本发明属于机械工程振动领域。
背景技术：
磁性液体阻尼减振器是一种被动减振器，对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。由于空间飞行器特殊的运行环境，其自身体积、重量和所携带的能源受到一定的限制，因此磁性液体阻尼减振器非常适合于大型航天器长直物体的低频率、小振幅的减振，如空间站的太阳能帆板、天线等，同时，其在地面上也具有广阔的应用前景，如长达百米的大功率天线的减振，精密天平的减振等等。然而现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，具体问题如下：
现在最为常见的磁性液体阻尼减振器主要采用磁性液体的二阶浮力原理，如对比文献1(公开号CN102032304A的申请专利)所述、对比文献2(公开号CN104074903A的申请专利)所述、对比文献3(公开号CN102042359A的申请专利)所述、对比文献4(公开号CN102494070A)所述、对比文献5(公开号JP11-230255A)所述和对比文献6(公开号CN103122965A)所述，少数采用了磁性液体的一阶浮力原理，如对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述。
对比文献1(公开号为CN102032304A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁外壳、磁性液体、永磁铁、螺母、端盖、螺栓、螺钉、密封垫和O型密封圈。该申请专利通过将圆柱形的永磁铁作为质量块，在非导磁外壳内注满磁性液体，从而利用磁性液体的二阶浮力原理使得质量块悬浮在壳体中。当外界振动时，质量块和壳体之间的相对运动造成磁性液体在质量块与壳体之间的间隙中流动，从而产生粘性损耗。然而，该专利所述的减振器由于利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块必须是永磁铁，因此在实际应用中存在以下不足：第一、永磁铁两端的磁场非常强，而磁性液体在磁场的作用下粘度会急剧增大，因此在永磁铁与壳体之间的磁性液体的流动将非常困难，从而对惯性力不敏感，减振效果差；第二、永磁铁的材料通常比较脆，当航天器发射升空时，加速度极大，很容易造成永磁铁与壳体之间的碰撞，最终导致永磁铁碎裂，从而造成减振器失效，因此不具有实用性。
对比文献2(公开号为CN104074903A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器包括非导磁壳体、螺栓、螺母、永磁铁、磁性液体、非磁性外壳、O型圈、气孔、环形间隙等。该申请专利也是将永磁铁作为质量块，在永磁铁两端吸附少量磁性液体，利用磁性液体的二阶浮力原理使得永磁铁悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁铁始终处于壳体的正中，但当永磁体沿圆弧状曲面运动时，由于永磁体的底面为平面，易于外壳弧形内壁发生擦碰，且在加速度极大时，易出现永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题，因此不具有实用性。
对比文献3(公开号为CN102042359A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器与对比文献1所述的装置结构类似，但对比文献3在永磁铁上加工有4～8个通孔，该通孔可以使得磁性液体流动更加顺畅，且增大摩擦面积。然而，由于永磁铁两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁铁与壳体之间的磁性液体都会因为粘度过大而无法正常流动，因此在永磁铁上加工通孔所产生的效果并不明显；其次，由于在永磁铁上加工通孔，增加了永磁铁的易碎性，在加速度极大时，永磁铁与壳体之间碰撞所导致的永磁铁碎裂问题将更加突出，同时，圆柱形永磁体在侧面产生的磁场较弱，因此所提供的定心力不足，因此不具有实用性。
