CN101324257A - 基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挤压模式的磁流变液阻尼器与剪切模式的磁流变弹性体支承静载荷的发动机振动隔离装置，包括阻尼调节单元与刚度调节单元两部分，两者之间通过刚性的联接杆联接。由于发动机振动引起链接杆的上下移动，致使阻尼调节单元中的磁流变液径向流动和刚度调节单元中的磁流变弹性体发生剪切，两励磁线圈产生的磁场可以分别调节隔振器的阻尼参数和刚度参数。这种磁流变隔振器可以满足不同振动激励条件下隔振器阻尼参数和弹性参数的独立调节，实现对发动机振动能量传递的耦合控制，对提高特种运载器的技术水平和市场竞争力具有重要的现实意义。

Description

基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器

技术领域

本发明属于发动机振动控制领域，具体涉及单层或双层发动机智能隔振系统中的可控阻尼与可控弹性特性悬置元件。

背景技术

现有公开的磁流变隔振器件结构各有差异，它们主要利用橡胶或金属弹性元件作为静载荷的支承元件，其弹性特性不可以控制。磁流变隔振器的阻尼调节主要利用充满磁流变液的胶囊变形迫使磁流变液在阻尼通道中流动，通过调节励磁电流的大小来控制隔振器的阻尼特性。这类磁流变隔振器必须依靠胶囊的弹性变形来容纳通过阻尼通道磁流变液，磁流变液的回流压力由胶囊的弹性变形提供。这种结构不但导致了压缩与复原阻尼特性不对称，而且隔振器的弹性特性不可控，与发动机振动隔离系统要求的理想可控悬置元件存在差异。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于挤压模式的磁流变阻尼调节单元与剪切模式的磁流变弹性调节单元耦合作用的发动机可控隔振器，以满足不同振动激励条件下隔振器阻尼参数和弹性参数的独立调节，实现对发动机振动能量传递的耦合控制。

本发明的技术方案如下：

一种基于磁流变弹性元件与磁流变阻尼器耦合作用的可控隔振器，该可控隔振器包括隔振器外筒、阻尼调节单元、弹性调节单元、支承托盘、底座，所述两个调节单元串联置于隔振器外筒内并通过刚性的联接杆联接，支承托盘通过与联接杆相连置于隔振器外筒的上端口处，底座固定在隔振器外筒的底部，发动机的机座与所述隔振器的支承托盘连接，而隔振器的底座与被隔振的机体相连；所述阻尼调节单元为基于挤压模式的磁流变阻尼调节单元，利用挤压模式使磁流变液在挤压工作盘与固定工作盘之间沿径向流动，磁流变液的流动方向与第一励磁线圈产生的磁场方向垂直，通过改变第一励磁电流的大小，使磁流变液的流动特性发生变化，进而控制阻尼调节单元的阻尼特性；所述弹性调节单元为基于剪切模式的磁流变弹性元件，利用环状剪切机构使磁流变弹性体发生轴向剪切变形，磁流变弹性体的剪切方向与第二励磁线圈产生的磁场方向垂直，通过改变第二励磁电流的大小，使磁流变弹性体的剪切弹性模量发生变化，进而控制隔振器的弹性特性；由于发动机振动引起联接杆的上下移动，分别作用于阻尼调节单元与刚度调节单元，励磁线圈产生的磁场分别使隔振器中磁流变液的流动特性和磁流变弹性体的剪切模量发生变化，从而增大隔振器的阻尼增加和刚度增大，利用第一励磁线圈和第二励磁线圈产生的磁场分别调节隔振器的阻尼参数和刚度参数，满足不同振动激励条件下隔振器阻尼参数和弹性参数的独立调节，实现对发动机振动能量传递的耦合控制

本发明具有以下优点：

1、在磁流变隔振器的总体设计方案上，采用两种独立单元分别调节隔振器的弹性参数和阻尼参数，其弹性参数与阻尼参数调节都是连续的，既可以实现大刚度小阻尼，也可以实现小刚度大阻尼，从而满足发动机不同工况运行条件下对悬置参数的要求。

