一种空气弹簧-磁悬浮混合隔振器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其包括空气弹簧(17)、磁悬浮隔振器(18)和连接部件(19)；所述空气弹簧(17)，其内囊体(7)中间设有磁悬浮隔振器(18)；所述连接部件(19)包括推力盘(4)、压板(5)及在推力盘(4)上下布置的带保持架滚珠(3)，推力盘(4)、压板(5)分别与磁悬浮隔振器(18)的连杆(1)、空气弹簧(17)的上盖板(8)相连。本发明具有工作频带宽、可靠性高、结构紧凑、承载能力强，维修方便等优点，在船舶动力装置隔振领域有着很大的应用前景。
【专利说明】一种空气弹簧-磁悬浮混合隔振器
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种主被动混合隔振器，具体地说是一种由空气弹簧与磁悬浮隔振器并联工作的主被动混合隔振器，主要用于船用动力设备或其他大载荷设备的隔振。
【背景技术】
[0002]船舶主机运行所激发的结构噪声是船舶的主要噪声之一，其能量是通过支承件传递的，而采用隔振技术能够有效的降低船舶的结构噪声，这点对船舶尤其是军事舰艇尤其重要。
[0003]隔振分为主动隔振和被动隔振两种形式。被动隔振是在振动传播途径中加入被动元件，以减小传递到接受结构的振动强度，具有结构简单、易于实现、工作可靠的特点。针对大载荷的被动隔振，可以采用囊式空气弹簧，具有承载能力大、结构尺寸小、固有频率低、无驻波效应、高频隔振性能好等优点，且空气弹簧的可靠性和气密性可达到很高的要求，能够显著降低船舶的结构噪声。但作为被动隔振器的一种，空气弹簧对低频干扰能力差，甚至对系统谐振频率附近的干扰信号起到放大的作用。而主动隔振是通过主动单元(如:主动隔振器等)根据设定的控制规律动态地调整系统的支承特性参数，解决低频及谐振频率附近的减振降噪的问题，然而其单独使用结构复杂，能耗较大。主被动结合的隔振技术研究是当今研究的热点，磁悬浮隔振器相比于其它主动隔振器具有频响范围宽、寿命长、响应快、无接触，且电磁力及支承参数随控制参数的变化易于控制的优势，是一种较理想的主动隔振器。将磁悬浮隔振器与空气弹簧结合，组成主被动混合隔振器，即可充分发挥二者的优势，又避免单独使用时的缺点，具有更好的隔振效果。
[0004]中国专利CN102748425A公开了一种装置，其是将一种单边电磁作动器与空气弹簧并联集成，并在线圈上设有散热片实现散热，可以实现宽频振动和线谱振动的同步有效控制，但电磁作动器直接置于空气弹簧内部，不方便维修，且单边电磁作动器不利于输出电磁力与电流间的线性化，控制精度不高。中国专利CN101067433A设计了差动电磁作动器与空气弹簧并联布置的超低频隔振装置，通过对差动电磁作动器的位移控制为系统提供负刚度以降低系统固有频率，拓宽超低频隔振范围，但集成度低，整体尺寸较大，对空间要求较高的场合不适用，且差动式磁悬浮作动器的允许的横向位移小，当装置受到小的横向冲击、横向振动时，作动器容易损坏。中国专利CN101067432A公开了一种装置，其是将磁悬浮单元与空气弹簧串联，有效解决空气弹簧隔振基础横纵向不能兼顾的问题，但运用于精密仪器的隔振，对船舶动力装置的隔振不适用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:为了克服上述现有技术的不足，提供一种可靠性高、结构紧凑、承载能力大，维修方便，能够高效隔离高频振动和有效控制低频线谱振动的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器。
[0006]本发明的目的由以下技术方案实现:[0007]本发明提供的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其包括空气弹簧、磁悬浮隔振器和连接部件；所述空气弹簧，其内囊体中间设有磁悬浮隔振器；所述连接部件包括推力盘、压板及在推力盘上下布置的带保持架滚珠，推力盘、压板分别与磁悬浮隔振器的连杆、空气弹簧的上盖板相连。
[0008]所述空气弹簧可以是由依次排列的上盖板、下盖板、内囊体和外囊体组成的一个封闭的圆环状空气弹簧体，与磁悬浮隔振器并联集成。
