一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器

1.本发明属于结构隔振技术领域，尤其涉及一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器。


背景技术：

2.在机械加工过程中，加工力的突变、工艺系统内部影响因素的周期性复现和外界干扰，会产生自由振动、自激颤振和受迫振动的复杂非线性耦合颤振。颤振不仅影响工件表面，破坏工件尺寸精度，而且可使加工系统噪声过大、加剧磨具损耗，降低磨削装备的可靠性和安全性，甚至造成零件应力集中、工作性能降低，在航空航天等领域形成极大地安全隐患。因此颤振抑制已成为精密零件高精度、高质量、高性能制造中亟待解决的关键科学问题。但是产生磨削颤振的原因十分复杂，包含着系统机械结构特性、控制特性和外部扰动特性等复杂因素，呈现出非线性耦合特征。这也成为制约颤振机理的分析和颤振精准预测效果的极大障碍。
3.磁流变液是一种较新型的材料，它是由不导磁的液体、导磁率较高且磁滞性较低的磁性介质微粒与表面活性剂组成的混合流体。在零场条件下，磁流变液表现出牛顿流体的特征；当施加外部磁场后，磁流变液表现出宾厄姆流体的特征。由于磁流变液的阻尼变化范围宽，当施加磁场后可以在毫秒级内完成改变，并且整个过程的可逆性强，近几年磁流变液在振动抑制领域上被广泛关注。
4.申请号为201911383709.3，发明名称为《一种用于多旋翼机身的刚度可调式磁流变隔振装置》的专利提出一种新型的多旋翼机身刚性可调的磁流变隔振系统，通过在机身上下两层板间均匀设置一套刚性可调的磁流变隔振系统，使无人驾驶飞机在无人驾驶条件下保持稳定的磁场，以确保框架的刚性；在剧烈震动条件下，通过线圈对磁流变材料的磁场进行调控，以实现对磁流变材料刚度的实时控制。
5.申请号为201910848345.5，发明名称为《一种基于传动升降装置的叠层式磁流变隔振支座》的专利提出了一种基于驱动提升机构的层合结构隔振支座。利用升降装置，可以实现下永磁体在下部支撑壳体内部的上下运动，从而改变上、下永磁体间距，从而产生强度大小可调的磁场，特别是使水平方向剪切模量足够大，可以抵抗水平方向大剪切力作用。
6.申请号为202211522638.2，发明名称为《一种新型带阻尼的吸振器及吸振方法》的专利提出一种具有阻尼特性的新型吸振器，其工作原理是：在振动作用下，该吸振器的质量块上下运动，使橡胶主弹簧发生变形，从而使液体在上下两个空腔之间流过。
7.由于磁流变液是液态，以往专利将磁路变液励磁固化成磁流变弹性体，但是励磁固化工艺复杂且磁流变弹性体黏贴性较差，因此提供一种磁流变液与橡胶结合的技术方案，提供一种半主动控制的隔振器，使其能够在不同的颤振频率下均可以隔振。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提出了一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔
振器，能够实现通过外加电流的变化实现对外部磁场的调控，从而实现隔振效果，同时使得整个隔振器为剪切-挤压混合式结构，可对x、y、z三个方向的颤振进行隔振。
9.为实现上述目的，本发明提供了一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，包括：
10.隔振器架；
11.第一电磁铁，固定在所述隔振器架内壁；
12.第二电磁铁，设置在所述隔振器架内且与所述第一电磁铁对极式匹配；
13.第一磁流变液组件，设置在所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间，且两端分别与所述第一电磁铁端部和所述第二电磁铁端部接触；
14.第二磁流变液组件，设置在所述第二电磁铁远离所述第一电磁铁的端部上，所述第二磁流变液组件位于所述隔振器架内壁与所述第二电磁铁外壁之间。
15.进一步的，所述第一电磁铁包括固定在所述隔振器架内底壁上的第一电工纯铁，所述第一电工纯铁为柱体结构，所述第一电工纯铁上绕设有聚氨酯漆包铜线。
16.进一步的，所述第二电磁铁包括设置在所述隔振器架内的第二电工纯铁，所述第二电工纯铁为t型结构，所述第二电工纯铁的突出端与所述第一磁流变液组件接触，所述第二电工纯铁的平端外侧设置有所述第二磁流变液组件，所述第二电工纯铁的突出端上绕设有另一聚氨酯漆包铜线。
17.进一步的，所述第一磁流变液组件包括设置在所述第一电磁铁与所述第二电磁铁之间的第一橡胶容纳套，所述第一橡胶容纳套内容纳有第一磁流变液。
18.进一步的，所述第二磁流变液组件包括设置在所述第二电磁铁外壁与所述隔振器架内壁之间的第二橡胶容纳套，所述第二橡胶容纳套内容纳有第二磁流变液。
19.进一步的，所述隔振器架固定所述第一电工纯铁的底板为磁轭结构。
20.进一步的，所述聚氨酯漆包铜线外包覆有绝缘电工胶布层。
21.进一步的，四条所述聚氨酯漆包铜线的连接端通过正负极与直流稳压电源的接口连接。
22.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