2、在隔振器的阻尼调节单元设计中，采用圆盘挤压模式的磁流变液阻尼器，其工作缸设置在励磁线圈内部，既确保磁流变液挤压流动区磁场的均匀性，也避免了励磁线圈密封的技术问题，提高了阻尼器的密封可靠性。由于上下阻尼通道结构对称，有效避免了活塞杆体积补偿问题，使得阻尼器结构相对简单。

3、在隔振器的弹性调节单元设计中，采用上下双环形剪切模式的磁流变弹性体支承机构，将励磁线圈夹持在两环形剪切机构之间，充分利用端部磁轭的磁通，提高磁场的利用效率，扩大隔振器的弹性调节范围。

4、磁流变弹性体在隔振器中弹性元件使用，既可支承发动机的静载荷，右可调节隔振器的弹性特性，省去其他设置弹性元件。

附图说明：

图1是本发明基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器的总体结构图；

图2是本发明基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器阻尼调节单元原理图；

图3是本发明基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器弹性调节单元原理图。

具体实施方式：

下面根据说明书附图对本发明的技术方案进一步详细表述。

基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器，是利用圆盘挤压模式的磁流变液阻尼器与剪切模式的磁流变弹性元件串联的可控振动隔离装置，包括阻尼调节单元与刚度调节单元两部分，两者之间通过刚性的联接杆传递振动。

如图1所示为本发明基于磁流变弹性元件与阻尼元件耦合作用的可控隔振器的总体结构图，发动机的机座通过螺纹与隔振器的支承托盘26连接，隔振器座16与被隔振的机体相连接，剪切机构的外环7固定在外筒上，剪切机构的内环21设置为可移动组件，支承托盘26的下部作为上剪切机构的内环，下剪切机构的内环21通过衬套1与支承托盘26连接，当发动机的振动导致支承托盘26上下移动时，上下剪切机构中的磁流变弹性体8，25均发生轴向剪切变形。支承托盘26中间设置一联接杆13，在支承盘26上下振动过程中，它能与支承托盘26、衬套1一起上下移动，将发动机的振动传递到阻尼调节单元的工作盘11，14上，迫使密闭腔内的磁流变液发生径向挤压流动。

弹性调节单元由磁流变弹性体8，25、隔振器外筒20、环状剪切机构内环21、环状剪切机构外环37、滑动套、衬套和第二励磁线圈23等组成，当电流通过第二励磁线圈23时，第二励磁线圈产生的磁场在衬套、环状剪切机构内环、磁流变弹性体、隔振器外筒等导磁元件中形成闭合磁路，磁通36径向作用于上下磁流变弹性体，发动机的振动引起磁流变弹性体沿轴向发生剪切变形。第二励磁线圈和第二励磁电流的设置满足磁流变弹性体剪切变形方向垂直于第二励磁线圈在上述磁路中产生的磁通方向，由于外加磁场的作用使磁流变弹性体8，25的剪切弹性模量发生变化，磁通密度增大将会导致磁流变弹性体的剪切弹性模量增大，励磁电流的大小可以控制磁流变弹性体弹性特性。

阻尼调节单元由磁流变液、工作缸9、挤压工作盘11、固定工作盘14、密封元件15、外筒20、上导磁环、下导磁环和第一励磁线圈18等组成。第一励磁线圈18产生的磁场在磁流变液、挤压工作盘11、固定工作盘14、外筒20、上导磁环、下导磁环中形成闭合磁路，磁通轴向作用于密闭腔中的磁流变液，当发动机振动激励通过联接杆传递到工作盘11，14时，工作盘的上下移动迫使磁流变液沿径向发生流动，通过工作盘与工作缸之间的间隙进入另一密闭腔。当第一励磁电流通过第一励磁线圈时，产生的磁场垂直作用于磁流变液的流动方向，使磁流变液的流动特性发生变化。磁通密度增大将会导致磁流变液的剪切屈服应力增大，励磁电流的大小可以控制磁流变液的流动特性，进而控制阻尼调节单元的阻尼特性。

