一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊與振動在工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，嚴重影響精密裝備與機器人的定位、夾持與運轉(zhuǎn)，嚴重時甚至會造成裝備與機器人本身的破壞。在航天航空、汽車、機器人、加工裝備等行業(yè)中早已應用各種各樣的阻尼器來減振，阻尼器已成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的一種關(guān)鍵功能部件。
[0003]由于最近幾年機器人特別是輕載高速的3C機器人等的高速發(fā)展，對阻尼器提出了新的要求。在3C機器人中，大量采用軸向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來模擬實現(xiàn)人體手臂所能夠執(zhí)行的復雜運動。由于負載小，當機械臂大范圍轉(zhuǎn)動時，機器人的整體重心和慣性將發(fā)生重大改變，極易導致機器人手臂出現(xiàn)抖動，從而影響操作精度。且這類機器人具有高頻往復工作的特點，要求阻尼器對機器人啟動速度的影響盡可能小。
[0004]粘滯液體阻尼器是一種常用的減振裝置。其粘滯介質(zhì)一般為牛頓流體，即其粘度在任何情況下均為恒值。因此，一旦其結(jié)構(gòu)尺寸設計完成后，其阻尼力和剛度等輸出特性就限定為恒值。大的阻尼力在需要減速時可以快速地抑制振動，但是在運轉(zhuǎn)過程中就會成為阻力，嚴重制約裝備和機器人的運動速度。傳統(tǒng)的彈簧減振阻尼器也存在同樣的問題。減振過程中所需的大阻尼力與運動過程中所需的低阻力是這類恒定阻尼減振裝置中不可調(diào)和的矛盾，亟需研發(fā)智能減振新方法與裝置。
[0005]新型的主動或半主動智能材料如電流變液、磁流變液也被應用于減振中。在外部電場或磁場的控制下，阻尼力可以改變，因此能夠適應不同的情況。但其需要附加的電場或磁場裝置及控制模塊，導致設備結(jié)構(gòu)復雜、控制困難。
[0006]剪切增稠流體(Shear Thickening Fluid, STF)是一種新型智能材料。在常態(tài)下，剪切增稠流體粘度低，阻尼力??；一旦遇到高速沖擊、剪切或擠壓，流體粘度迅速增加，使得阻尼力急劇增加。當外力激勵消失后，流體又會恢復到它最初的低粘度狀態(tài)。由于具有這種特殊的特性，剪切增稠流體目前廣泛應用于防彈衣中。也有將其利用在阻尼器中，如發(fā)明專利CN101251163B提出了一種基于剪切增稠流體的抗沖擊減振器，解決現(xiàn)有采用液壓油的減震器減振和恢復不夠理想的問題。這類型機構(gòu)利用高速運動的活塞與腔體之間的間隙使得流體受到較大的剪切作用，使得流體增稠、阻尼力變大，并同時綜合利用底部氣體的可壓縮性來緩沖沖擊與振動。但是，這類阻尼器只能適用于傳統(tǒng)高速直線運動執(zhí)行機構(gòu)的減振，不適用于當前飛速發(fā)展的3C機器人中廣泛需求的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的減振。由于3C機器人剛剛起步，目前還沒有基于剪切增稠流體的、阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置方面的相關(guān)文獻與專利。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型提出了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，利用轉(zhuǎn)軸速度變化引起的剪切增稠流體剪切速率的改變來調(diào)節(jié)工作腔內(nèi)流體的粘度及產(chǎn)生的阻尼力，進而改變機構(gòu)運轉(zhuǎn)時的阻力，達到智能減振的目。
[0008]一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，包括工作腔1、左端蓋3、左密封蓋4、左導向輪
5、右端蓋6、右密封蓋8、右導向輪9及轉(zhuǎn)軸10，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體11 ;
[0009]所述轉(zhuǎn)軸10穿插在工作腔1內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導向輪5和右導向輪9導向；
[0010]工作腔兩端分別設有用于裝配的左端蓋4和右端蓋6 ;
[0011]轉(zhuǎn)軸10兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設有左密封蓋4和右密封蓋8 ；
[0012]轉(zhuǎn)軸10 —端外接電機，由電機驅(qū)動；另一端連接執(zhí)行部件。
[0013]所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設有左密封圈2和右密封圈7。
[0014]防止剪切增稠流體流出。