[0009]所述上盖板可以与带保持架滚珠接触部位进行表面渗碳或渗氮处理，该上盖板开有水孔和电缆孔，水孔作为冷却水管的入口，电缆孔作为磁悬浮隔振器的位移传感器的延伸电缆的出口 ；所述下盖板上开有气孔，用于充入和排出压缩空气，或者该气孔开在上盖板上。
[0010]所述磁悬浮隔振器可以为差动式磁悬浮隔振器，通过测量其中的E型电磁铁与衔铁间的气隙，来控制E型电磁铁上的线圈的电流，产生电磁力，抵消振动，实现隔振。
[0011]所述磁悬浮隔振器可以包括E型电磁铁、衔铁、线圈、连杆、壳体、直线轴承、底板和位移传感器；装有线圈的E型电磁铁相对衔铁对称布置，分别固定在壳体和底板上；所述壳体和底板固定在下盖板上；所述连杆下端固定有衔铁，上端通过推力盘固定在上盖板上；直线轴承和位移传感器均固定在壳体上。
[0012]所述壳体上可以有矩形螺旋槽，作为冷却水的水道，通过热传导将电磁铁产生的热量传递到冷却水中，冷却水流动将热量带出隔振器，减小磁悬浮隔振器与空气弹簧间的热交换。
[0013]所述连杆上端可以开有矩形槽，用于限制其周向旋转，上端与推力盘为螺纹连接，下端与衔铁固定，在限制连杆旋转的情况下旋转推力盘可以实现衔铁与E型电磁铁间气隙的调整。
[0014]所述位移传感器可以为电涡流位移传感器，通过测量连杆的位置实现衔铁与E形电磁铁间的气隙测量。
[0015]所述直线轴承可以对连杆的运动起导向的作用，防止出现卡死现象。
[0016]所述带保持架滚珠的保持架可以采用中碳不锈钢，滚珠可以采用轴承钢；所述推力盘可以采用轴承钢，沿径向与压板和上盖板间均有间隙，在空气弹簧产生较小的横向运动情况下，该间隙对电磁隔振器具有保护作用。
[0017]本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点:
[0018](I).本发明中的空气弹簧结构类似于囊式空气弹簧，具有承载能力强的特点，作为被动隔振原件，有着优良的高频隔振性能。
[0019](2).本发明中的空气弹簧压缩空气所在的气室为密封的腔体，与空气弹簧集成的磁悬浮隔振器置于气室以外的空间，不会影响到空气弹簧的气密性，并且磁悬浮隔振器带有散热装置，不会影响到气室内部压缩空气的温度，从而避免空气弹簧与磁悬浮隔振器间的热耦合产生的影响，同时也方便磁悬浮隔振器的安装与拆卸维修。
[0020](3).本发明将磁悬浮隔振器集成到空气弹簧内部，具有占用空间小、集成度高、结构紧凑、使用方便的优点。
[0021](4).本发明采用的是差动式磁悬浮隔振器，该隔振器具有无需润滑、寿命长、响应快，频响特性良好的优点，对低频有着很好的隔振效果，在平衡位置小范围内振动时，磁悬浮隔振器的作动力与电流之间可作线性化处理，控制精度高。
[0022](5).本发明将磁悬浮隔振器与空气弹簧采用并联方式集成，由空气弹簧对设备提供可靠的支撑，磁悬浮隔振器无需承受静载荷，经过空气弹簧的高效隔振，振动能量的传递得到了有效衰减，大大降低了磁悬浮隔振器控制残余振动的功耗，与采用串联隔振模式相t匕，具有可靠性高、能耗低、成本低等优点。
[0023](6).本发明将空气弹簧与磁悬浮隔振器集成，综合空气弹簧高频隔振和磁悬浮隔振器低频线谱隔振的优点，具有很好的宽频隔振和低频线谱隔振的优点。
[0024](7).本发明采用连接部件来实现对空气弹簧和磁悬浮隔振器的结构连接，在空气弹簧横向刚度不足的情况下，解决了磁悬浮隔振器允许横向位移小的缺点，在受到小的横向冲击或者横向振动激励时，不会损坏磁悬浮隔振器，与其他采用差动式磁悬浮隔振器的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器相比，应用范围更广，能在有小横向冲击、横向振动的工作环境下工作。
[0025]综上所述，本发明和已有技术相比，其效果是很明显的，具有承载能力强、维修方便、寿命长、占用空间小、集成度高、能耗低、可靠性高、隔振频带宽等优点，可为船舶领域的主机隔振提供很好的解决方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的结构示意图。
[0027]图2为本发明的空气弹簧结构示意图。
[0028]图3为本发明的磁悬浮隔振器结构示意图。
[0029]图4为本发明的连接部件结构示意图。