在发动机的静载荷作用下，磁流变弹性体有一定的变形，其变形量的大小通过磁流变弹性体在零场条件下的刚度和剪切机构内外环的间隙径向调节，以便确保阻尼调节单元的工作盘处于中间位置。这种磁流变隔振器可以满足不同振动激励条件下对发动机振动能量传递的控制，实现发动机复杂振动的有效隔离。

可控隔振器阻尼调节单元原理参见图2，可控隔振器弹性调节单元原理参见图3：

该可控隔振器由阻尼调节单元28和弹性调节单元39通过外筒20连接成一体、通过连接杆13传递振动，实现阻尼参数和弹性参数的独立调节。

阻尼调节单元28由磁流变液、工作缸9、挤压工作盘11、固定工作盘14、密封元件15、外筒20、导磁环19和励磁线圈18等组成。第一励磁线圈18产生的磁场在磁流变液、挤压工作盘11、固定工作盘14、外筒20、导磁环19中形成闭合磁路，磁通轴向作用于密闭腔中的磁流变液。当发动机振动激励通过联接杆13传递到挤压工作盘11时，挤压工作盘11的上下移动迫使磁流变液沿径向发生流动35，通过挤压工作盘11与工作缸9之间的间隙进入另一密闭腔。当励磁电流通过引出线10作用于励磁线圈18时，第一励磁线圈18产生的磁场垂直作用于磁流变液的流动方向，使磁流变液的流动特性发生变化。磁通密度增大将会导致磁流变液的剪切屈服应力增大，调整第一励磁电流的大小可以控制磁流变液的流动特性，进而控制阻尼调节单元的阻尼特性。

在阻尼调节单元28中，连接杆13由聚四氟乙烯导向套12径向定位只能上下移动，上下密闭腔结构完全相同，其密封通过专用密封元件15、固定工作盘14和缸筒端部折弯30实现。连接杆13与密封元件15之间的移动密封依靠密封元件15的上唇口32和下唇口33实现，下唇口33与上固定工作盘之间的干涉通过凸台31解决。在固定工作盘14设置外锥面29，工作缸9端部折弯30使得的静密元件外唇口压入外锥面29中，从而实现外缘密封。

弹性调节单元39由磁流变弹性体8(25)、隔振器外筒20、环状剪切机构内环21、环状剪切机构外环37、滑动套2、衬套1和绕线架3、第二励磁线圈23、引出线4等组成。当电流通过第二励磁线圈时，产生的磁场通过衬套1、环状剪切机构内环21、磁流变弹性体8、隔振器外筒20、磁流变弹性体25、支承托盘26等导磁元件形成闭合磁路39，磁通径向作用于上下磁流变弹性体8(25)。由于支承托盘26与连接杆13通过螺母27将衬套1、下环状剪切机构内环21连为一体，发动机的振动引起支承托盘26上下移动，使得衬套1与滑动套2发生轴向相对运动，磁流变弹性体8(25)沿轴向发生剪切变形41，变形范围需要其空间42确保。磁场发生器的设置满足磁流变弹性体剪切变形方向垂直与磁通36方向，由于外加磁场的作用使磁流变弹性体的剪切弹性模量发生变化，磁通密度增大将会导致磁流变弹性体的剪切弹性模量增大，磁场发生器励磁电流的大小可以控制磁流变弹性体弹性特性。

绕线架的中心设置为通孔，其表面涂覆聚四氟乙烯40，便于减小连接杆的静摩擦力，。利用环状剪切机构使磁流变弹性体发生剪切变形，其剪切刃之间的间隙为1.0～2.5毫米。

弹性调节单元39的另一作用是支承发动机的静载荷，磁流变弹性体8(25)在自由状态下设计为碟形，安装时开口朝下，在发动机静载荷作用下磁流变弹性体8(25)处于图示平衡状态。

第一励磁线圈磁路中挤压工作盘11、固定工作盘14、外筒20、导磁环19和第二励磁线圈磁路中的衬套1、上、下剪切机构外环24(22)、下剪切机构内环、外筒20、支承托盘26均采用低碳钢或磁导率高、磁饱和强度高的软磁材料制作。

