁體為規(guī)格相同的柱體，上永磁體裝在上蓋板底面，下永磁體裝在升降臺移動板上。磁流變彈性體為筒狀結(jié)構(gòu)，粘接在內(nèi)套筒、上永磁體和下永磁體圍成的腔體中。膠囊位于磁流變彈性體、上永磁體和下永磁體圍成的腔體中，內(nèi)裝磁流變膠。磁流變彈性體、膠囊和磁流變膠均具有可壓縮性。
[0011]所述升降臺由手柄、移動板、上固定塊、上導(dǎo)軌組、滑塊組一、X型剪式機構(gòu)一、下固定塊、固定板、雙旋向絲杠、滑塊組二、X型剪式機構(gòu)二、軸承、下連接基座、上連接基座和下導(dǎo)軌組構(gòu)成。滑塊組一由上下兩個滑塊組成，上滑塊長方形側(cè)面開設(shè)有兩個通孔，下滑塊長方形側(cè)面開設(shè)有兩個通孔和一個螺紋孔，滑塊組二規(guī)格類似，但螺紋孔旋向相反。雙旋向絲杠由兩段旋向相反的螺紋絲杠組成，第一段螺紋絲杠穿過滑塊組一下滑塊螺紋孔，第二段螺紋絲杠穿過滑塊組二下滑塊螺紋孔，頂端穿過外套筒上的通孔與手柄連接，末端和中部通過下固定塊和軸承安裝在固定板上。上導(dǎo)軌組和下導(dǎo)軌組均由兩根圓柱導(dǎo)軌組成，上導(dǎo)軌組依次穿過滑塊組一上滑塊通孔和滑塊組二上滑塊通孔，兩端通過上固定塊安裝在移動板上，下導(dǎo)軌組依次穿過滑塊組一下滑塊通孔和滑塊組二下滑塊通孔，兩端通過下固定塊安裝在固定板上。上連接基座和下連接基座分別通過螺栓安裝在移動板和固定板上。X型剪式機構(gòu)一的一側(cè)兩個端點分別與上連接基座和下連接基座鉸接，另一側(cè)兩個端點分別與滑塊組一上滑塊和下滑塊鉸接，X型剪式機構(gòu)二的一側(cè)兩個端點分別與上連接基座和下連接基座鉸接，另一側(cè)兩個端點分別與滑塊組二上滑塊和下滑塊鉸接。利用手柄轉(zhuǎn)動雙旋向絲杠可帶動滑塊組一和滑塊組二向相反方向移動，進而升降移動板。固定板通過螺栓安裝在下底板上。
[0012]所述內(nèi)套筒和外套筒一端內(nèi)外相套，另一端分別通過螺栓與上蓋板和下底板連接。隔振支座分別通過上蓋板和下底板上的螺紋孔與隔振對象和基礎(chǔ)連接。
[0013]所述上蓋板、內(nèi)套筒和移動板均為軟磁性材料。上蓋板、內(nèi)套筒、磁流變彈性體、上永磁體、下永磁體和移動板構(gòu)成閉合磁路，其中磁流變彈性體、上永磁體和下永磁體構(gòu)成剛度調(diào)節(jié)單元；上蓋板、內(nèi)套筒、上永磁體、下永磁體、磁流變膠和移動板構(gòu)成閉合磁路，其中上永磁體、下永磁體和磁流變膠構(gòu)成阻尼調(diào)節(jié)單元；上永磁體、下永磁體和升降臺構(gòu)成磁場強度調(diào)節(jié)單元。
[0014]當(dāng)外界振動激勵變化時，利用手柄轉(zhuǎn)動雙旋向絲杠升降移動板，改變上永磁體和下永磁體的間距，增大或減小穿過磁流變彈性體和磁流變膠的磁場強度，控制磁流變彈性體的剪切儲能模量和磁流變膠的損耗因子大小，進而調(diào)節(jié)隔振支座的剛度和阻尼參數(shù)，達到隔振緩沖的目的。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
I.通過升降臺改變上永磁體和下永磁體的間距可以控制穿過磁流變彈性體的磁場，改變磁流變彈性體的剪切模量，從而可以根據(jù)環(huán)境激振頻率調(diào)節(jié)隔振支座的共振頻率，提高隔振支座的環(huán)境適應(yīng)能力。
[0016]2.通過升降臺改變上永磁體和下永磁體的間距可以控制穿過磁流變膠的磁場，改變磁流變膠的損耗因子，從而對振動能量進行迅速耗散，衰減振動幅值。
[0017]3.通過磁流變彈性體和磁流變膠并聯(lián)的連接方式使兩種材料優(yōu)勢互補，達到隔振支座剛度和阻尼均能連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。
[0018]4.利用永磁體作為磁流變材料勵磁裝置，無需外部電源供電，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低。
[0019]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)隔振支座剛度和阻尼參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮磁流變彈性體和磁流變膠各自的特點，在較寬的頻帶下，衰減來自底部的沖擊和振動，適用于航天器精密儀器設(shè)備、實驗室光學(xué)面包板和微納加工平臺的減振隔振。
【附圖說明】
[0020]圖1為磁流變彈性體和磁流變膠剪切模量測試曲線；
圖2為磁流變彈性體和磁流變膠損耗因子測試曲線；
圖3為剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座示意圖；
圖4為剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座剖面圖；
圖5為升降臺正視圖；
圖6為升降臺右視圖；
圖7為X型剪式機構(gòu)示意圖；
圖8為雙旋向絲杠正視圖；
圖9顯示了上固定塊、上導(dǎo)軌組、滑塊組一上滑塊和滑塊組二上滑塊之間的相對位置和裝配關(guān)系；
圖10顯示了手柄、滑塊組一下滑塊、下固定塊、雙旋向絲杠、滑塊組二下滑塊、軸承和下導(dǎo)軌組之間的相對位置和裝配關(guān)系。
[0021]圖中，I一上蓋板，2—內(nèi)套筒，3—外套筒，4一下底板，5—手柄，6—磁流變彈性體，7一上永磁體，8—下永磁體，9一膠囊，10一磁流變膠，11一移動板，12一上固定塊，13一上導(dǎo)軌組，14一滑塊組一，15—X型剪式機構(gòu)一，16—下固定塊，17—固定板，18—雙旋向絲杠，19一滑塊組二，20—X型剪式機構(gòu)二，21—軸承，22—下連接基座，23—上連接基座，24—下導(dǎo)軌組。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步闡述: 本發(fā)明所涉及的剛度阻尼可調(diào)的永磁式磁流變隔振支座由磁流變隔振器和升降臺串聯(lián)構(gòu)成。
[0024]如圖3、圖4所示，磁流變隔振器由上