УПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ АМОРТИЗАТОР (ВАРИАНТЫ)
CONTROLLED MAGNETIC DAMPER (VARIANTS)

Группа изобретений относится к машиностроению, а именно к устройствам гашения колебаний и вибрационной защиты.
Известен амортизатор (Патент на изобретение RU №2002139, МПК F16F 6/00, 1993 г.), содержащий цилиндрический корпус и поршень с закрепленными на нем постоянными магнитами, образующий рабочий зазор с корпусом, и магнитную рабочую среду, заполняющую полость корпуса, снабженный дополнительными постоянными магнитами, размещенными на внутренней поверхности корпуса, магниты на поршне размещены на боковых поверхностях и торцах и ориентированы относительно дополнительных магнитов одноименными полюсами, постоянные магниты на корпусе и поршень выполнены в виде секций, установленных с зазором, заполненным магнитным материалом, зазоры на корпусе и поршне смещены относительно друг друга, а магнитная рабочая среда представляет собой ферромагнитную жидкость.
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности управления демпфирующим усилием в режиме реального времени. Другим недостатком является то, что отвод теплоты, выделившейся в магнитной жидкости при диссипации энергии колебаний, происходит только через постоянные магниты, вызывая их перегрев и снижение магнитных свойств, что будет негативно сказываться на стабильности демпфирующих свойств амортизатора.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является амортизатор (Авторское свидетельство SU №17967, МПК 16F6/00, 1993 г.), принятый за прототип, содержащий корпус с магнитной жидкостью, установленный в корпусе шток с поршнем и охватывающую корпус соленоидную катушку с источником питания, снабженный выполненными из ферромагнитного материала кожухом, охватывающим соленоидную катушку, и крышкой, герметично установленной на кожухе, а уровень магнитной жидкости выбран таким, чтобы между ее поверхностью и крышкой имелась полость.
Недостатком данной конструкции является неэффективное использование создаваемого катушкой магнитного поля, так как рабочим пространством является лишь зазор между поршнем и корпусом. Другим недостатком является то, что направление магнитных силовых линий в зазоре между поршнем и корпусом совпадает с направлением течения жидкости, что не позволяет эффективно изменять ее вязкостные свойства.
Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является увеличение диапазона изменения силовой характеристики магнитожидкостного амортизатора вследствие увеличения коэффициента использования создаваемого магнитного потока и увеличения длины каналов, в которых на магнитную жидкость воздействует магнитное поле и происходит диссипация энергии.
Технический результат в первом варианте исполнения достигается тем, что в управляемом магнитожидкостном амортизаторе, содержащем цилиндрический корпус с крышкой, заполненный магнитной жидкостью, в котором установлен шток с поршнем, корпус выполнен из ферромагнитного материала, на дне корпуса соосно штоку установлен ферромагнитный стержень и размещен немагнитный кольцевой диск, на котором расположена магнитная система, состоящая из полюсов, выполненных в форме кольца из ферромагнитного материала, между которых размещены катушки управления, поршень состоит из немагнитного основания в форме диска, на котором закреплены коаксиально внешнее и внутреннее цилиндрические кольца, выполненные из немагнитного материала, поршень установлен в корпусе таким образом, что внешнее цилиндрическое кольцо поршня охватывает магнитную систему, а внутреннее цилиндрическое кольцо поршня охватывает ферромагнитный стержень с образованием кольцевых зазоров, при этом на ферромагнитном стержне выполнена кольцевая канавка, в которую помещены сферические тела качения.