23.1.本发明结构简单、牢固、紧凑、易于安装，设置第一磁流变液组件和第二磁流变液组件，可以解决以往磁流变弹性体粘贴不牢固的问题。
24.2.本发明阻尼调节范围广，在机械加工过程中可以通过调节外接电流大小来改变磁场强度进而达到隔振目的，由此能够避在加工精密仪器时，由于振动而影响正常工作或因强烈振动而受到损坏。
25.3.本发明通过第一磁流变液组件和第二磁流变液组件的设计，使整个隔振器设计成剪切-挤压混合式结构，可以对x、y、z三个方向的颤振进行隔振。
附图说明
26.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1为剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器的结构示意图；
28.图2为第一电磁铁和第二电磁铁与电源连接关系的示意图；
29.图3为隔振器的等效磁路示意图；
30.其中，1-隔振器架，2-第一电工纯铁，3-聚氨酯漆包铜线，4-第一磁流变液，5-第一橡胶容纳套，6-第二电工纯铁，7-第二橡胶容纳套，8-第二磁流变液，9-第二电磁铁，10-第一电磁铁，11-电源。
具体实施方式
31.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。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.参照图1-图3，本发明提供一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，包括：隔振器架1。隔振器架1用于对第一电磁铁10、第二电磁铁9进行支撑。
34.第一电磁铁10，固定在隔振器架1内壁；第二电磁铁9，设置在隔振器架1内且与第一电磁铁10对极式匹配。将第一电磁铁10固定在隔振器架1上，同时，在隔振器架1上设置第二电磁铁9与第一电磁体10对极式匹配。
35.第一磁流变液组件，设置在第一电磁铁10与第二电磁铁9之间，且两端分别与第一电磁铁10端部和第二电磁铁9端部接触；
36.第二磁流变液组件，设置在第二电磁铁9远离第一电磁铁10的端部上，第二磁流变液组件位于隔振器架1内壁与第二电磁铁9外壁之间。
37.其中，第一磁流变液组件用于连接第一电磁铁10和第二电磁铁9，第一磁流变液组件为下端挤压模式磁流变液，第二磁流变液组件用于连接隔振器架1与第二电磁铁9，第二磁流变液组件为上端剪切模式磁流变液。
38.第一磁流变液组件和第二磁流变液组件配合，可以实现对x、y、z三个方向的颤振进行隔振。
39.进一步优化方案，参照图1，第一电磁铁10包括固定在隔振器架1内底壁上的第一电工纯铁2，第一电工纯铁2为柱体结构，第一电工纯铁2上绕设有聚氨酯漆包铜线3。
40.进一步优化方案，参照图1，第二电磁铁9包括设置在隔振器架1内的第二电工纯铁6，第二电工纯铁6为t型结构，第二电工纯铁6的突出端与第一磁流变液组件接触，第二电工纯铁6的平端外侧设置有第二磁流变液组件，第二电工纯铁6的突出端上绕设有另一聚氨酯漆包铜线3。
41.其中，第一电工纯铁2和第二电工纯铁6为电磁铁的铁芯，第一电工纯铁2和第二电工纯铁6均采用纯度高达99％以上的电工纯铁(dt4c)材料。该材料电磁性能好，矫顽力低，相对导磁率高，当线圈通电后可以迅速磁化，断电后又可以迅速退磁，符合隔振器的性能要求。
42.为保证第一磁流变液组件中的磁流变液和第二磁流变液组件中的磁流变液均可以被磁化，隔振器使用两个电磁铁进行对极式安装，第二电磁铁9采用t字型，聚氨酯漆包铜线3缠绕在第二电工纯铁6的小圆柱型铁芯上，第二橡胶容纳套7安装在第二电工纯铁6的大
圆柱铁芯外侧。
43.其中，聚氨酯漆包铜线3采用qa-1/155型聚氨酯漆包铜，由于电工纯铁的磁导率远高于磁流液的磁导率，因此磁路中的磁阻主要与磁流液的磁阻有关。隔振器的等效磁路是串联的，为保证有较大的电流承载能力，选用1mm线径。为了防止线圈过热，设计的缠绕铁芯层数较小：为10层。在通入最大实验电流3a下，线圈匝数为372匝，考虑到磁路漏磁的影响，匝数增加到400匝。
44.进一步的，参照图3，为隔振器的等效磁路，其中，rm1为第二磁流变液的磁阻、rm2为第二电工纯铁的磁阻、rm3为第一磁流变液的磁阻、rm4为隔振器架的磁阻、rm5为第一电工纯铁的磁阻。
45.进一步优化方案，参照图1，第一磁流变液组件包括设置在第一电磁铁10与第二电磁铁9之间的第一橡胶容纳套5，第一橡胶容纳套5内容纳有第一磁流变液4。
46.进一步优化方案，参照图1，第二磁流变液组件包括设置在第二电磁铁9外壁与隔振器架1内壁之间的第二橡胶容纳套7，第二橡胶容纳套7内容纳有第二磁流变液8。
47.可以理解的，第一橡胶容纳套5和第二橡胶容纳套7分半用于容纳第一磁流变液4和第二磁流变液8，该结构设置将磁流变液注入橡胶模具内，可解决现有结构中磁流变弹性体粘贴不牢固的问题。
48.同时，由于第一磁流变液4和第二磁流变液8位置不同位置，因此该减震器和实现挤压式减震盒剪切式减震。