[0030]图中:1.连杆；2.直线轴承；3.带保持架滚珠；4.推力盘；5.压板；6.位移传感器内囊体；8.上盖板；9.下盖板；10.壳体；11.底板；12.E型电磁铁；13.衔铁；14.线圈；15.外囊体；16.气孔；17.空气弹簧；18.磁悬浮隔振器；19.连接部件；20.水孔；21.电缆孔。
具体实施方案
[0031]本发明提供的一种将差动磁悬浮隔振器与空气弹簧高度集成的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，充分结合了空气弹簧和磁悬浮隔振器的优点，实现宽频隔振，具有快速响应、可靠性高、结构紧凑、承载能力大、维修方便的特点。
[0032]下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。
[0033]本发明提供的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其结构如图1至图4所示，包括空气弹簧17、磁悬浮隔振器18和连接部件19。所述空气弹簧17由上盖板8、下盖板9、设置在上盖板8和下盖板9之间的内囊体7和外囊体15组成，内囊体7中间设有磁悬浮隔振器18。所述磁悬浮隔振器18包括E型电磁铁12、衔铁13、线圈14、连杆1、壳体10、直线轴承2、底板11和位移传感器6 ;装有线圈14的E型电磁铁12相对衔铁13对称布置，分别固定在壳体10和底板11上；所述壳体10和底板11固定在下盖板9上，连杆I由固定在壳体10上的直线轴承2导向；所述连杆I下端固定有衔铁13，上端通过连接部件19固定在上盖板8上，由固定在壳体10上的位移传感器6测量连杆I的位移；所述连接部件19包括与连杆I连接的推力盘4、在推力盘4上下布置的带保持架滚珠3及固定在上盖板8上的压板5。
[0034]所述空气弹簧17的结构如图2所示，是由上盖板8、下盖板9、内囊体7和外囊体15组成的一个封闭的圆环状空气弹簧体，与磁悬浮隔振器18并联集成，空气弹簧17内部压缩空气的密封性不会受到磁悬浮隔振器18的影响，且磁悬浮隔振器18也方便拆卸维修。
[0035]所述上盖板8的材料可采用45号钢，与带保持架滚珠3接触部位进行表面渗碳或渗氮处理。该上盖板8开有水孔20和电缆孔21，水孔20作为冷却水管的入口，电缆孔21作为位移传感器6的延伸电缆的出口。
[0036]所述下盖板9开有气孔16，用于充入和排出压缩空气，气孔16也可以开在上盖板8上。
[0037]所述磁悬浮隔振器18的结构如图3所示，为差动式磁悬浮隔振器，衔铁13与E型电磁铁12之间气隙和为10mm，通过测量上端E型电磁铁12与衔铁13间的气隙，来控制线圈14的电流，产生电磁力，抵消振动，实现隔振。线圈14由上端线圈和下端线圈组成，两线圈处分别设有一个E型电磁铁12。将上端线圈通电，上端E型电磁铁12与衔铁13间会产生磁路，衔铁13受到向上的电磁力作用；将下端线圈通电，下端E型电磁铁12与衔铁13间产生磁路，衔铁13受到向下的电磁力作用，通过控制上、下端线圈的电流大小即可控制衔铁13所受电磁力合力的大小和方向。当振动源作用力向上时，使衔铁13与上端电磁铁12间气隙小于与下端电磁铁12间气隙，增大下端线圈的电流，减小上端线圈的电流，衔铁13受到向下的电磁力而向下运动，反之减小下端线圈的电流，增大上端线圈的电流，衔铁13受到向上的电磁力而向上运动，使衔铁13处于两E型电磁铁12的中间位置。
[0038]所述壳体10上有矩形螺旋槽，作为冷却水的水道,通过热传导将E型电磁铁12产生的热量传递到冷却水中，冷却水流动将热量带出隔振器，减小磁悬浮隔振器18与空气弹簧17间的热交换。
[0039]所述连杆I上端开有矩形槽，用于限制其周向旋转，上端与推力盘4为螺纹连接，下端与衔铁13固定，在限制连杆I旋转的情况下旋转推力盘4可以实现衔铁13与E型电磁铁12间气隙的调整。
[0040]所述位移传感器6为电涡流位移传感器，固定在壳体10上，与磁悬浮隔振器18的工作状态控制端连接，通过测量连杆I的位置可以测量固定在连杆I上的衔铁13与E形电磁铁12间的气隙。
[0041]所述直线轴承2固定在壳体10上，对连杆I的运动起导向的作用，防止出现卡死现象。