对比文献4(公开号CN102494070A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器原理与对比文献1所述装置原理类似，但该专利所述装置将壳体加工成空心球状，永磁铁加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决永磁铁碎裂和磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
对比文献5(公开号JP11-230255A的申请专利)所述的减振器，该减振器是一种用于转轴振动的减振器，其利用磁性液体的二阶浮力原理，将永磁铁作为一个旋转质量块。虽然该专利在壳体壁面安装了一个陶瓷环5来避免永磁铁与壳体的直接碰撞，但由于陶瓷的脆性远大于永磁铁，当发生相撞时，陶瓷环5极易碎裂从而污染减振器内部腔室使得减振效果下降。同时，该专利也无法解决磁性液体在永磁铁与壳体之间流动困难的问题，因此不具有实用性。
对比文献6(公开号CN103122965A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减太阳能帆板振动的减振器，其利用了磁性液体的二阶浮力原理，质量块为环形永磁体。该专利通过用带锥角的垫片来保持永磁体的居中位置，通过在壳体内壁粘接沿径向充磁的第一环形永磁体来防止作为质量块的第二环形永磁体的撞壁，第一环形永磁体与第二环形永磁体同极相对。当在航天器发射过程中，加速度极大，有时会超过10个重力加速度时，第一环形永磁体和第二环形永磁体间距越小斥力越大，可以有效防止第二环形永磁体沿径向的撞壁行为。然而由于永磁体之间的斥力为不平衡力，因此第二环形永磁体在受到沿径向的斥力的同时，还会受到一个沿轴向的力矩，因此在航天器发射过程中，该力矩很容易导致第二环形永磁体与壳体端盖或底面相撞，最终导致第二环形永磁体碎裂，不具有实用性。
对比文献7(公开号JP11-223247A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器是一种用于消减转轴振动的减振器，其利用了磁性液体的一阶浮力原理，质量块为环形非导磁物质，在转轴上安装一圈永磁铁使得质量块在周向不发生偏移。然而，通过磁性液体的一阶浮力原理可知，单独一组永磁铁对非导磁性的物质悬浮是不稳定的，很容易导致质量块在沿转轴轴向方向产生偏移和扰动，因此该专利不具有实用价值。
对比文献8(公开号CN104879412A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器通过利用两块同极相对的永磁体所形成的磁场，在充满磁性液体的容器内形成一阶选浮力，将一个球形质量块悬浮于容器内部，并通过在外部安装隔磁罩进行磁屏蔽。然而，仅仅依靠两块单纯同极相对的永磁体所形成的磁场，无法在磁性液体内部形成有效的径向力，使得质量块极其容易偏斜。同时该减振器磁性液体必须充满容器，造成整个减振器质量增加。
因此急需对磁性液体阻尼减振器的结构进行重新设计和改进，使其能够在实际工程中得到应用。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体阻尼减振器由于多种结构缺陷造成磁性液体流动困难、永磁体易碎裂、定心效果不好、粘性耗能效率不高和质量较大等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种磁屏蔽的一阶浮力磁性液体阻尼减振器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
该减振器包括壳体、上屏蔽罩、上永磁体、质量块、下永磁体、下屏蔽罩和磁性液体。
所述上屏蔽罩为一个倒置的“凹”字形结构，将上永磁体的上表面安装在上屏蔽罩的凹槽内，并固定连接；所述下屏蔽罩为一个正置的“凹”字形结构，将下永磁体的下表面安装在下屏蔽罩的凹槽内，并固定连接。将上永磁体的下表面和下永磁体的上表面分别注入磁性液体。
所述上屏蔽罩和下屏蔽罩均为导磁材料，外形尺寸完全相同；所述上永磁体和下永磁体的外形尺寸完全相同；所述上永磁体和下永磁体的外形与上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽形状相同，但尺寸小于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽尺寸，为间隙配合。
