一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器及其对振动结构的减振方法
【专利说明】一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器及其对振动结构的减振方法
技术领域
[0001]本发明属于航天工程以及旋转机械中的振动控制领域，具体涉及一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器及其对振动结构的减振方法。
【背景技术】
[0002]颗粒阻尼是将金属或者是非金属颗粒按一定的填充比填充到一个空腔结构内，通过颗粒之间以及颗粒与空腔内壁之间的非弹性碰撞、摩擦和动量交换来消耗系统的动能，从而达到减振的目的。目前关于颗粒阻尼的研究主要集中在常规重力环境下进行，对颗粒阻尼的各个参数对减振特性的影响进行探讨。而且近些年来，学者们也对颗粒阻尼的形式进行了演变和发展，演变出了多种不同形式的颗粒阻尼，例如非阻塞性颗粒阻尼技术(NOPD)、柔性约束颗粒阻尼技术(简称豆包阻尼技术BBD)、带颗粒减振剂的碰撞阻尼、活塞式颗粒阻尼技术(PTD)等。诸多研究表明颗粒阻尼技术具有减振效果优良、频带宽、附加质量小等优点，适用于高温，高压等恶劣的环境，且结构简单成本低廉易于实施，具有重要的工程应用前景。
[0003]虽然在重力环境下颗粒阻尼具有良好的减振效果，但是在一些非常规的环境下如大惯性力(超重，离心)环境下、失重环境下，颗粒阻尼的运动形式与常规重力环境下相比必然发生改变。例如由于旋转条件下，离心力的存在导致颗粒阻尼技术在其减振应用时受到了限制。离心力使得振动构件上装载的颗粒处于压实状态，颗粒之间的相对运动减小，使得颗粒阻尼结构失去了效果。再比如失重环境下使颗粒之间失去正压力，从而失去摩擦力，导致耗能效应不再。因此在这些环境下颗粒阻尼将失去其优良的减振效果。如何有效的恢复提高颗粒阻尼在这些环境中的阻尼特性迫切需要研究探索，这也成为了现在关于颗粒阻尼研究的一个新的方向。
[0004]为了克服颗粒阻尼在上述大惯性力，失重环境下的颗粒阻尼难以应用的问题，国内外的一些学者对其进行了探索。有人对失重环境下颗粒阻尼器颗粒材料的运动规律进行了研究，提出了加扰动器10 (十字形叶片)的方式增加颗粒的运动提高颗粒阻尼的减振效果，参见图1，但是在腔体9内固定扰动器比较难以实现；而且在失重环境下振动一段时间之后，颗粒可能会悬浮分布在扰动器分割成的两个腔体中间，导致扰动器可能不能达到预期的效果。也有人对旋转条件下的颗粒阻尼进行了讨论，对打孔方向以及长径比进行了讨论以提高在该环境下颗粒阻尼的减振效果，但是该方法也仅限于转速较低时使用，在大转速下孔的参数对颗粒阻尼的减振效果影响不大。因此探索可以使颗粒阻尼在这些不利环境下仍能发挥作用的方法具有非常大的工程应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器及其对振动结构的减振方法，其能够在失重以及大惯性力环境下使用，并且具有很好的阻尼效果。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器，包括两端开口的非铁磁质腔体，非铁磁质腔体一端安装有铁磁质端盖，另一端安装有非铁磁质端盖，铁磁质端盖和非铁磁质端盖将非铁磁质腔体密封，非铁磁质腔体中装有铁磁质颗粒，非铁磁质腔体外侧绕制有线圈。
[0008]所述非铁磁质腔体和非铁磁质端盖的材质均为非铁磁性材料。
[0009]所述非铁磁性材料为有机玻璃、铝、铜或聚四氟乙烯。
[0010]所述铁磁端盖和铁磁质颗粒的材质均为铁磁性材料。
[0011]所述铁磁性材料为钢、铁、钴或镍。
[0012]所述线圈连接有能够调节电流大小的电源。
[0013]一种一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器对减振结构的减振方法，将非铁磁质腔体通过螺纹连接到振动结构上，通过电源给线圈供电，在非铁磁质腔体中产生磁场，此时铁磁质端盖和铁磁质颗粒都会被磁化，铁磁质端盖与所有磁化后的铁磁质颗粒相互吸弓I，从而实现对振动结构的减振。
