本技术涉及一种自适应六自由度电磁复合隔振阻尼器,属于精密隔振技术。该阻尼器通过Stewart结构的六套电磁隔振单元,实现在六个自由度上的低频高阻尼和高稳定性,有效提升隔振性能。
背景技术
在精密仪器设备的装调、测试和实验过程中,环境中的低频微幅振动干扰成为影响研究效果的重点问题之一,为精密仪器设备配备低频隔振平台逐渐成为精密工程领域抑制环境微振动的主要技术手段。阻尼,作为衡量隔振效果的关键指标,直接关乎隔微振平台处理各频段振动的能力。阻尼对隔振效果的影响主要体现在两个方面:一方面,高阻尼能有效减少谐振区域,降低对低频振动的放大效应,这对于抑制低频微振动至关重要;另一方面,低阻尼则有助于加速高频振动的消散,提高隔振系统对高频振动的适应能力。因此,针对不同频率的振动,所需的阻尼值各不相同,这就要求隔振系统能够实现对阻尼的有效调控。
然而,当前多数隔振器在面对不同频率的振动时,其阻尼系数仍保持不变,这极大地限制了它们在不同振动环境下的适应性和实用性。为了提升隔振性能,必须解决阻尼调控问题,从而根据振动频率的不同自动调整阻尼系数。此外,当前的研究大多聚焦于单自由度隔振,而在更贴近实际工况的六自由度隔振领域,关于阻尼调控的研究却相对匮乏。六自由度隔振系统能够同时抑制设备在六个方向上的振动,对于提高精密设备的稳定性和精度具有重要意义。因此,应加强对六自由度隔振系统中阻尼器的研究,探索适用于六自由度隔振的可变阻尼技术,为精密仪器设备提供更加高效、可靠的隔振解决方案,推动精密工程领域的发展。
专利号CN202210957290.3公开了一种齿形流道的磁流变阻尼器,齿形活塞采用仿齿轮设计,励磁线圈均布三组缠绕在活塞缸内层以增大磁通利用率。专利号CN202210441343.6公开了多励磁多盘片式磁流变宽频隔振器,将基于无纺布的复合基体磁流变材料替换流动工作模式下的液体环境,以拓展阻尼力可调范围、降低中高频激励下的硬化效应。为了调节阻尼力大小,专利号CN202111522940.3公开了一种多级激励双筒磁流变阻尼器及其控制方法,通过在内筒轴向依次交替阵列N个磁轭与(N-1)个线圈,与外筒同轴嵌套构建(2N-1)个磁流变液的流通路径;并通过调控磁场,动态改变流动间隙的数量,确保阻尼可调。上述技术方案的特征在于:1)仅能在单自由度实现阻尼隔振,当面对复杂环境中多方向的振动干扰时,隔振效果不佳;2)阻尼系数与线圈通电电流呈正相关,且其幅频特性恒定,在一定频率范围内的阻尼效果稳定;但是,在面对不同频率的振动干扰或者是更宽的频率范围内,无法提供有效的隔振效果;3)磁流变液体的性质不稳定,易受到温度、湿度等外界环境因素的影响,在高温或低温环境下,其阻尼性能可能会发生变化,甚至可能无法正常工作;4)长时间使用或不当使用可能导致磁流变阻尼器内部产生渣滓,影响阻尼效果和使用寿命。
广西科技大学提出了一种电磁馈能与磁流变液复合的阻尼器(1.“一种电磁馈能式阶梯型磁流变阻尼器”,CN202310051772.7;2.“一种双筒嵌入式混合电磁馈能阻尼器”,CN202210120495.6;3.“一种混合式馈能电磁隔振阻尼器”,CN202210120558.8;4.“一种混合式电磁馈能阻尼器”,CN202210120502.2),通过在缸体内侧与活塞头间设置阶梯形磁流变液阻尼间隙,增加了有效阻尼通道长度;同时复合由永磁阵列与线圈构成的电磁馈能阻尼结构,将振动能量以热能的形式耗散掉,从而提升阻尼幅值,并实现对阻尼的调节。上述技术方案的特征在于:1)仅能在单自由度实现阻尼隔振,当面对复杂环境中多方向的振动干扰时,隔振效果不佳;2)阻尼系数与线圈通电电流呈正相关,且其幅频特性恒定,无法根据外部激励频率的动态变化实时调整阻尼力大小,这限制了其在不同工况下提供最佳隔振效果的能力。
综上,如何通过结构与原理创新,开发一种能够自适应激励频率变化的六自由度电磁阻尼器,实时响应外部激励频率的变化,动态调整阻尼力以从空间六个自由度(沿x、y、z轴的平动及绕x、y、z轴的转动)有效消除或衰减环境中各类频率的微振动干扰,保证精密仪器设备工作环境最优。这一创新不仅标志着精密仪器设备工作环境优化技术的新飞跃,更将直接推动其工作精度迈向新高度,满足当今乃至未来科研与工业领域对高精度、高稳定性设备的迫切需求。
实现思路