三自由度等刚度磁弹簧的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种三自由度等刚度磁弹簧，它包括下底盖、平面球轴承、环形永磁体、柱形永磁体、和上顶盖，所述的平面轴承和环形永磁体固定在下底盖的凹槽中，柱形永磁体固定在上顶盖的凹槽中，环形永磁体与柱形永磁体沿中心对称布置。所述磁弹簧克服了传统弹簧的缺陷，工作时、不生热、不耗能、无噪音、不怕共振、稳定，寿命长。由于永磁体间存在永磁斥力该装置在水平面内任意方向等刚度，克服了已有磁弹簧只能实现一自由度运动的缺陷。
【专利说明】三自由度等刚度磁弹簧
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个永磁体的磁弹簧装置，特别涉及一种利用多组永磁体斥力实现在同一平面内任意方向等刚度阻尼特性的磁弹簧，并具有自动回复中心的特性，可用于各类机械装备中。
【背景技术】
[0002]在机械、机械设备、机械工程中，弹簧的功能是控制机构的运动、减震和缓冲、储存及输出能量。但传统弹簧现实现此功能是存在缺陷:形变使弹簧内部材料摩擦发热，消耗能量，同时损害弹簧寿命；存在发生共振破坏的隐患；传统压缩弹簧、拉伸弹簧，只能实现一个方向等刚度阻尼，已有磁弹簧虽然克服了传统弹簧的某些不足，但也只能实现一自由度运动，但某些机械设备中与弹簧联接的零件，却要实现同一平面内等刚度阻尼运动或转动，所以传统的弹簧和已有磁弹簧应用受到限制。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明提供一种三自由度等刚度磁弹簧，其目的是解决以往的装置体积大、重量大、移动过程中惯性大和不便控制的问题。
[0004]技术方案:本发明是通过以下技术方案实现的:
一种三自由度等刚度磁弹簧，其特征在于:该弹簧包括下底盖I和设置在下底盖上方的上顶盖，在下底盖与上顶盖之间设置有端面球轴承、环形永磁体和柱形永磁体；平面球轴承和环形永磁体固定在下底盖的凹槽中，柱形永磁体固定在上顶盖的凹槽中，环形永磁体和柱形永磁体的位置对应，环形永磁体和柱形永磁体之间同极相对，环形永磁体和柱形永磁体设置多个，每个相对的环形永磁体和柱形永磁体为一组永磁体，多组永磁体沿下底盖和上顶盖的中心均匀对称布置。
[0005]平面球轴承也设置多个，多个平面球轴承也沿下底盖I和上顶盖的中心均匀对称布置。
[0006]永磁体和平面球轴承各设置三组，永磁体和平面球轴承穿插设置。
[0007]优点及效果:本发明提供一种三自由度等刚度磁弹簧，它包括下底盖、平面球轴承、环形永磁体、柱形永磁体、和上顶盖，所述的平面轴承和环形永磁体固定在下底盖的凹槽中，柱形永磁体固定在上顶盖的凹槽中，环形永磁体与柱形永磁体沿中心对称布置。所述磁弹簧克服了传统弹簧的缺陷，工作时、不生热、不耗能、无噪音、不怕共振、稳定，寿命长。由于永磁体间存在永磁斥力该装置在水平面内任意方向等刚度，克服了已有磁弹簧只能实现一自由度运动的缺陷。
[0008]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明专利的爆炸图，也是所有零件的3维图。
[0009]图2是本发明专利的主视图。
[0010]图3是磁感线走向示意图 图1中的I为下底盖、2为端面球轴承、3环形永磁体、4为柱形永磁体、5为上顶盖。
[0011]【具体实施方式】:下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1所示，本发明提供一种三自由度等刚度磁弹簧，该弹簧包括下底盖I和设置在下底盖I上方的上顶盖5，在下底盖I与上顶盖5之间设置有平面球轴承2、环形永磁体3和柱形永磁体4 ;平面球轴承2和环形永磁体3固定在下底盖I的凹槽中，柱形永磁体4固定在上顶盖5的凹槽中，环形永磁体3和柱形永磁体4的位置对应，环形永磁体3和柱形永磁体4之间同极相对，环形永磁体3和柱形永磁体4设置多个，每个相对的环形永磁体3和柱形永磁体4为一组永磁体，多组永磁体沿下底盖I和上顶盖5的中心均匀对称布置。所谓的均匀对称布置就如图1中所示，将永磁体与它们的中心连线，每根连线的距离相等，且每根连线之间的夹角相等。柱形永磁体4在环形永磁体3内径范围内。
