專利名稱：磁浮式智能隔減振裝置的制作方法
磁浮式智能隔減振裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于混合振動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境的隔減振裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技工業(yè)及其產(chǎn)品迅速增長，對(duì)工作環(huán)境的要求不斷提高，例如納米技術(shù)處理材料與微粒的尺度在IOOnm以下，其工作環(huán)境必需極端穩(wěn)定；高科技領(lǐng)域的許多其它振動(dòng)敏感的精密儀器的生產(chǎn)與產(chǎn)品，如激光設(shè)備、光電顯微鏡、半導(dǎo)體器件、集成電路、微芯片與處理器等，都對(duì)工作環(huán)境有極端嚴(yán)格的要求；另一方面，現(xiàn)實(shí)的環(huán)境卻因交通工具、工作人員、電梯、真空泵、壓縮機(jī)、風(fēng)扇等工作設(shè)備運(yùn)行而不可避免地產(chǎn)生振動(dòng)干擾，這些振動(dòng)通常振幅相當(dāng)微小，在微米量級(jí)，加速度在毫米每平方秒量級(jí)，頻率范圍為(Γ500ΗΖ，屬于微振動(dòng)。隨機(jī)的微振動(dòng)足以對(duì)高技術(shù)生產(chǎn)及其振動(dòng)敏感產(chǎn)品的工作造成一定甚至嚴(yán)重的影響。因此，如何解決精密儀器平臺(tái)的隔減振或者各種微振動(dòng)環(huán)境的隔減振問題已成為當(dāng)前的一項(xiàng)迫切任務(wù)。這就要求所設(shè)計(jì)的隔減振裝置不僅對(duì)中高頻干擾具有良好的隔減振效果，而且對(duì)低頻和超低頻干擾，也具有有效的隔減振效果。
根據(jù)國內(nèi)外的關(guān)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究資料可知，被動(dòng)控制技術(shù)理論研究較早也較充分，工程應(yīng)用也較為廣泛，但不能根據(jù)實(shí)際外部激勵(lì)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，而且其對(duì)低頻和超低頻干擾控制效果不佳，有時(shí)甚至?xí)糯蟊豢亟Y(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)；主動(dòng)控制技術(shù)出力大、 能耗小、反應(yīng)迅速，其基本原理是根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制力輸出，通過傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行采集，再通過處理器運(yùn)算得到相應(yīng)的輸出控制力命令。不僅對(duì)中高頻干擾具有良好的隔減振效果，而且對(duì)低頻和超低頻干擾，也具有有效的隔減振效果。所以主動(dòng)控制技術(shù)有較大的研究與應(yīng)用開發(fā)價(jià)值，是當(dāng)今工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域的國際前沿性研究課題之一；混合控制技術(shù)同時(shí)采用了兩種以上控制技術(shù)來抑制振動(dòng)反應(yīng)，綜合考慮可行性和控制效果，其性能優(yōu)于單種控制技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是開發(fā)一種控制力實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)，水平向和豎向都具有優(yōu)良隔減振效果的磁浮式智能隔減振裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝置包括從下至上依次設(shè)置的基座、勵(lì)磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設(shè)置有磁芯，勵(lì)磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵(lì)磁線圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒內(nèi)壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設(shè)置有永磁體，浮式活塞的下部穿過防水透氣薄膜置入硅油中。
本發(fā)明中，永磁體的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)。
本發(fā)明中，浮式活塞的頂端設(shè)置有上連接法蘭，基座的周邊設(shè)置有下連接法蘭。
本發(fā)明中，浮式活 塞是該裝置的傳力部件，控制力通過浮式活塞直接作用于被控結(jié)構(gòu)，浮式活塞底端設(shè)置有永磁體，永磁體底端設(shè)置粘彈性材料圓環(huán)。
上套筒與下套筒之間采用通過螺紋和密封材料連接，上套筒中放置硅油，浮式活 塞置于硅油中，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)上套筒內(nèi)壁和浮式活塞的防水透氣薄膜，該薄膜不僅 可以防止硅油泄露，而且不阻礙浮式活塞在各方向的振動(dòng)。
