[发明专利]一种刚度阻尼可调的永磁式磁流变隔振支座

说明书

技术领域

本发明涉及一种刚度阻尼可调的永磁式磁流变隔振支座，属于结构振动控制领域。

背景技术

航天器中的精密仪器设备在发射和着陆过程中会受到剧烈冲击，可能导致设备损坏；在轨运行过程中会受到微幅低频扰动的作用，影响设备精度和可靠性。实验室光学面包板的振动会影响光电仪器成像效果，导致测量结果不稳定、甚至测量失败。曝光机镜头和工件台的振动限制光刻机的最小光刻线宽，造成其分辨率无法提高。随着科技的进步，对结构振动环境的要求越来越高。

隔振支座安装在隔振对象和基础之间，用于减小或消除基础传递到隔振对象上的振动，其性能主要由刚度和阻尼等参数表征。负载质量一定时，隔振支座的刚度决定了其共振频率；阻尼体现了隔振支座的振动能量耗散能力。以橡胶隔振器为代表的被动隔振支座结构简单、性能可靠、成本低，但由于刚度和阻尼参数不可调节，无法对外界激励或结构的变化做出响应，环境适应性差。设计刚度和阻尼参数可调的隔振支座可提高其环境适应能力。中国专利CN 2335175 Y提出了一种变阻尼、变刚度控制装置，但该装置只能在变刚度和变阻尼两种工作模式间切换，无法同时调节刚度阻尼参数。中国专利CN 102628486 A和CN 2628802 Y分别通过更换节流阀片和改变弹性材料装填量等零部件替换方式调节隔振支座的刚度阻尼，操作复杂。中国专利CN 102678808 A和CN 1670399 A采用空气弹簧设计了刚度阻尼可调的减振系统，但需要附加空气压缩机。空气压缩机功耗大，工作时将引入额外噪声。中国专利CN 103047363 A、CN103398138 A和CN 103406251 A 分别采用压电陶瓷、刚度线圈和阻尼线圈作为执行器设计了刚度阻尼可调的主动隔振系统。然而，压电陶瓷工作需要上百伏高压，刚度线圈和阻尼线圈需要功率放大器驱动，不适用于对隔振支座功耗、体积和重量有限制的场合。

磁流变弹性体和磁流变胶等磁流变材料为隔振技术提供了新途径。磁流变弹性体由铁磁性颗粒和高分子聚合物组成，其剪切模量可以通过外加磁场的强度实时控制，具有响应迅速、可逆性好、刚度变化连续等优点，常用于隔振器、吸振器等变刚度移频器件中；磁流变胶将铁磁性颗粒分散到非导磁的凝胶或酯类基体中，解决了磁流变液沉降问题，在外加磁场作用下具有响应迅速、损耗因子可以发生显著变化等特点，可用于设计阻尼器。如果将两种材料结合起来，可有效调节相关器件的刚度和阻尼，在结构振动控制领域有着广泛的应用前景。中国专利CN 101126430 A、CN 1664402 A、CN 102829121 A和CN 104015582 A分别利用磁流变弹性体和磁流变液阻尼器设计了变刚度变阻尼隔振缓冲系统，但上述系统均需要外加电源驱动励磁线圈以提供控制磁场，结构复杂，功耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、安装方便、无需外部电源供电的刚度和阻尼同时可调的隔振支座，以克服被动隔振支座环境适应性差、刚度阻尼参数调节困难、半主动和主动隔振支座结构复杂、功耗高、安装不便的不足。

为实现上述目的，本发明提出了一种刚度阻尼可调的永磁式磁流变隔振支座。

对不同磁场强度下磁流变弹性体和磁流变胶的剪切模量进行测试，测试结果如附图1所示。磁流变弹性体和磁流变胶的剪切模量均随着磁场强度增大而逐渐增大，但磁流变胶剪切模量远小于磁流变弹性体，故磁流变弹性体适合用于调节隔振器刚度。

对不同磁场强度下磁流变弹性体和磁流变胶的损耗因子进行测试，测试结果如附图2所示。磁流变弹性体损耗因子随磁场强度变化不大，磁流变胶损耗因子随磁场强度增大而逐渐下降，但其幅值始终大于磁流变弹性体，故磁流变胶适合用于调节隔振器阻尼。

基于上述材料特性，本发明的技术方案如下：

刚度阻尼可调的永磁式磁流变隔振支座由磁流变隔振器和升降台串联构成。

所述磁流变隔振器由上盖板、内套筒、磁流变弹性体、上永磁体、下永磁体、胶囊和磁流变胶构成。上永磁体和下永磁体为规格相同的柱体，上永磁体装在上盖板底面，下永磁体装在升降台移动板上。磁流变弹性体为筒状结构，粘接在内套筒、上永磁体和下永磁体围成的腔体中。胶囊位于磁流变弹性体、上永磁体和下永磁体围成的腔体中，内装磁流变胶。磁流变弹性体、胶囊和磁流变胶均具有可压缩性。