[0014]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明结合电磁场理论，将铁磁性端盖安装在非铁磁质腔体需要提供单向力的一端；为了避免磁屏蔽效应，腔体选择非铁磁性材料，腔体密封的另一端也选择非铁磁性材料，以便产生单向力；由于将密绕线圈(即导线)缠绕在非铁磁质腔体外侧形成螺线管，非铁磁质腔体一端采用铁磁材质的端盖进行密封，颗粒采用铁磁质颗粒，所以当通电时螺线管产生的电磁场将会将铁磁质颗粒和铁磁端盖都进行磁化，铁磁质颗粒磁化后与磁场相互作用增加颗粒之间的相对运动，从而达到增加耗能的目的；铁磁质端盖则可以给所有铁磁质颗粒一个整体的单向力，该单向力在失重环境下可以模拟重力的作用，从而增加颗粒之间的正压力，进而增加颗粒之间碰撞的机会以及增加摩擦耗能，提高在该环境下颗粒阻尼的减振作用；在大惯性力条件下，通过调整该单向力的方向，将铁磁质端盖加在大惯性力相反的方向产生一个与惯性力相反的力，从而克服大惯性力的影响，获得良好颗粒阻尼的减振效果，拓宽了颗粒阻尼的应用范围，具有重要的工程应用价值。
[0015]本发明提供了一种耦合了电磁场的颗粒阻尼器，在绕有线圈的非铁磁质腔体一端密封处采用的是铁磁性材质的端盖，通过电磁场改变腔体中颗粒的受力和运动情况，给所有颗粒一个整体的单向力，改善大惯性力以及失重等不利环境下颗粒阻尼的减振效果。使用时将本发明的颗粒阻尼器安装在需要减振的结构上，在振动产生时能够起到减振的效果O
[0016]本发明中通过采用填充有铁磁质颗粒的非磁铁质腔体，腔体一端为铁磁质端盖，另一端为非铁磁质端盖，即可实现增加颗粒阻尼特性的目的，所以本发明结构简单，并且易于实现，在大惯性力以及失重环境下具有较好的阻尼效果。
[0017]进一步的，由于密绕线圈连接有能够调节电流大小的电源即可调电源，针对外部环境的影响大小，通过调节外部的可调电源，螺线管产生大小合适的电磁场，增加颗粒之间的相互作用，克服外部环境，如大惯性力，失重等的不利影响，实现最佳的阻尼效果。
[0018]进一步的，在一般环境下，通过调节外部能够调节电流大小的电源也可以增加颗粒阻尼的减振效果，提高其阻尼特性。
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中腔体中设置扰动器的示意图；
[0020]图2为一端加铁磁端盖的耦合电磁场的颗粒阻尼器结构示意图；
[0021]图3为一端加铁磁端盖的耦合电磁场的颗粒阻尼器装配示意图；
[0022]图4为失重环境下腔体内的颗粒空间分布示意图，其中，图4(a)为普通颗粒阻尼器；图4(b)为一端加铁磁质端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器；
[0023]图5为失重环境下普通颗粒阻尼器与一端加铁磁质端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器减振效果对比图；
[0024]图6为失重环境下普通颗粒阻尼器与一端加铁磁质端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器减振效果对比图。
[0025]图中，I为非铁磁质端盖；2为线圈；3为铁磁质端盖；4为铁磁质颗粒；5为非铁磁质腔体，6为振动结构；7为一端加铁磁端盖的耦合电磁场的颗粒阻尼器；8为电源，9为腔体，10为扰动器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0027]参见图2，本发明包括两端开口的非铁磁质腔体5，非铁磁质腔体5 —端设置有铁磁质端盖3，另一端设置有非铁磁质端盖1，铁磁质端盖3和非铁磁质端盖I可将非铁磁质腔体5密封，非铁磁质腔体5中装有铁磁质颗粒4，非铁磁质腔体5外侧绕制有密绕线圈2，密绕线圈2缠绕在非铁磁质腔体5上形成螺线管。其中，线圈2连接有能够调节电流大小的电源8，非铁磁质腔体5的材质为有机玻璃、铝、铜或聚四氟乙烯。
[0028]本发明的使用方法为:将非铁磁质腔体5通过螺纹连接到振动结构6上，通过能够调节电流大小的电源8给线圈2供电，在非铁磁质腔体5中产生磁场，此时铁磁质端盖3和铁磁质颗粒4都会被磁化，当磁场强度合适时，铁磁质颗粒4之间的磁力会增加颗粒的相互作用，铁磁质端盖3会给所有铁磁质颗粒4 一个朝向铁磁质端盖3的单向力，铁磁质端盖与所有磁化后的铁磁质颗粒相互吸引，从而达到增加耗能的目的，实现对振动结构的减振。
[0029]实现改善减振效果的目的。
[0030]本发明中所用的振动结构被简化为单自由度系统。下面通过具体实施例进行说明。
[0031]实施例1
[0032]一端加铁磁端盖耦合电磁场的颗粒阻尼器结构如图2所示，在非铁磁质腔体5中装入铁磁质颗粒4，通过