一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸

1.本发明涉及振动设备领域和气缸领域，具体的涉及主动电磁阻尼器和恒力气缸。


背景技术：

2.气缸指的是引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。本发明所述的低摩擦恒力气缸主要针对不同负载通过阀门控制产生一个恒定的压力用于抵消负载所产生的竖直向下的重力。因此为保证系统在平衡状态下的稳定性，减少活塞在气缸内不必要的抖振便是一项重要的问题。传统的恒力气缸工作时，随着气动系统压力的提高，系统的流量增大，排气冲击噪声不断增大，阻尼减弱，系统很容易产生振荡，导致气缸压力不能保持目标压力，无法实现精密的力输出控制和工件位置控制。本发明采用一种基于主动电磁阻尼器的方法来减小系统抖振，提高系统的稳定性。在系统开始工作时，可以让其处于低阻尼的状态，快速运动到目标位置，而当系统稳定时，又可以让其处于高阻尼状态，提高系统稳定性。本发明与传统的低摩擦恒力气缸相比具有适应范围广、稳定承载、零刚度等优势。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是为了解决现有技术中存在的低摩擦恒力气缸活塞不规则抖振带来的稳定性问题，提供一种主动电磁阻尼器能够方便高效快捷的在活塞发生抖振时来抵消这种力的作用。主动阻尼器优点在于可控，适应性广，零刚度，可针对不同工况实现最佳的系统阻尼。当系统刚开始工作时，可以通入逆向电流抵消由钕磁铁自身磁场所带来的阻尼，达到系统快速响应的目的；而当系统趋于稳定时，又可通入正向电流增加整个系统的阻尼系数，消除系统的抖振，增加恒力气缸的稳定性。
4.本发明的技术方案如下：
5.其特征在于：包括上端盖、下端盖、活塞杆、气缸活塞、缸筒、以及主动电磁阻尼器，所述主动电磁阻尼器主要由磁铁夹具、钕磁铁、垫片、线圈、上盖板以及下盖板组成，所述上盖板通过螺栓固定在气缸活塞上并且随着气缸活塞一起上下运动，下盖板与磁铁夹具以及磁铁夹具与上盖板之间通过螺纹连接，所述活塞杆通过活塞杆连接件与气缸活塞相连。所述下端盖上开有进气孔，负责通入高压气体来抵消活塞杆顶部所承受的负载。所述主动电磁阻尼器与缸筒内壁之间留有间隙，气缸活塞与上盖板间由于垫片的存在也有间隙，进气孔通入的高压气体流入此间隙中，高压气体从活塞底部的进气道经进气孔至环形进气槽在气浮活塞与缸筒内壁间形成一层气膜，气流直接流至低压气腔或从排气槽再经排气孔流至低压气腔，低压气腔与大气相通，高压气腔内的高压气流也可通过排气槽再经排气孔流至低压气腔。
6.所述钕磁铁在线圈未通电时，由于磁铁夹具和上下盖板是导体的缘故，钕磁铁大部分的磁感应线会从n极通过上下盖板经磁铁夹具中心圆柱部分回到s极，只有少量磁感应线会穿过缸筒，而在线圈通电后，由于电流的磁效应，会产生一个与钕磁铁方向相同或相反的磁场，从而增加或减少缸筒的穿过的磁感应线强度，当主动阻尼器随着活塞一起上下抖
振时，由于缸筒闭合，缸筒内部会产生涡流，这些涡流产生的斥力与相对运动的速度大小成正比并且会阻碍两者的相对运动，从而达到阻尼的效果。同时由于电流的大小和方向可以自行控制，所以当系统刚开始工作时，可以通入逆向电流抵消由钕磁铁自身磁场所带来的阻尼，达到系统快速响应的目的；而当系统趋于稳定时，又可通入正向电流增加整个系统的阻尼系数，消除系统的抖振，增加恒力气缸的稳定性。同时还可针对不同工况实现提供不同的阻尼系数，实现系统的最佳阻尼。
7.所述线圈在缠绕时可以加入铁芯来增加整个电磁阻尼器的磁场强度，改变电磁阻尼器的阻尼系数的变化范围。
8.所述线圈的缠绕方式是多种多样的，不受数量和排布方式的限制。
9.所述进气孔、排气孔、进气槽、排气槽的排布方式是多种多样的，不受数量和排布方式的限制。
10.所述进气孔、排气孔、进气槽、排气槽的界面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。
11.所述电磁阻尼器的截面形状可以是圆形、矩形、菱形。