基座磁芯上纏繞勵(lì)磁線圈，其與下套筒通過螺紋連接，通電時(shí)下套筒和基座形成 閉合磁路，其上端磁極與浮式活塞下端磁極相同，浮式活塞在磁極排斥力作用下懸浮于硅 油中，粘彈性材料圓環(huán)將發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。在振動(dòng) 激勵(lì)作用下，浮式活塞會(huì)在硅油中豎向顫振和橫向晃動(dòng)，其水平向約束僅由硅油提供，因此 該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)，同時(shí)硅油的約束作用會(huì)將部 分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，起到耗能減振作用。
本發(fā)明裝置可以與智能控制器連接，智能控制器由傳感器、接口電路、智能控制系 統(tǒng)和可控電源組成。智能控制器通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁 場強(qiáng)度，從而改變浮式活塞與下缸筒之間的排斥力，實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。
有益效果本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝置，具有控制力實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)，水平向和 豎向都具有優(yōu)良隔減振效果的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面
(I)該裝置的豎向控制力由浮式活塞和下套筒之間的排斥力產(chǎn)生，通過智能控制 器調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁場強(qiáng)度，從而改變浮式活塞與下套 筒之間的排斥力，最終實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。
(2)本裝置的浮式活塞懸浮于硅油中，其水平向的約束僅由硅油提供，因此該裝置 的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)。
(3)本裝置的磁芯基座與擾動(dòng)源直接相連，受擾動(dòng)時(shí)，浮式活塞會(huì)在硅油中豎向顫 振和橫向晃動(dòng)，硅油會(huì)約束這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這一過程中硅油將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗 散掉，從而起到耗能減振作用。
(4)本裝置的浮式活塞下端設(shè)置粘彈性材料圓環(huán)，當(dāng)勵(lì)磁線圈不通電流時(shí)，由于上 部結(jié)構(gòu)的自重，浮式活塞將壓向下套筒，粘彈性材料圓環(huán)會(huì)阻隔在兩者之間，起到隔減振的 作用；當(dāng)勵(lì)磁線圈通電使浮式活塞懸浮于硅油中時(shí)，該粘彈性材料圓環(huán)發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維 持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。


圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中有1.基座；11.磁芯；12.下連接法蘭；2.勵(lì)磁線圈；3.下套筒；4.上套 筒；41.防水透氣薄膜；5.浮式活塞；51.永磁體；52.粘彈性材料圓環(huán)；53.上連接法蘭；6.娃油。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝置由基座1、勵(lì)磁線圈2、下套筒3、上套筒4和浮式 活塞5組成。基座I上設(shè)置有磁芯11，勵(lì)磁線圈2套在磁芯11外部，下套筒3與基座I連 接，將磁芯11和勵(lì)磁線圈2套在其中，上套筒4中放置有硅油6，硅油6上方設(shè)置有粘結(jié)在 上套筒4內(nèi)壁上的防水透氣薄膜41，浮式活塞5的底端設(shè)置有永磁體51，浮式活塞5的下部穿過防水透氣薄膜41置入硅油6中。永磁體51的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)52 ;浮式 活塞5的頂端設(shè)置有上連接法蘭53，基座I的周邊設(shè)置有下連接法蘭12。
具體使用時(shí)，以精密平臺(tái)隔減振為例，假設(shè)精密平臺(tái)結(jié)構(gòu)平面形狀為矩形，可將四 個(gè)本發(fā)明的隔減振裝置通過下連接法蘭12連接于精密平臺(tái)基礎(chǔ)底板，再通過上連接法蘭 53將這四個(gè)裝置分別與精密平臺(tái)四個(gè)角部連接。在基座I上安裝智能控制器，通過傳感器 實(shí)測平臺(tái)基礎(chǔ)傳來的振動(dòng)激勵(lì)。當(dāng)實(shí)測激勵(lì)很小(3-5s時(shí)長內(nèi)，加速度激勵(lì)幅值小于某一 設(shè)定的值)時(shí)，智能控制器關(guān)閉，此時(shí)勵(lì)磁線圈2不通電流，由于上部結(jié)構(gòu)的自重，浮式活塞 5將壓向下套筒3，粘彈性材料圓環(huán)52會(huì)阻隔在兩者之間，起到隔減振的作用；當(dāng)實(shí)測激勵(lì) 較大(3-5s時(shí)長內(nèi)，加速度激勵(lì)幅值大于某一設(shè)定的值)時(shí)，智能控制器開啟，此時(shí)勵(lì)磁線圈 2通電，在磁極排斥力作用下，浮式活塞5與下套筒3分離并懸浮于硅油6中，粘彈性材料圓 環(huán)52將發(fā)揮“魚鰭效應(yīng)”，維持浮式活塞5的平衡，防止其左右傾斜。
