МАГНИТНЫЙ ДЕМПФЕР Российский патент 2024 года по МПК F16F6/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к средствам виброзащиты объектов в различных областях техники, в частности к виброизолирующим магнитным опорам, и может найти применение в приборостроении, машиностроении, для виброзащиты.

Из уровня техники известна управляемая опора [RU 2404380, F16F 9/53, F16F 15/03], содержащая основание и опорную часть, между которыми расположен соленоид с сердечником внутри, охватывающий соленоид упругий элемент из магнитореологического материала, контактирующий с противоположных сторон с обращенными навстречу друг другу поверхностями основания и опорной части, а также дополнительный упругий элемент из магнитореологического материала, установленный с сопряжением с опорной частью и с контактом с обращенной к опорной части поверхностью сердечника.

Технический результат, обеспечиваемый настоящим изобретением, заключается в решении управляемой опорой, построенной с использованием упругого элемента из магнитореологического материала и обладающей достаточной нагрузочной способностью и высоким быстродействием, задачи активного позиционирования с точностью 0,1-50 нм в автоматическом режиме в противофазе внешним возмущающим колебаниям с минимальным временем переходных процессов с обеспечением возможности перемещения объекта в заданном направлении, активного демпфирования, регулировки и стабилизации ускорения объекта.

Недостатком устройства является то, что это сложная тяжелая система, которую возможно применять в стационарных условиях, но не на мобильных системах вследствие значительной тяжести конструкции, которая управляется электромагнитами. Кроме того, устройство имеет низкий диапазон демпфирования по амплитуде исходной вибрации вследствие малых зазоров между электромагнитом и магнитной мембраной.

Из уровня техники известно опорное устройство гашения колебаний CN 101251164 А, МПК F16F 9/30, опубл. 27.08.2008), содержащее корпус, внутри которого установлен соленоид с расположенным внутри полости соленоида упругим элементом из магнитореологического полимерного материала. В верхней части корпуса установлен шток, взаимодействующий с упругим элементом (. За счет подачи на соленоид напряжения различной силы тока изменяется жесткость упругого элемента, что позволяет при подключении известного устройства к системе управления обеспечить управляемое гашение колебаний.

К недостаткам устройства можно отнести недостаточную нагрузочную способностью из-за малой площади попеченного сечения упругого элемента, что обуславливает недостаточные по величине усилия воздействия для стабилизации положения объекта.

Наиболее близким к заявленному изобретению является магнитный демпфер [RU2244178, МПК F16F 6/00, опубл. 10.01.2005], содержащий основание, подвесы, закрепленные на основании, содержащие виброгасители, в состав которых входят упругие элементы растяжения, соединенные с подвижной платформой, а также магниты, расположенные по замкнутой линии, и проводящий гаситель колебаний, установленный с возможностью взаимодействия с магнитными потоками, образованными магнитами. Продольные оси упругих элементов растяжения расположены под углом к оси линейных колебаний подвижной платформы. Проводящий гаситель колебаний закреплен на подвижной платформе. Магниты закреплены на основании парами с зазорами между магнитами таким образом, что разноименные полюса расположены на внешних поверхностях пар.

Недостатками устройства является сложная конструкция, имеющая большой вес, а также недостаточная эффективность поглощения вибраций.

РАСРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническими результатами, на достижение которых направлен предложенный магнитный демпфер, являются упрощение конструкции, повышение эффективности в поглощении вибраций, а также возможность регулировки упругих свойств и величины рабочего хода демпфера при заданной упругости магнитореологического материала.

Магнитный демпфер содержит основание, подвижную платформу, а также магниты, закрепленные на основании и подвижной платформе, причем магниты образуют, по меньшей мере, одну пару с зазором между ними, при этом магниты закреплены таким образом, что одноименные полюса магнитов в паре обращены друг к другу, в зазоре установлена прокладка, выполненная из магнитореологического материала, и расположенная на одной оси Y с магнитами, при этом прокладка имеет сквозное отверстие размером 5-95% от площади прокладки, центр которого расположен на оси Y.

Существует вариант, в котором магнитный демпфер имеет две и более пар магнитов.

Существует вариант, в котором магнитореологический материал представляет собой композиционный материал на основе каучука, содержащий магнитный наполнитель, пластификатор и сшивающий агент.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 приведен в общем виде магнитный демпфер, в котором магниты образуют одну пару.

На фиг. 2 приведен в общем виде магнитный демпфер, в котором магниты образуют две пары.

На фиг. 3-14 приведены графики, иллюстрирующие различные характеристики магнитного демпфера с различными вариантами выполнения прокладки между магнитами.