Технический результат во втором варианте исполнения достигается тем, что в управляемом магнитожидкостном амортизатое, содержащем цилиндрический корпус с крышкой, заполненный магнитной жидкостью, в котором установлен шток с поршнем, корпус выполнен из ферромагнитного материала, на дне корпуса соосно штоку установлен ферромагнитный стержень и размещен немагнитный кольцевой диск, на котором расположена магнитная система, состоящая из полюсов, выполненных в форме кольца из ферромагнитного материала, между которых размещены катушки управления, поршень состоит из немагнитного основания в форме диска, на котором закреплены коаксиально внешнее и внутреннее цилиндрические кольца, которые выполнены сборными из чередующихся кольцевых ферромагнитных и немагнитных элементов, поршень установлен в корпусе таким образом, что внешнее цилиндрическое кольцо поршня охватывает магнитную систему, а внутреннее цилиндрическое кольцо поршня охватывает ферромагнитный стержень с образованием кольцевых зазоров, при этом кольцевые ферромагнитные элементы внешнего и внутреннего цилиндрических колец расположены напротив соответствующих полюсов магнитной системы, а кольцевые немагнитные элементы внешнего и внутреннего цилиндрических колец расположены напротив соответствующих катушек управления, при том на ферромагнитном стержне выполнена кольцевая канавка, в которую помещены сферические тела качения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 изображено поперечное сечение управляемого магнитожидкостного амортизатора в первом варианте исполнения, на фиг. 2 изображено поперечное сечение управляемого магнитожидкостного амортизатора во втором варианте исполнения.
Управляемый магнитожидкостный амортизатор в первом варианте исполнения (фиг. 1) состоит из корпуса 1, выполненного в форме цилиндра из ферромагнитного материала, снабженного крышкой 2, заполненного магнитной жидкостью 3. В корпусе 1 установлен шток 4, с возможностью осевого перемещения, с поршнем 5. Корпус 1 выполнен со съемным дном 6. На дне 6 корпуса 1 по его оси вертикально установлен ферромагнитный стержень 7. На дне корпуса 1 размещен кольцевой диск 8, выполненный из немагнитного материала, на котором расположена магнитная система. Магнитная система состоит из полюсов 9, выполненных в форме кольца из ферромагнитного материала, между которых размещены катушки управления 10. Поршень 5 состоит из основания 11 выполненного в форме диска из немагнитного материала. На основании 11 закреплены коаксиально внешнее цилиндрическое кольцо 12 и внутреннее цилиндрическое кольцо 13, выполненные из немагнитного материала. Поршень 5 установлен в корпусе 1 таким образом, что внешнее цилиндрическое кольцо 12 охватывает магнитную систему, а внутреннее цилиндрическое кольцо 13 охватывает ферромагнитный стержень 7 с образованием кольцевых зазоров 14. На ферромагнитном стержне 7 выполнена кольцевая канавка 15, в которую помещены сферические тела качения 16. Для сохранения давления и предотвращения выплескивания магнитной жидкости 3 в крышке 2 установлено уплотнительное кольцо 17.
Управляемый магнитожидкостный амортизатор во втором варианте исполнения (фиг. 2) состоит из корпуса 1, выполненного в форме цилиндра из ферромагнитного материала, снабженного крышкой 2, заполненного магнитной жидкостью 3. В корпусе 1 установлен шток 4, с возможностью осевого перемещения, с поршнем 5. Корпус 1 выполнен со съемным дном 6. На дне 6 по его оси вертикально установлен ферромагнитный стержень 7. На дне 6 размещен кольцевой диск 8, выполненный из немагнитного материала, на котором расположена магнитная система. Магнитная система состоит из полюсов 9, выполненных в форме кольца из ферромагнитного материала, между которых размещены катушки управления 10. Поршень 5 состоит из основания 11 выполненного в форме диска из немагнитного материала. На основании 11 закреплены коаксиально внешнее цилиндрическое кольцо 12 и внутреннее цилиндрическое кольцо 13. Поршень 5 установлен в корпусе 1 таким образом, что внешнее цилиндрическое кольцо 12 охватывает магнитную систему, а внутреннее цилиндрическое кольцо 13 охватывает ферромагнитный стержень 7 с образованием кольцевых зазоров 14. На ферромагнитном стержне 7 выполнена кольцевая канавка 15, в которую помещены сферические тела качения 16. Для сохранения давления и предотвращения выплескивания магнитной жидкости 3 в крышке 2 установлено уплотнительное кольцо 17. Внешнее цилиндрическое кольцо 12 и внутреннее цилиндрическое кольцо 13 выполнены сборными из чередующихся кольцевых ферромагнитных элементов 18 и кольцевых немагнитных элементов 19. Поршень 5 установлен в корпусе 1 таким образом, что кольцевые ферромагнитные элементы 18 внешнего цилиндрического кольца 12 и внутреннего цилиндрического кольца 13 расположены напротив соответствующих полюсов 9 магнитной система, а кольцевые немагнитные элементы 19 внешнего цилиндрического кольца 12 и внутреннего цилиндрического кольца 13 расположены напротив соответствующих катушек управления 10.