[0042]所述推力盘4采用轴承钢，沿径向与压板5和上盖板8间均有5_的间隙，在空气弹簧17产生小于5mm的横向运动情况下，上盖板8的横向运动不会传递到连杆I上，对电磁隔振器18具有一定的保护作用。
[0043]所述带保持架滚珠3的保持架采用中碳不锈钢，滚珠采用轴承钢。
[0044]本发明安装在被隔振设备和基座之间，空气弹簧17承载被隔振设备的重量并降低被隔振设备高频振动向基座的传递，磁悬浮隔振器18承载被隔振设备在振动过程中的动载荷，空气弹簧17与磁悬浮隔振器18间通过连接部件19实现力的传递。连接部件19如图4所示，当上盖板8受到振动向下运动时，把扰动力依次通过压板5、带保持架滚珠3、推力盘4、连杆I传递到衔铁13，衔铁13产生的作动力依次通过连杆1、推力盘4、带保持架滚珠3、压板5传递到上盖板8，当上盖板8受到振动向上运动时，把扰动力依次通过带保持架滚珠3、推力盘4、连杆I传递到衔铁13，衔铁13产生的作动力依次通过连杆1、推力盘4、带保持架滚珠3传递到上盖板8。
[0045]本发明中磁悬浮隔振器无接触，高能效的优点是集成到空气弹簧17内部的基础。
[0046]本发明的工作原理为:
[0047]本发明安装在被隔振设备和基座之间，空气弹簧-磁悬浮混合隔振器的上盖板8与被隔振设备相连，而下盖板9与基座相连。空气弹簧17与磁悬浮隔振器18并联安装，初始状态时空气弹簧17处于设计高度，衔铁13处于两E型电磁铁12中间位置，两线圈14加载大小相等的初始电流。在工作过程中，隔振设备若产生向上的扰动力作用于上盖板8，经由带保持架滚珠3、推力盘4、连杆I传递到衔铁13，使衔铁13偏离中间位置向上运动，控制线圈14电流大小，使上端线圈电流减小，下端线圈电流加大，衔铁13受到向下的电磁力，通过连杆1、推力盘4、带保持架滚珠3作用于上盖板8，抵消隔振设备振动。若隔振设备产生向下的扰动力作用于上盖板8，经由压板5、带保持架滚珠3、推力盘4、连杆I传递到衔铁13，使衔铁13偏离中间位置向下运动，控制线圈14电流大小，使上端线圈电流增大，下端线圈电流减小，衔铁13受到向上的电磁力，通过连杆1、推力盘4、带保持架滚珠3、压板5作用于上盖板8，抵消被隔振设备振动。
[0048]本发明对衔铁13调整过程如下:将连杆I周向旋转自由度限制，旋转推力盘4使衔铁13与下端E型电磁铁12接触，由位移传感器6测量连杆I此时位移为X1,再反向旋转推力盘4，使衔铁13与上端E型电磁铁12接触，由位移传感器6测量连杆I此时的位移为X2，再反向旋转推力盘4，使连杆I达到(X2-X1)/2位置，此时衔铁13处于两E型电磁铁12正中间位置。在工作过程中，位移传感器6测得连杆I位移为X，此时衔铁13与上端E型电磁铁12间气隙为(X-X2)，衔铁13与上端E型电磁铁12间气隙为(X1-X)。
[0049]本发明对磁悬浮隔振器18实现横向保护过程如下:推力盘4与压板5和上盖板8间沿径向均有5mm的间距。当上盖板8受到小于5mm的横向扰动时，上盖板8沿径向产生一定的运动，带保持架滚珠3受到摩擦力作用产生滚动，运动不会传递到推力盘4，从而避免连杆I受到径向作用力，对磁悬浮隔振器18进行横向保护。
[0050]本发明采用了并联混合隔振模式，将磁悬浮隔振器18集成到空气弹簧17中，可以使结构紧凑。本发明由空气弹簧17支承设备载荷，磁悬浮隔振器18无需提供静态支承力，比其他类型隔振器采用的串联隔振模式，具有更小的功耗和更高的可靠性，磁悬浮隔振器18作为主动隔振部分，承载动载荷，具有无接触特性、无润滑的特性，具有优良的低频隔振效果，并且所需的主动控制力较低。
[0051]本发明使用操作如下:将空气弹簧-磁悬浮混合隔振器安装到被隔振设备与基座之间，先对空气弹簧17充入压缩空气，使空气弹簧17达到设计高度，然后将衔铁13调整到两E型电磁铁12中间位置，对线圈14加载大小相等的初始电流，空气弹簧-磁悬浮混合隔振器的初始状态调整完毕，即可投入使用。
