一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器的制作方法

本实用新型涉及一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器，适用于航天器中长直物体的减振。

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、对比文献6(公开号CN103122965A)所述、对比文献7(公开号CN 104847826A)和对比文献8(公开号CN 104613120B)所述，少数采用了磁性液体的一阶浮力原理，如对比文献9(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、永磁体、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体作为质量块，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。该专利所述的减振器利用了磁性液体的二阶浮力原理，通过在壳体内充满磁性液体使得永磁体能够稳定悬浮在壳体中，然而由于磁性液体的磁粘效应，当磁性液体充满壳体后，永磁体在壳体内部运动将非常缓慢，减振效果不好。其次，由于质量块为永磁体，壳体为普通圆柱桶状，因此质量块重量和回复力大小均不可调，因此在工程应用中不具有实用性。

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、永磁体、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体作为质量块，在永磁体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体悬浮，通过将壳体内壁加工成圆弧状使得磁性液体产生弹性力，从而使得永磁体始终处于壳体的正中。同时，该结构也不需要将磁性液体充满整个壳体，从而避免了对比文献1的磁性液体充满后在永磁体两端的流动困难问题。然而当质量块运动时，整个质量块将发生偏斜，导致质量块底面与壳体弧形内壁发生刮蹭现象，导致减振效果不明显，同时该专利所用气孔需要安接外套，结构复杂，导致整个减振器质量增加，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 在永磁体上加工有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，由于磁性液体充满整个腔室，且永磁体两端磁场非常强，无论是通孔内的磁性液体还是永磁体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，因此在永磁体上加工通孔的效果并不明显，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圆形的空心球状，永磁体加工成实心球状。然而，单纯的形状改变并不能解决磁性液体在永磁体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，将永磁体作为一个旋转质量块。该专利也无法解决磁性液体在永磁体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，然而当圆柱形永磁体在壳体底部运动时，由于锥角垫片的作用将发生倾斜从而导致永磁体与垫片发生刮蹭，粘性耗能降低，因此在实际应用中存在一定问题。

对比文献7(公开号CN104847826A的申请专利)所述的减振器装置，该减振器的质量块由两个圆柱形永磁体和一个圆柱形连接棒构成，在两个圆柱形永磁体上包裹磁性液体，并通过利用一个中间直径小而向两端直径逐渐增大的锥形壳体压迫磁性液体从而形成回复力。然而，该减振器的永磁体由于是圆柱形，其悬浮高度过低，在振幅稍微偏大时，永磁体就将于壳体发生碰撞，严重时将造成阻尼减振器失效。

对比文献8(公开号CN 104613120B的申请专利)和对比文献7 (公开号CN104847826A的申请专利)结构类似，仅仅是在壳体中间部位加工成一个圆柱形，从一定程度上避免了质量块由于倾斜造成的与壳体刮蹭的问题。但任然解决不了圆柱形永磁体端面悬浮力小，悬浮高度过低，从而适用振幅过小的问题。

对比文献9(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体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，单独一组永磁体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。

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：

本实用新型所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等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器，该阻尼减振器包括：左矩形永磁体、壳体、连接棒、通气槽、右矩形永磁体和磁性液体。

所述壳体外部为矩形结构，内部为哑铃形结构。在壳体前壁面和后壁面的内表面均加工有一个梯形凸台。在壳体的底部加工有一个矩形凹槽，其长度与壳体底部的内侧长度相同，形成一个通气槽。所述左矩形永磁体、连接棒和右矩形永磁体从左到右依次固定连接形成工作单元，并保证同轴。在左矩形永磁体和右矩形永磁体上注射一定量的磁性液体。

所述壳体为非导磁性材料，其前壁面和后壁面的梯形凸台的锐角为5°≤θ<20°。该梯形凸台可以使工作单元在振动过程中始终受到一个指向对称中心的定心力。另外，该梯形凸台加工在壳体的前壁面和后壁面可以有效的避免对比文献(7)和(8)中重力造成的工作单元悬浮位置过低，从而对底部造成的刮蹭问题。

所述左矩形永磁体和右矩形永磁体大小尺寸完全相同，为矩形结构，磁极为同极相对的排列方式；所述连接棒也为矩形结构，其宽度小于壳体前壁面和后壁面之间的最小间隙。左矩形永磁体和右矩形永磁体选用矩形使得克服重力的二阶悬浮力有了极大的提高，从而使得该阻尼减振器可应用的振幅范围更广。

所述通气槽的深度h大于3mm；由左矩形永磁体、连接棒和右矩形永磁体所形成的工作单元与壳体之间的间隙l大于振动的振幅 2mm。所述连接棒材料可选用导磁、非导磁等材料。连接棒可以选用不易变形的任何材质的材料，在太空中应用时，优选密度较大的导磁性材料或非导磁性材料，如铁、铜或铅等；在地面应用时，优选密度较小的非导磁性材料，如铝，也可选用永久磁铁。

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果如下：(1)壳体左、右壁面的梯形凸台可以给由左矩形永磁体、连接棒和右矩形永磁体所形成的工作单元提供一个定心作用，使工作单元在振动过程中始终受到一个指向对称中心的定心力，且加工在前、后两个壁面可以防止工作单元运动过程中的倾斜以及与壳体的刮蹭问题；(2)通气槽可以确保腔室两侧气体不会被压缩，产生压强波动，从而不会影响左、右矩形永磁体的运动速度；(3)左、右矩形永磁体为矩形可以防止重力造成的工作单元悬浮位置过低，从而对底部造成的刮蹭问题；(4)连接棒使得工作单元的质量可以根据环境要求进行选择，扩大了减振器的使用范围。

附图说明

图1一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器正视图；

图2一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器俯视图；

图3一种用矩形永磁体的内锥角磁性液体阻尼减振器三维图。

图1中：左矩形永磁体1、壳体2、连接棒3、通气槽4、右矩形永磁体5和磁性液体6。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

一种内锥角磁性液体阻尼减振器，如图1，该减振装置包括：左矩形永磁体1、壳体2、连接棒3、通气槽4、右矩形永磁体5和磁性液体6；所述壳体2外部为矩形结构，内部为哑铃形结构；在壳体2 前壁面和后壁面的内表面均加工有一个梯形凸台；在壳体2的底部加工有一个矩形凹槽，其长度与壳体2底部的内侧长度相同，形成一个通气槽4；所述左矩形永磁体1、连接棒3和右矩形永磁体5从左到右依次固定连接形成工作单元，并保证同轴；在左矩形永磁体1和右矩形永磁体5上注射一定量的磁性液体6。

所述壳体2为非导磁性材料，其前壁面和后壁面的梯形凸台的锐角为5°≤θ<20°。

所述左矩形永磁体1和右矩形永磁体5大小尺寸完全相同，为矩形结构，磁极为同极相对的排列方式；所述连接棒3也为矩形结构，其宽度小于壳体2前壁面和后壁面之间的最小间隙。

所述通气槽4的深度h大于3mm；由左矩形永磁体1、连接棒3 和右矩形永磁体5所形成的工作单元与壳体2之间的间隙l大于振动的振幅2mm。