12.所述钕磁铁的类型可以是多种多样的，只要能满足较小体型有较大的磁场强度即可。
13.所述主动电磁阻尼器的位置即可以在活塞的底部也可以在活塞的上部，只要能与活塞固定并且一起运动。
附图说明
14.图1为本发明一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸的整体示意图，其中1为下端盖，2为缸筒，3为磁铁夹具，4为钕磁铁，5为垫片，6为气缸活塞，7为活塞杆，8为上端盖，9为高压进气孔，10为螺栓孔，11为活塞杆连接件，12为主动电磁阻尼器，13为线圈，14为上盖板，15为排气槽，16为排气孔，17为低压气腔。
15.图2为本发明一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸的气浮活塞的半剖视图，其中15为排气槽，16为排气孔，18为进气道，19为进气孔，20为环形进气槽。
16.图3为本发明的一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸的在线圈未通电时主动电磁阻尼器与缸筒之间的磁感应线分布示意图。
17.图4为本发明的一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸的在线圈通电后主动电磁阻尼器与缸筒之间的磁感应线分布示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
19.实施例1
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于
本发明保护的范围。
21.如图所示，本发明一种基于主动电磁阻尼器的低摩擦恒力气缸，由上端盖8、下端盖1、活塞杆7、气缸活塞6、缸筒2、钕磁铁4、垫片5、线圈13、磁铁夹具3上盖板14以及下盖板23组成，活塞杆7通过活塞杆连接件11与气缸活塞 6相连。系统开始工作后，高压气体从高压进气孔9进入高压气腔21后，通过进气孔18和环形进气槽20后流低压气腔17，在气缸活塞6的底部形成一个竖直向上的力来抵消作用在活塞杆上的负载，通过控制气压的大小，便可以实现对不同负载压力的抵消。
22.当系统达到平衡状态后，活塞可能会因为外部环境的变化发生一些不规则的上下抖振，此时，给电磁阻尼器的线圈通电，由于缸筒与阻尼器的相对运动会让圆柱形缸筒产生涡流，此涡流产生的磁场会阻碍固连在电磁阻尼器上的气缸活塞与缸筒之间的相对运动，使得系统更加稳定。
23.现就电磁阻尼器的具体实施方式做详细说明：如图3所示，当线圈未通电时，由于上下盖板和磁铁夹具的存在，钕磁铁的磁感应线大多会从n极经上下盖板，穿过磁铁夹具中心圆柱部分最终会到s极，只有少部分会穿过缸筒，此时当活塞发生不规则抖振时，即使线圈没有通电，由于钕磁铁自身的磁场会少量的穿过磁筒，该阻尼器仍然具有阻碍两者相对运动的效果，只不过效果不够明显。而当线圈通入如图4所示的电流之后，由于电流的磁效应，通电线圈会产生一个与钕磁铁方向一致的磁场，此时由于通电线圈的存在，穿过缸筒的磁感应线的数量便会增加，当活塞与缸筒发生相对运动时，闭合缸筒所切割的磁感应线的数量就会增多，所产生的涡流便会增大，而此涡流所产生的磁场会和通电线圈以及钕磁铁产生的磁场相互作用，阻碍两者的相对运动，并且该斥力的大小与线圈电流的大小有关，当线圈产生的磁场方向与钕磁铁的磁场方向相同时，电流越大，产生的斥力越大，作用效果越明显，当线圈的磁场方向与钕磁铁的磁场方向相反时，电流越大，产生的斥力越小，阻尼的效果也就越不明显，因此该机构可以在不改变系统结构的情况下，通过改变电流的大小来调整阻尼系数，适应性广，可针对不同的工况实现最佳的系统阻尼。
24.以上所列出的具体实例是为了更好的对本发明的结构原理进行说明，并不对本发明进行限制，本发明所属技术领域人员可以对钕磁铁的类型，线圈的缠绕方式，主动电磁阻尼器的结构、活塞与阻尼器的固定方式、主动阻尼器的位置等进行修改，但并不偏离本发明的核心原理，也不偏离本发明权利要求书所限定的范围。