Работа устройства в первом исполнении осуществляется следующим образом.
В статическом состоянии шток 4 с поршнем 5 относительно корпуса 1 неподвижны и протекания магнитной жидкости 3 не происходит. В этот момент возможна подача напряжения на катушки управления 10 для изменения усилия первоначального сдвига поршня 5, если это необходимо по условиям эксплуатации.
Под воздействием внешнего возмущения шток 4 с закрепленным на нем поршнем 5 совершают колебательные движения относительно ферромагнитного корпуса 1 и магнитной системы. Гашение колебаний производится за счет протекания магнитной жидкости через кольцевые зазоры 14, обладающие большой протяженностью по сравнению с прототипом. Для изменения диссипативных свойств магнитной жидкости 3 и, следовательно, эффективности демпфирования на зажимы катушек управления 10 подается напряжение, протекает ток и создается магнитный поток. Основная часть магнитного потока, созданного каждой из катушек управления 10, проходит через четыре кольцевых зазора 14, воздействует на магнитную жидкость 3 в каждом кольцевом зазоре 14, изменяя ее вязкостные свойства и, как следствие, демпфирующую характеристику амортизатора. Потоки рассеяния, замыкающиеся через области, в которых не происходит диссипация энергии, практически отсутствуют. Сферические тела качения 16, размещенные в кольцевой канавке 15, центрируют поршень 5 относительно оси амортизатора, предотвращая (исключая) его радиальное перемещение.
Работа устройства во втором варианте исполнения осуществляется следующим образом.
В статическом состоянии шток 4 с поршнем 5 относительно корпуса 1 неподвижны и протекания магнитной жидкости 3 не происходит. В этот момент возможна подача напряжения на катушки управления 10 для изменения усилия первоначального сдвига поршня 5, если это необходимо по условиям эксплуатации.
Под воздействием внешнего возмущения шток 4 с закрепленным на нем поршнем 5 совершают колебательные движения относительно ферромагнитного корпуса 1 и магнитной системы. Гашение колебаний производится за счет протекания магнитной жидкости 3 через кольцевые зазоры 14, обладающие большой протяженностью по сравнению с прототипом. Для изменения диссипативных свойств магнитной жидкости 3 и, следовательно, эффективности демпфирования на зажимы катушек управления 10 подается напряжение, протекает ток и создается магнитный поток. Основная часть магнитного потока, созданного каждой из катушек управления 10, проходит через четыре кольцевых зазора 14, воздействует на магнитную жидкость 3 в каждом кольцевом зазоре 14, изменяя ее вязкостные свойства и, как следствие, демпфирующую характеристику амортизатора. Потоки рассеяния, замыкающиеся через области, в которых не происходит диссипация энергии, практически отсутствуют. Дополнительная сила, противодействующая смещению поршня 5 из первоначального положения, возникает из-за уменьшения проводимости путей протекания магнитного потока при смещения кольцевых ферромагнитных элементов 18 относительно ферромагнитных полюсов 9. Сферические тела качения 16, размещенные в кольцевой канавке 15, центрируют поршень 5 относительно оси амортизатора, предотвращая (исключая) его радиальное перемещение.