Магнитный демпфер в частных вариантах осуществления изобретения содержит основание 1, подвижную платформу 2, а также магниты 3, закрепленные на основании 1 и подвижной платформе 2. Магниты 3 закреплены с образованием одной (фиг. 1) или двух (фиг. 2) пар магнитов с зазорами между ними. Магниты 3 закреплены таким образом, что их одноименные полюса в паре обращены друг к другу. В зазорах установлены одна (фиг. 1) или две (фиг. 2) прокладки 4, расположенные на одной оси Y (фиг. 1, фиг. 2) с магнитами 3. Прокладка имеет сквозное отверстие 5, при этом центр отверстия расположен на оси Y.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что два магнита установленные напротив друг друга одноименными полюсами отталкиваются и могут выполнять роль пружины с нелинейной характеристикой. Сила отталкивания между двумя магнитами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Однако такая конструкция не выполняет демпфирующие свойства в полной мере, поскольку в системе отсутствуют потери энергии, например, на трение. Такая система после раскачивания может колебаться очень долго. В предложенном устройстве в каждой паре между магнитами помещается прокладка, выполненная из магнитореологического материал, внутри которого выполнено отверстие. В такой конструкции магниты взаимодействуют между собой и отталкиваясь несут полезную нагрузку, а магнитореологический материал, помещенный между ними в магнитном поле, обладает высокой вязкостью и выполняет роль вязкостного элемента как жидкостной амортизатор в классической конструкции.

Изобретение иллюстрируется, но не ограничено, следующими примерами осуществления.

Пример 1. Магнитный демпфер содержит основание 1, подвижную платформу 2, а также магниты 3, закрепленные на основании 1 и подвижной платформе 2. Магниты 3 закреплены с образованием одной пары с зазором между ними таким образом, что их одноименные полюса в паре обращены друг к другу. В зазорах установлены одна прокладка 4, расположенная на одной оси Y с магнитами 3. Прокладка 5 выполнена из магнитореологического материала на основе каучука, содержащего магнитный наполнитель, пластификатор и сшивающий агент при следующем содержании компонентов, мас. ч.:

- натуральный и/или синтетический каучук - 30-75;

- порошковое железо, его магнитный оксид или феррит - 10-40;

- пластификатор - углеводородное, силиконовое масло или алкилфталат - 5-50;

- сшивающий агент - органическая перекись, и/или серосодержащее соединение, тетраэтоксилан или триизоцианат - 0,5-4,0.

Прокладка имеет сквозное отверстие 5 размером 5 % от ее площади, при этом центр отверстия 5 расположен на оси Y (прокладка 11, табл. 1, фиг. 13).

Пример 2. Магнитный демпфер содержит основание 1, подвижную платформу 2, а также магниты 3, закрепленные на основании 1 и подвижной платформе 2. Магниты 3 закреплены с образованием одной пары с зазором между ними таким образом, что их одноименные полюса в паре обращены друг к другу. В зазорах установлены одна прокладка 4, расположенная на одной оси Y с магнитами 3. Прокладка 5 выполнена из магнитореологического материала по примеру 1.

Прокладка имеет сквозное отверстие 5 размером 95 % от ее площади, при этом центр отверстия 5 расположен на оси Y (прокладка 10 - табл. 1, фиг. 12).

Пример 3

Магнитный демпфер содержит основание 1, подвижную платформу 2, а также магниты 3, закрепленные на основании 1 и подвижной платформе 2. Магниты 3 закреплены с образованием одной пары с зазором между ними таким образом, что их одноименные полюса в паре обращены друг к другу. В зазорах установлены одна прокладка 4, расположенная на одной оси Y с магнитами 3. Прокладка 5 выполнена из магнитореологического материала, полученному по способу, раскрытому в [RU2781689, H01F 1/113, опубл. 17.10.2022].

Прокладка имеет сквозное отверстие 5 размером 50 % от ее площади, при этом центр отверстия 5 расположен на оси Y. (прокладка - 9 табл. 1, фиг. 11).

Магнитный демпфер действует следующим образом. В свободном состоянии демпфер находится в равновесном напряженном механическом состоянии, вызванном одновременно взаимным отталкиванием магнитов и их взаимным притяжением вследствие притяжения каждого из них по отдельности к прокладке демпфера. При этом демпфер оказывает сопротивление любому воздействию на сжатие/растяжение и за счет упругих свойств стремится вернуться к исходному состоянию.

Зависимость нагрузки от деформации для конструкции представлена в виде графиков на фиг. 3-14. Как видно из графиков, зависимость характеризуется значительным гистерезисом, что определяет снижение амплитуды передающейся вибрации с основания на объект.

На фиг. 3-14 имеется характеристика демпфера без прокладки (например, фиг. 3, кривая 1). В этом случае движение подвижной платформы является полностью обратимо в координатах нагрузка - деформация. В данном случае демпфирование не происходит, подвижная платформа раскачивается пропорционально движению основания. Демпфирование отсутствует поскольку отсутствует гистерезис при деформации. Сравнение кривых гистерезиса на фиг. 10 и фиг. 11 показывает принципиальное различие в характеристиках при разной величине отверстия в прокладке между магнитами. На других фигурах представлены промежуточные параметры демпфера с различными размерами прокладки между магнитами.