[0015]所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對稱分布。
[0016]由于柵欄的形狀在軸向上對稱，因此能夠使得轉(zhuǎn)軸在軸向受力均勻，避免軸向轉(zhuǎn)動。
[0017]具體過程如下:
[0018]轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動時，剪切增稠流體在轉(zhuǎn)軸上對稱分布的柵欄中流動，轉(zhuǎn)軸對剪切增稠流體產(chǎn)生的剪切力較小，使得剪切增稠流體處于初始低粘度狀態(tài)，形成較小的阻尼力；
[0019]剪切增稠流體反向施加給轉(zhuǎn)動軸的阻尼力小，不會增加轉(zhuǎn)動軸運轉(zhuǎn)的阻力，能夠保證裝備快速啟動。
[0020]轉(zhuǎn)軸在高速運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)振動與抖動時，轉(zhuǎn)軸的軸向振動與抖動通過柵欄結(jié)構(gòu)之間的間隙增大對剪切增稠流體的剪切作用，使得剪切增稠流體急劇變稠；轉(zhuǎn)軸的軸向振動與抖動則通過柵欄結(jié)構(gòu)的橫截面對剪切增稠流體擠壓，使得剪切增稠流體急劇變稠；急劇變稠的剪切增稠流體使得轉(zhuǎn)軸受到的阻尼力急劇增加。
[0021]迅速變稠的流體旋轉(zhuǎn)軸運動的阻尼力急劇增加，即轉(zhuǎn)軸在振動與抖動的反方向受到流體施加的阻力，從而實現(xiàn)減振。
[0022]當轉(zhuǎn)動軸的振動與抖動消失后，剪切增稠流體又恢復到它最初低粘度狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)動軸運轉(zhuǎn)的阻力減小，保證轉(zhuǎn)動軸能夠高速執(zhí)行后續(xù)的動作。
[0023]有益效果
[0024]本實用新型提出了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置及方法，該裝置采用軸向轉(zhuǎn)軸，且轉(zhuǎn)軸位于工作腔的部分設置為柵欄結(jié)構(gòu)，利用柵欄結(jié)構(gòu)改變對剪切增稠流體的剪切力大小，從而調(diào)整改裝置產(chǎn)生的阻尼力大?。慌c發(fā)明專利CN101251163B中所描述的裝置相比，發(fā)明專利CN101251163B中傳動軸上活塞與流體的接觸面積始終恒定，導致活塞與腔體之間的縫隙也恒定，流體始終只能從活塞與腔體之間的恒定的縫隙中流動，增加了執(zhí)行軸運動的阻力，使得裝備的啟動速度受限。而本裝置將傳統(tǒng)的直線設計更改為轉(zhuǎn)軸設計，不僅能夠消除徑向與軸向的抖動和振動，還能保證裝備的快速啟動，從而提高了執(zhí)行效率。
[0025]與牛頓粘滯液體阻尼器和彈簧減振阻尼器相比，本實用新型提出的減振裝置的阻尼力在整個過程中不會維持恒定的阻尼力，不需要增加控制模塊與人工干預，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)動軸的抖動與振動情況自動調(diào)節(jié)阻尼力，能達到智能有需減振的目的。
[0026]此外，與磁流變液、電流變液減振裝置相比，本實用新型提出的減振裝置中不需要額外的電場或磁場裝置和控制模塊，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、成本低，能夠廣泛應用于各類裝備中。
【附圖說明】
[0027]圖1本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)減振效果圖；
[0029]標號說明:1_工作腔，2-密封圈，3-端蓋，4-密封蓋，5-左導向輪，6-右端蓋，7-右密封圈，8-右密封蓋，9-右導向輪，10-轉(zhuǎn)軸，11-剪切增稠流體。
【具體實施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖，對【具體實施方式】對本實用新型做進一步的說明:
[0031]如圖1所示，一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，包括工作腔1、左端蓋3、左密封蓋
4、左導向輪5、右端蓋6、右密封蓋8、右導向輪9及轉(zhuǎn)軸10，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體11 ；
[0032]所述轉(zhuǎn)軸10穿插在工作腔1內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導向輪5和右導向輪9導向；
[0033]工作腔兩端分別設有用于裝配的左端蓋4和右端蓋6 ;
[0034]轉(zhuǎn)軸10兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設有左密封蓋4和右密封蓋8 ；
[0035]轉(zhuǎn)軸10 —端外接電機，由電機驅(qū)動；另一端連接執(zhí)行部件。