[0052]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步说明，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，不至于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:包括空气弹簧(17)、磁悬浮隔振器(18)和连接部件(19);所述空气弹簧(17)，其内囊体(7)中间设有磁悬浮隔振器(18);所述连接部件(19)包括推力盘(4)、压板(5)及在推力盘(4)上下布置的带保持架滚珠(3)，推力盘(4)、压板(5)分别与磁悬浮隔振器(18)的连杆(I)、空气弹簧(17)的上盖板(8)相连。
2.根据权利要求1所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述空气弹簧(17)是由依次排列的上盖板(8)、下盖板(9)、内囊体(7)和外囊体(15)组成的一个封闭的圆环状空气弹簧体，与磁悬浮隔振器(18)并联集成。
3.根据权利要求2所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述上盖板(8)与带保持架滚珠(3)接触部位进行表面渗碳或渗氮处理，该上盖板开有水孔(20)和电缆孔(21)，水孔(20)作为冷却水管的入口，电缆孔(21)作为磁悬浮隔振器(18)的位移传感器(6)的延伸电缆的出口 ；所述下盖板(9)上开有气孔(16)，用于充入和排出压缩空气，或者该气孔(16)开在上盖板(8)上。
4.根据权利要求1所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述磁悬浮隔振器(18)为差动式磁悬浮隔振器，通过测量其中的E型电磁铁(12)与衔铁(13)间的气隙，来控制E型电磁铁(12)上的线圈(14)的电流，产生电磁力，抵消振动，实现隔振。
5.根据权利要求4所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述磁悬浮隔振器(18)包括E型电磁铁(12)、衔铁(13)、线圈(14)、连杆(I)、壳体(10)、直线轴承(2)、底板(11)和位移传感器(6);装有线圈(14)的E型电磁铁(12)相对衔铁(13)对称布置，分别固定在壳体(10)和底板(11)上；所述壳体(10)和底板(11)固定在下盖板(9)上；所述连杆(I)下端固定有衔铁(13)，上端通过推力盘(4)固定在上盖板(8)上；直线轴承(2)和位移传感器(6)均固定在壳体(10)上。
6.根据权利要求5所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述壳体(10)上有矩形螺旋槽，作为冷却水的水道，通过热传导将电磁铁产生的热量传递到冷却水中，冷却水流动将热量带出隔振器，减小磁悬浮隔振器(18)与空气弹簧(17)间的热交换。
7.根据权利要求5所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述连杆(I)上端开有矩形槽，用于限制其周向旋转，上端与推力盘(4)为螺纹连接，下端与衔铁(13)固定，在限制连杆⑴旋转的情况下旋转推力盘⑷可以实现衔铁(13)与E型电磁铁(12)间气隙的调整。
8.根据权利要求5所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述位移传感器(6)为电涡流位移传感器，通过测量连杆(I)的位置实现衔铁(13)与E形电磁铁(12)间的气隙测量。
9.根据权利要求5所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述直线轴承(2)对连杆(I)的运动起导向的作用，防止出现卡死现象。
10.根据权利要求1所述的空气弹簧-磁悬浮混合隔振器，其特征在于:所述带保持架滚珠(3)的保持架采用中碳不锈钢，滚珠采用轴承钢；所述推力盘(4)采用轴承钢，沿径向与压板(5)和上盖板(8)间均有间隙，在空气弹簧(17)产生较小的横向运动情况下，该间隙对电磁隔振器(18)具有保护作用。
【文档编号】F16F15/023GK104019179SQ201410249489
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】胡业发, 宋春生, 张锦光, 文湘隆, 陈娟, 胡荣利 申请人:武汉理工大学