當(dāng)實(shí)測激勵(lì)較大時(shí)，如果振動(dòng)激勵(lì)向下，為防止精密平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)增大勵(lì)磁線 圈2的電流，則磁路的磁場強(qiáng)度增大，浮式活塞5和下套筒3之間的排斥力隨之增大，浮式 活塞5將頂升精密平臺(tái)，使精密平臺(tái)保持平穩(wěn)；如果振動(dòng)激勵(lì)向上，為防止精密平臺(tái)向上運(yùn) 動(dòng)，應(yīng)減小勵(lì)磁線圈2的電流，則磁路的磁場強(qiáng)度減小，浮式活塞I和下套筒3之間的排斥 力隨之減小，緩解向上的頂升力，使精密平臺(tái)保持平穩(wěn)。本發(fā)明的隔減振裝置控制電流的選 擇擬采用分段控制策略或者模糊控制策略。智能控制器通過其傳感器實(shí)測被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng) 狀態(tài)，再通過接口電路傳輸?shù)剿闹悄芸刂葡到y(tǒng)中，調(diào)用所設(shè)計(jì)的控制策略運(yùn)算得出相應(yīng) 控制電流，實(shí)現(xiàn)控制力的實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。
本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝置，其浮式活塞懸浮于硅油6中，其水平向的約束 僅由硅油6提供，因此該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動(dòng)。由于其 基座I與擾動(dòng)源直接相連，受擾動(dòng)時(shí)，浮式活塞5會(huì)在硅油6中豎向顫振和橫向晃動(dòng)，硅油 6會(huì)阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這一過程中硅油6將部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，起到耗能減 振作用。
本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝置是一種用于精密隔減振的混合振動(dòng)控制裝置，該 裝置可以應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境。由于不同精密儀器、特 種機(jī)械所處的工作環(huán)境不同，因此所需的最大出力也不同。本發(fā)明的磁浮式智能隔減振裝 置尺寸須符合特定的使用條件；硅油一般選用500號(hào) 10000號(hào)硅油；粘彈性材料的損耗 因子一般為O. 3 1. O ;防水透氣薄膜采用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制作；上套筒采用不繡 鋼制作；基座和下套筒選用DT4電工純鐵制作；其他部件采用45#鋼制作。
權(quán)利要求
1.一種磁浮式智能隔減振裝置，其特征在于，該裝置包括從下至上依次設(shè)置的基座(1)、勵(lì)磁線圈(2)、下套筒(3)、上套筒(4)和浮式活塞(5)，所述基座(1)上設(shè)置有磁芯(11)，勵(lì)磁線圈(2)套在所述磁芯(11)外部，所述下套筒(3)與基座(1)連接，將磁芯(11) 和勵(lì)磁線圈(2 )套在其中，所述上套筒(4 )中放置有硅油(6 )，所述硅油(6 )上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒(4)內(nèi)壁上的防水透氣薄膜(41)，所述浮式活塞(5)的底端設(shè)置有永磁體(51)，浮式活塞(5)的下部穿過防水透氣薄膜(41)置入硅油(6)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮式智能隔減振裝置，其特征在于，所述永磁體(51)的底部設(shè)置有粘彈性材料圓環(huán)(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮式智能隔減振裝置，其特征在于，所述浮式活塞(5)的頂端設(shè)置有上連接法蘭(53 )，所述基座(1)的周邊設(shè)置有下連接法蘭(12)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁浮式智能隔減振裝置，包括從下至上依次設(shè)置的基座、勵(lì)磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設(shè)置有磁芯，勵(lì)磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵(lì)磁線圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方設(shè)置有粘結(jié)在上套筒內(nèi)壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設(shè)置有永磁體，浮式活塞的下部穿過防水透氣薄膜置入硅油中。本發(fā)明是一種用于精密隔減振的混合振動(dòng)控制裝置，可以應(yīng)用于精密儀器平臺(tái)隔減振或者各種微振動(dòng)隔減振環(huán)境。
文檔編號(hào)F16F6/00GK103062279SQ20121057655
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者徐趙東, 陳曦, 郭迎慶, 郭維陽 申請(qǐng)人:東南大學(xué)