本技术涉及一种大型精密隔振阻尼器,采用多组垂直磁化空间永磁阵列技术。该阻尼器利用多层阵列排布的等横截面立方永磁体,实现内磁阵列与外磁阵列间的高效隔振。通过垂直磁化技术,增强了导体间的磁场作用,提升了隔振效果,适用于精密隔振技术领域。
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已经成为影响研究效果的重点问题之一,为精密仪器设备配备隔微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。阻尼作为评估隔振性能的关键指标,直接影响着隔微振平台对振动能量的衰减效能。阻尼系数越大,隔微振平台对低频微幅振动干扰的隔振效果通常越好。故而,如何有效提升隔微振平台的阻尼特性,成为了增强隔振性能的核心。目前,阻尼器的研究工作主要聚焦于小型光学隔微振平台和器件上,这些平台和器件的质量大多介于千克至数百千克之间,很少超过吨位级别。在面对百吨级或更大规模的大型精密隔微振平台时,现有的阻尼器展现出的阻尼系数较低,对于改善这类大型平台的阻尼性能效果并不显著。
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。磁流变阻尼器应用于大型精密隔微振领域时存在局限性:1)磁流变阻尼器的剪切屈服强度较低,难以产生足以提升百吨级及以上大型精密隔微振的阻尼;通过增加励磁线圈数量、励磁电压/电流、磁场有效区域、节流通道长度等途径增大阻尼的方式,会增加能源消耗与成本;2)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;3)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。
哈尔滨工业大学崔俊宁教授提出了一种超低频空气弹簧隔振器(1.“基于电磁负刚度结构的空气弹簧隔振器”,ZL202010605223.6;2.基于垂直磁化磁环负刚度结构的超低频隔振器,ZL202010605241.4;3.基于轴向磁化磁环负刚度结构的超低频空气弹簧隔振器,ZL202010606309.0;4.基于负刚度磁弹簧的大承载超低频空气弹簧隔振器,ZL202010605236.3),该装置可利用径向反向磁化、轴向同向磁化或垂直磁化的内磁环与外磁环实现负刚度特性,并利用节流孔及内、外磁环相对运动产生的电涡流实现阻尼效果。在上述方案中,内、外磁环均为沿某一方向均匀磁化的永磁体,其励磁磁场具有对称性。实际应用中,仅一侧磁场实现阻尼特性,而另一侧磁场处于闲置状态,磁场利用率较低。
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;同时复合由哈尔伯奇永磁阵列与线圈构成的电磁馈能阻尼结构,提升阻尼幅值,并实现对阻尼的调节。北京理工大学提出了一种阻尼旋转定位弹簧(1.“一种基于多个halbach永磁阵列的电涡流阻尼磁力弹簧”,CN201610855716.9;2.“一种电涡流阻尼磁力弹簧”,CN201610857360.2),利用多个同轴嵌套的哈尔伯奇永磁阵列面对面产生的磁场及其背面的漏磁,实现了具有高定位刚度与高速切换的阻尼旋转弹簧。该技术方案的特点在于:1)对于构成阻尼旋转定位弹簧的哈尔伯奇永磁阵列,其产生的励磁磁场具有显著不均衡性,可显著提升磁场利用率。2)利用halbach永磁阵列构建电涡流阻尼件,仅对旋转运动具有阻尼效果,而无法隔离大型精密仪器设备所处环境中的低频微幅振动干扰。
综上所述,探索并开发一种新型装置,其核心在于通过结构与原理上的创新,旨在增强大型精密隔微振的阻尼性能,确保在维持其大承载的同时,有效消除或减弱外界环境微振动对精密仪器设备的负面影响。此装置的设计目标在于优化精密仪器设备的工作环境,使之达到最佳状态,进而实现设备工作精度的显著提升。这一创新举措不仅对于确保精密仪器设备运行环境的最优化至关重要,而且能够进一步推动其工作精度的飞跃,从而更好地适应当前科研与工业领域日益增长的高精度需求。
实现思路