49.进一步优化方案，参照图1，隔振器架1固定第一电工纯铁2的底板为磁轭结构。
50.其中，隔振器架1在底板部分设计成磁轭形式，使整体隔振器构成闭合回路，起到传递磁感线、减少磁感线损失的作用。因此在磁轭部分需要具有较高的相对导磁率，因此选用电磁性能优良的q235钢制作，保证整体磁阻较小，同时兼顾优良的力学性能可以满足隔振器的支撑功能。
51.进一步的，隔振器架1在底板部分开设固定孔，通过固定孔将该隔振器固定在需要减震的位置上。
52.进一步优化方案，聚氨酯漆包铜线3外包覆有绝缘电工胶布层。
53.其中，聚氨酯漆包铜线3缠绕后需要在聚氨酯漆包铜线3外侧绑一层绝缘电工胶布，可以防止线圈过热引起漏电。
54.进一步优化方案，四条聚氨酯漆包铜线3的连接端通过正负极与直流稳压电源11的接口连接。
55.隔振器架1内部做出磁隙设计，使整体磁感线形成闭合回路。使用时分别将四条聚氨酯漆包线3通过正负极连接到直流稳压电源11的接口上，当增加电流后，磁路中的磁场强度会变大，磁流变液励磁固化程度加大，阻尼变大，因此可以通过调节电流大小针对不同加工环境下的颤振情况进行抑制。
56.其中，电源11选用直流稳压电源，输入电压ac220v，输出电流连续可调。
57.进一步的，对加工后的零件需要进行防锈处理，在其表面刷涂油性特效防锈油。
58.以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：包括：隔振器架(1)；第一电磁铁(10)，固定在所述隔振器架(1)内壁；第二电磁铁(9)，设置在所述隔振器架(1)内且与所述第一电磁铁(10)对极式匹配；第一磁流变液组件，设置在所述第一电磁铁(10)与所述第二电磁铁(9)之间，且两端分别与所述第一电磁铁(10)端部和所述第二电磁铁(9)端部接触；第二磁流变液组件，设置在所述第二电磁铁(9)远离所述第一电磁铁(10)的端部上，所述第二磁流变液组件位于所述隔振器架(1)内壁与所述第二电磁铁(9)外壁之间。2.根据权利要求1所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述第一电磁铁(10)包括固定在所述隔振器架(1)内底壁上的第一电工纯铁(2)，所述第一电工纯铁(2)为柱体结构，所述第一电工纯铁(2)上绕设有聚氨酯漆包铜线(3)。3.根据权利要求2所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述第二电磁铁(9)包括设置在所述隔振器架(1)内的第二电工纯铁(6)，所述第二电工纯铁(6)为t型结构，所述第二电工纯铁(6)的突出端与所述第一磁流变液组件接触，所述第二电工纯铁(6)的平端外侧设置有所述第二磁流变液组件，所述第二电工纯铁(6)的突出端上绕设有另一聚氨酯漆包铜线(3)。4.根据权利要求1所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述第一磁流变液组件包括设置在所述第一电磁铁(10)与所述第二电磁铁(9)之间的第一橡胶容纳套(5)，所述第一橡胶容纳套(5)内容纳有第一磁流变液(4)。5.根据权利要求1所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述第二磁流变液组件包括设置在所述第二电磁铁(9)外壁与所述隔振器架(1)内壁之间的第二橡胶容纳套(7)，所述第二橡胶容纳套(7)内容纳有第二磁流变液(8)。6.根据权利要求2所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述隔振器架(1)固定所述第一电工纯铁(2)的底板为磁轭结构。7.根据权利要求3所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：所述聚氨酯漆包铜线(3)外包覆有绝缘电工胶布层。8.根据权利要求3所述的剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，其特征在于：四条所述聚氨酯漆包铜线(3)的连接端通过正负极与直流稳压电源(11)的接口连接。

技术总结
本发明属于结构隔振技术领域。公开一种剪切-挤压混合模式的磁流变液橡胶隔振器，包括：隔振器架；第一电磁铁，固定在隔振器架内壁；第二电磁铁，设置在隔振器架内且与第一电磁铁对极式匹配；第一磁流变液组件，设置在第一电磁铁与第二电磁铁之间，且两端分别与第一电磁铁端部和第二电磁铁端部接触；第二磁流变液组件，设置在第二电磁铁远离第一电磁铁的端部上，第二磁流变液组件位于隔振器架内壁与第二电磁铁外壁之间。本发明能够实现通过外加电流的变化实现对外部磁场的调控，从而实现隔振效果，同时使得整个隔振器为剪切-挤压混合式结构，可对x、y、z三个方向的颤振进行隔振。z三个方向的颤振进行隔振。z三个方向的颤振进行隔振。


技术研发人员：祁若龙 石怀涛 孙红
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/20