所述上永磁体和下永磁体的厚度小于上屏蔽罩和下屏蔽罩凹槽的深度。通过这种方式，上、下永磁体可以分别在上、下屏蔽罩中形成磁回路。同时，磁性液体可以分别在上、下屏蔽罩的凹槽凸台与上、下永磁体之间形成一个有锥面的磁性液体层。这个磁性液体层会产生一个很强的指向原点的体积力，因此可以保证质量块悬浮于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽之中。该发明不同于现有技术(对比文献6所述装置)中为防止第二环形永磁体撞壁所采用的第一环形永磁体和第二环形永磁体同极相对的目的，也避免了现有技术(对比文献7所述装置)通过在转轴上安装永磁体对质量块产生的不稳定定心所增加的扰动问题。也避免了现有技术(对比文献8所述装置)无法在磁性液体内部形成有效的径向力，使得质量块极其容易偏斜的问题。另外，这种方式将使得磁性液体不需要再注满壳体，从而使得减振器的质量极大的降低，从而也彻底解决了现有技术(对比文献1、3、4和5所述装置)中永磁体安放在壳体内部所导致的磁性液体注入困难甚至无法注满的问题。
所述壳体为一个薄壁空腔结构，将装有上永磁体的上屏蔽罩的上表面安装在壳体内腔的上表面。将装有下永磁体的下屏蔽罩的下表面安装在壳体内腔的下表面。壳体材料可以选用非导磁性材料，也可以选用导磁性材料。
将质量块放入壳体中，使质量块悬浮在上永磁体和下永磁体之间。
所述质量块的外形与上屏蔽罩和下屏蔽罩凹槽的外形相同，但尺寸小于上屏蔽罩和下屏蔽罩的凹槽尺寸。质量块和上屏蔽罩之间的间隙以及质量块和下屏蔽罩之间的间隙应该大于振动振幅。所述质量块可以为任何形状，优选圆柱形或者多棱柱形，材料为非导磁性物质。质量块的材料为非导磁性物质可以彻底解决现有技术(文献1、3、4和5所述装置)中质量块为永磁体时所引起的磁粘效应，从而导致的质量块与壳体之间的磁性液体流动困难的问题。本发明中，质量块由于是非导磁性物质，因此可以选择硬度远小于壳体材料的物质，如实木、铝、钛、金、银和铜等，在加速度极大时，质量块与壳体相撞，仅发生形变而不发生碎裂，仍然能够保持较好的减振效果。在地面应用时，质量块选用密度大于所选磁性液体密度的材料，使其能够更好的居中，在太空应用时，对质量块的密度没有要求。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：(1)上、下屏蔽罩的结构使得磁性液体不需要注满，使得减振器的质量极大的降低；(2)上、下端盖的材料为导磁性能极好的材料，与上、下永磁体使磁性液体形成一个有锥面的液体层，使得质量块的定心效果得到极大提高；(3)由于上、下永磁体可以在上、下屏蔽罩中分别形成磁回路，因此不需要对上、下永磁体磁极的安装方向有特殊的要求，也不需要壳体为导磁性材料；(4)质量块的形状可以更多样化；(5)质量块选用非导磁性材料，因此可以选择硬度较小、塑性较大的材料，从而可有效解决撞壁后质量块碎裂问题，也避免了因磁粘效应引起的流动困难问题。
附图说明
图1一种磁屏蔽的一阶浮力磁性液体阻尼减振器。
图1中：壳体1、上屏蔽罩2、上永磁体3、质量块4、下永磁体5、下屏蔽罩6和磁性液体7。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：
一种双锥角的一阶浮力原理磁性液体减振器，如图1，该减振装置包括：壳体1、上屏蔽罩2、上永磁体3、质量块4、下永磁体5、下屏蔽罩6和磁性液体7。
构成该装置的各部分之间的连接：
所述上屏蔽罩2为一个倒置的“凹”字形结构，将上永磁体3的上表面安装在上屏蔽罩2的凹槽内，并固定连接。所述下屏蔽罩6为一个正置的“凹”字形结构，将下永磁体5的下表面安装在下屏蔽罩6的凹槽内，并固定连接。
所述壳体1为一个薄壁空腔结构，将装有上永磁体3的上屏蔽罩2的上表面安装在壳体1内腔的上表面。将装有下永磁体5的下屏蔽罩6的下表面安装在壳体1内腔的下表面。
将上永磁体3的下表面和下永磁体5的上表面分别注入磁性液体7。
将质量块4放入壳体1中，使质量块4悬浮在上永磁体3和下永磁体5之间。