磁悬浮式隔振技术的特性分析与研究

　　随着稀土永磁体问世之后,磁悬浮系统得到了迅速的发展。因为稀土永磁材料兼有高Br和高Hc的比较理想的特性,一克HC8000Oe左右的稀土永磁体约能悬浮240克左右的重物,或者在该稀土永磁体的1cm²磁极面上,可以产生磁悬浮力10N以上。这样的永磁材料确实可以作为发展各种磁悬浮系统的基础材料。

　　目前,国产汽车的悬架、座椅和担架等系统的隔振装置,多数限于金属弹簧、扭力橡胶弹簧、橡胶座、阻尼器等线性隔振器件。事实上,这种弹性支承结构的隔振装置具有严重缺陷,主要表现为:难于实现低于1Hz的固有频率,不具有小变形较“软”、大变形较“硬”的非线性刚度特性。

　　1　磁悬浮式隔振的形成机理及力学模型

　　1.1　磁悬浮式隔振的形成原理

　　磁悬浮式隔振的形成原理是利用稀土永磁体的磁场作为弹性介质,两磁体磁极相对排列,其间的斥力随两磁极间距离的减小而变大。如图1所示,基片固定,浮片经导向后沿垂直方向上下移动,磁极间距变化,磁力线被压缩和舒张,磁力线密度增大或减小,从而磁力也发生变化。

　　1.2　假设

　　(1)　稀土永磁体气隙磁导率等于真空绝对磁导率μ0(μ0=4π×10^-7H/m),回复磁导率μr接近于1(μr=1.0~1.08)。

　　(2)　磁体充分长且被均匀磁化。

　　(3)　在中小气隙(即气隙长度与磁体直径D比值Lg/D0.5)时,气隙磁密Bg在间隙各点是均匀的。

　　(4)　高矫顽力的稀土永磁体,磁极强度不变,排斥力等于吸引力。

　　1.3　力学模型

　　根据参考文献[1]的有关的理论分析,如果两个永磁体磁极相对排列,则其隙中心点的气隙磁密Bg的计算公式为:

式中Br———永磁体的剩磁(T或G)

　　Lg———气隙长度(m或cm);

　　D———永磁体直径(mm或cm);

　　η———实验修正系数。

　　永磁体的磁力F为:

　　2　磁悬浮隔振器的基本结构

　　我们选用高性能的永磁材料钕铁硼进行试验测试,并以它为中心设计排斥悬浮型实验装置。有资料显示,(见参考文献[2])上下两个永磁圆柱体经垂直导向后能形成稳定的磁悬浮结构。但普通的永磁悬浮机构仅以排斥力作为支承,不能产生拉力。而实际的振动是在平衡位置附近的波动,是双向运动。为了实现振动的双向抑振,特提出图2所示的双向磁悬浮隔振器。此磁悬浮隔振器主要由三个磁柱体及辅助部分组成。磁柱体采用稀土类高性能永磁材料烧结型钕铁硼制作。缸体和上下端盖采用非导磁的铝合金材料,导向杆采用非导磁且耐磨的不锈钢材料制作,以减轻对气隙中磁密的干扰,为防止在极端情况下,磁铁间发生硬性冲击现象,在磁铁上附加了橡胶垫圈和垫片,以起缓冲作用。