[0036]所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設有左密封圈2和右密封圈7。
[0037]防止剪切增稠流體流出。
[0038]所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對稱分布。
[0039]由于柵欄的形狀在軸向上對稱，因此能夠使得轉(zhuǎn)軸在軸向受力均勻，避免軸向轉(zhuǎn)動。
[0040]具體過程如下:
[0041]轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動時，剪切增稠流體在轉(zhuǎn)軸上對稱分布的柵欄中流動，轉(zhuǎn)軸對剪切增稠流體產(chǎn)生的剪切力較小，使得剪切增稠流體處于初始低粘度狀態(tài)，形成較小的阻尼力；
[0042]剪切增稠流體反向施加給轉(zhuǎn)動軸的阻尼力小，不會增加轉(zhuǎn)動軸運轉(zhuǎn)的阻力，能夠保證裝備快速啟動。
[0043]轉(zhuǎn)軸在高速運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)振動與抖動時，轉(zhuǎn)軸的軸向振動與抖動通過柵欄結(jié)構(gòu)之間的間隙增大對剪切增稠流體的剪切作用，使得剪切增稠流體急劇變稠；轉(zhuǎn)軸的軸向振動與抖動則通過柵欄結(jié)構(gòu)的橫截面對剪切增稠流體擠壓，使得剪切增稠流體急劇變稠；急劇變稠的剪切增稠流體使得轉(zhuǎn)軸受到的阻尼力急劇增加。
[0044]迅速變稠的流體旋轉(zhuǎn)軸運動的阻尼力急劇增加，即轉(zhuǎn)軸在振動與抖動的反方向受到流體施加的阻力，從而實現(xiàn)減振。
[0045]當轉(zhuǎn)動軸的振動與抖動消失后，剪切增稠流體又恢復到它最初低粘度狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)動軸運轉(zhuǎn)的阻力減小，保證轉(zhuǎn)動軸能夠高速執(zhí)行后續(xù)的動作。
[0046]如圖2所示，為本實用新型的一種阻尼力智能可調(diào)的方法與旋轉(zhuǎn)阻尼器的減振效果圖。當給減振裝置轉(zhuǎn)軸(10)施加振幅為0.5mm的隨機振動，測得執(zhí)行部件的運動情況如圖2所示。從圖中可以看到，執(zhí)行部件的振動與抖動幅度明顯減小，能夠保持平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，包括工作腔(1)、左端蓋(3)、左密封蓋(4)、左導向輪(5)、右端蓋(6)、右密封蓋(8)、右導向輪(9)及轉(zhuǎn)軸(10)，工作腔內(nèi)充滿剪切增稠流體(11); 所述轉(zhuǎn)軸(10)穿插在工作腔(1)內(nèi)，且位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)，并由固定在工作腔兩端的左導向輪(5)和右導向輪(9)導向； 工作腔兩端分別設有用于裝配的左端蓋(4)和右端蓋(6); 轉(zhuǎn)軸(10)兩端與左端蓋和右端蓋之間分別設有左密封蓋⑷和右密封蓋⑶； 轉(zhuǎn)軸(10) —端外接電機，由電機驅(qū)動；另一端連接執(zhí)行部件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，所述左密封蓋和右密封蓋內(nèi)側(cè)分別設有左密封圈(2)和右密封圈(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，其特征在于，所述位于工作腔內(nèi)的轉(zhuǎn)軸部分為柵欄結(jié)構(gòu)在軸向上呈對稱分布。
【專利摘要】本實用新型公開了一種阻尼力智能可調(diào)的阻尼裝置，該裝置采用軸對稱設計，且轉(zhuǎn)軸位于工作腔的部分設計為柵欄結(jié)構(gòu)，利用柵欄結(jié)構(gòu)速度的變化改變剪切增稠流體所承受的剪切力大小，進而影響流體的粘度，從而調(diào)整該裝置的阻尼力大??；將傳統(tǒng)的直線設計更改為軸對稱旋轉(zhuǎn)軸設計，不僅能夠消除軸向與軸向的抖動和振動，還能保證裝備的快速啟動，從而提高了工作效率；本實用新型在轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)振動和抖動的情況下，能夠產(chǎn)生大的阻尼力，達到減振的目的；在平穩(wěn)運轉(zhuǎn)情況下，保持較小的阻尼力，使得機構(gòu)能夠高速運動。因此，能夠有效地解決減振過程中所需的大阻尼力與運動過程中所需的小阻力這對矛盾問題。
【IPC分類】F16F15/16
【公開號】CN205013578
【申請?zhí)枴緾N201520742278
【發(fā)明人】陳云, 陳新, 高健, 賀云波, 楊志軍, 喬家平
【申請人】廣東工業(yè)大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月23日