Характеристики прокладки в различных вариантах осуществления изобретения приведены в Таблице 1.

Таблица 1

№ прокладки Внешний диаметр х внутренний диаметр х высота - площадь отверстия % 1 25х5х25-5 2 25х15х25-36 3 25х20х17-65 4 25х20х11-65 5 25х22х15-77 6 25х22х22-77 7 25х22х12-77 8 25х15х26-36 9 25х18х22-52 10 25х24х12-95 11 25х5х11-5 12 25х12х11-23

На фиг. 3-14 приведены характеристики магнитного демпфера при различных вариантах выполнения прокладки и различной величины деформации. По оси Х дано расстояние между магнитами (в мм) в процессе деформации, а по оси У - нагрузка на подвижную платформу в ньютонах. Стрелками показано направление движения при сжатии (уменьшение расстояния между магнитами) и при растяжении (увеличение расстояния между магнитами).

Фиг. 3. Характеристика демпфера: 1 - демпфер без прокладки 2 - прокладка № 1; 3 - прокладка №2. Деформация прокладки - 10 мм (ход демпфера на 10 мм).

Фиг 4. Петля гистерезиса для прокладки №1 при деформации на: 2-10 мм и 3-12 мм.

Фиг. 4а. Петля гистерезиса для прокладки №2 при деформации на: 2-4 мм; 3-6 мм; 4-10 мм.

Фиг. 5. Петля гистерезиса для прокладки №3 при деформации на: 2-5 мм и 3-10 мм.

Фиг. 6. Петля гистерезиса для прокладки №4 при деформации на: 2-3 мм и 3-5 мм.

Фиг. 7. Петля гистерезиса для прокладки №5 при деформации на: 2-3 мм, 3-6 мм, 4-9 мм.

Фиг. 8. Петля гистерезиса для прокладки №6 при деформации на: 2-4 мм, 3-6 мм, 4-8 мм.

Фиг. 9. Петля гистерезиса для прокладки №7 при деформации на: 2-6 мм, 3-8 мм.

Фиг. 10. Петля гистерезиса для прокладки №8 при деформации на: 2-4 мм, 3-6 мм; 4-10 мм.

Фиг. 11. Петля гистерезиса для прокладки №9 при деформации на: 2-4 мм, 3-8 мм.

Фиг. 12. Петля гистерезиса для образца №10 при деформации на: 2-4 мм, 3-6 мм.

Фиг. 13. Петля гистерезиса для образца №11 при деформации на: 2-4 мм, 3-6 мм.

Фиг. 14. Петля гистерезиса для образца №12 при деформации на: 2-2 мм, 3-4 мм; 4-6 мм.

В случае если размер отверстия составляет менее 5 % от площади прокладки, отсутствует возможность эффективной регулировки упругих свойств и величины рабочего хода демпфера в силу постоянного значения упругости магнитно-реологического материала.

В случае если размер отверстия составляет более 95 % от площади прокладки, магнитный демпфер утрачивает способность эффективно поглощать вибрации в силу отсутствия количества магнитореологического материала, достаточного для их поглощения.

Таким образом, показана возможность осуществления заявленным изобретением указанных технических результатов.

Изобретение относится к машиностроению. Магнитный демпфер содержит основание, подвижную платформу и магниты, закрепленные на основании и подвижной платформе. Магниты образуют по меньшей мере одну пару с зазором между ними и закреплены таким образом, что одноименные полюса магнитов в паре обращены друг к другу. В зазоре установлена прокладка, выполненная из магнитореологического материала и расположенная на одной оси Y с магнитами. Прокладка имеет сквозное отверстие размером 5-95% от площади прокладки, центр которого расположен на оси Y. Обеспечивается упрощение конструкции и повышение эффективности в поглощении вибраций, а также обеспечение возможности регулировки упругих свойств и величины рабочего хода демпфера при заданной упругости магнитно-реологического материала. 2 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

1. Магнитный демпфер, содержащий основание, подвижную платформу, а также магниты, закрепленные на основании и подвижной платформе, причем магниты образуют по меньшей мере одну пару с зазором между ними, отличающийся тем, что магниты закреплены таким образом, что одноименные полюса магнитов в паре обращены друг к другу, в зазоре установлена прокладка, выполненная из магнитореологического материала и расположенная на одной оси Y с магнитами, при этом прокладка имеет сквозное отверстие размером 5-95% от площади прокладки, центр которого расположен на оси Y.

2. Магнитный демпфер по п.1, отличающийся тем, что магниты образуют две и более пар.

3. Магнитный демпфер по п.1, отличающийся тем, что магнитореологический материал представляет собой композиционный материал на основе каучука, содержащий магнитный наполнитель, пластификатор и сшивающий агент.