[0012]平面球轴承2也设置多个,多个平面球轴承2也沿下底盖I和上顶盖5的中心均匀对称布置。
[0013]永磁体和平面球轴承2各设置三组时效果比较好，永磁体和平面球轴承2穿插设置。
[0014]具体的说，下底盖上I沿中心三等分，等半径固定三组环形永磁体3，上顶盖5对应位置固定三组柱形永磁体4，当上顶盖5与下底盖I上对应的永磁体同级相对时，如图3所示，柱形永磁体4在环形永磁体3内径范围内时，则它们之间会有部分磁感线走向一致，此种情况下在竖直方向上表现为吸引力，三个平面轴承2沿中心对称布置在下底盖I上，则环形永磁体3和柱形永磁体4间就因为平面轴承2的存在而形成间隙，则在竖直方向上上顶盖5和下底盖I间存在一定的刚度。此种布置环形永磁体3与柱形永磁体4在水平方向上沿中心点各方向等斥力，而且当上顶盖5与下底盖I沿水平方向平动或转动时，环形永磁体3和柱形永磁体4在水平面内的斥力成几何级数增大，由于柱形永磁体4的半径要小于环形永磁永磁体3的内径，则最大形变量为环形永磁体3内圆半径和柱形永磁体4半径的差。(这里要不要着重强调一下柱形永磁体的半径小于环形永磁体？)
附图所示的实例涉及一种3自由度等刚度磁弹簧装置，其中下底盖I沿中心对称加工多个凹槽，以六个为例，分别用来固定平面球轴承2和环形永磁体3，上顶盖5上三个凹槽用来固定三个柱形永磁体4。沿中心同极相对的柱形永磁体4和环形永磁体3在竖直方向上互相吸引，则上顶盖5和下底盖I互相吸合，中间的平面球轴承2使它们之间产生间隙，这个间隙使得环形永磁体3与柱形永磁体4间在水平面内任意方向上都是斥力，由于是对称布置。上顶盖5与下底盖I在同一平面内可以沿任意方向相对平动或转动。
[0015]沿中心对称布置三组环形永磁体3与三组柱形永磁体4，使得在水平面内上顶盖5与下底盖I可以沿任意方向相对运动，三组永磁体间位移是一样的，三组永磁体产生的斥力相等，上顶盖5和下底盖I间受到的斥力是三组永磁体受到斥力的合力，当环形永磁体3与柱形永磁体间4在水平面内任意方向平动位移量相等，则这个斥力的合力相等，同样当转动时受到的斥力合力也相等。随着位移量增大这个斥力的合力成几何级数增大。这里面的三组只是一种形式，也可以根据需要采用其他数量的组数。
[0016]综上所述，为了解决传统机械机构结构体积大，重量大，移动过程中惯性大，不便控制的问题，本专利发明提出了一种利用多个永磁体斥力与吸引力实现在同一平面内任意方向等刚度阻尼特性的磁弹簧，并具有自动回复中心的特性。该装置创造性的利用环形永磁体与圆柱形永磁体在特定位置的力学特性并将多组类似结构组合实现了在同一平面内任意方向等刚度阻尼，并能自动回复中心，解决了某些设备所遇到的机械结构难题和控制方面带来的问题，在技术研究和实际应用中，具有很大的发展前景。
【权利要求】
1.一种三自由度等刚度磁弹簧，其特征在于:该弹簧包括下底盖I和设置在下底盖(1)上方的上顶盖(5)，在下底盖(I)与上顶盖(5)之间设置有端面球轴承(2)、环形永磁体(3)和柱形永磁体⑷；平面球轴承(2)和环形永磁体(3)固定在下底盖⑴的凹槽中，柱形永磁体(4)固定在上顶盖(5)的凹槽中，环形永磁体(3)和柱形永磁体(4)的位置对应，环形永磁体(3)和柱形永磁体(4)之间同极相对，环形永磁体(3)和柱形永磁体(4)设置多个，每个相对的环形永磁体(3)和柱形永磁体(4)为一组永磁体，多组永磁体沿下底盖(I)和上顶盖(5)的中心均匀对称布置。
2.根据权利要求1所述的三自由度等刚度磁弹簧，其特征在于:平面球轴承(2)也设置多个，多个平面球轴承(2)也沿下底盖I和上顶盖(5)的中心均匀对称布置。
3.根据权利要求2所述的三自由度等刚度磁弹簧，其特征在于:永磁体和平面球轴承(2)各设置三组，永磁体和平面球轴承(2)穿插设置。
【文档编号】F16F6/00GK103791014SQ201410067120
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】孙凤, 张明, 金俊杰, 李清, 孙兴伟, 王可 申请人:沈阳工业大学