Claims (8)

1、一种基于磁流变弹性元件与磁流变阻尼器耦合作用的可控隔振器，该可控隔振器包括隔振器外筒(20)、阻尼调节单元(28)、弹性调节单元(39)、支承托盘(26)、底座(16)；其特征在于：

所述阻尼调节单元(28)和弹性调节单元(39)串联置于隔振器外筒内并通过刚性的联接杆联接，支承托盘(26)通过与联接杆相连置于隔振器外筒(20)的上端口处，底座(16)固定在隔振器外筒(20)的底部，发动机的机座与所述可控隔振器的支承托盘(26)连接，而所述可控隔振器的底座(16)与被隔振的机体相连；

所述阻尼调节单元(28)为基于挤压模式的磁流变阻尼调节单元，利用挤压模式使磁流变液在挤压工作盘(11)与固定工作盘(14)之间沿径向流动，磁流变液的流动方向与第一励磁线圈(18)产生的磁场方向垂直，通过改变第一励磁电流的大小，使磁流变液的流动特性发生变化，进而控制阻尼调节单元(28)的阻尼特性；所述弹性调节单元(39)为基于剪切模式的磁流变弹性元件，利用环状剪切机构使磁流变弹性体发生轴向剪切变形，磁流变弹性体的剪切方向与第二励磁线圈(23)产生的磁场方向垂直，通过改变第二励磁电流的大小，使磁流变弹性体的剪切弹性模量发生变化，进而控制隔振器的弹性特性；由于发动机振动引起联接杆的上下移动，分别作用于阻尼调节单元与刚度调节单元，利用第一励磁线圈(18)和第二励磁线圈(23)产生的磁场分别调节隔振器的阻尼参数和刚度参数，满足不同振动激励条件下隔振器阻尼参数和弹性参数的独立调节，实现对发动机振动能量传递的耦合控制。

2、根据权利要求1所述的可控隔振器，其特征为：所述阻尼调节单元(28)包括磁流变液(35)、工作缸(9)、挤压工作盘(11)、固定工作盘(14)、密封元件(15)、导向环(12)和第一励磁线圈(18)，第一励磁线圈(18)周向绕制在工作缸(9)的外部，工作缸内对称设置上、下两个对称的固定工作盘(14)，挤压工作盘(11)与所述联接杆相连并置于工作缸(9)的上下两个固定工作盘(14)之间，挤压工作盘(11)和上、下两个固定工作盘(14)之间形成两个联通的密封腔并填充磁流变液；在所述上固定工作盘和工作缸上部内壁之间、所述下固定工作盘和工作缸下部内壁间分别加装密封元件，同时用于密封联接杆和两个固定工作盘的外缘，所述第一励磁线圈(18)产生的磁场在磁流变液、挤压工作盘、两个固定工作盘、隔振器外筒、导向环中形成闭合磁路，磁通轴向作用于密闭腔中的磁流变液。

3、根据权利要求2所述的可控隔振器，其特征为：当发动机振动激励通过联接杆传递到挤压工作盘(11)时，挤压工作盘(11)的上下移动迫使磁流变液沿径向发生流动，磁通密度增大将会导致所述磁流变液的剪切屈服应力增大，改变通过第一励磁线圈(18)的第一励磁电流的大小，控制磁流变液的流动特性，进而控制阻尼调节单元(28)的阻尼特性。

4、根据权利要求1所述的可控隔振器，其特征为：所述弹性调节单元(39)包括上、下磁流变弹性体(8、25)、下剪切机构内环(21)、上剪切机构内环(26’)、上剪切机构外环(24)、下剪切机构外环(37)、滑动套(2)、衬套(1)、绕线架(3)、第二励磁线圈(23)、引出线(4)，通过所述联接杆将支承托盘(26)、衬套(1)、下剪切机构内环(21)连接成一体，上、下剪切机构外环(24、37)固定在所述外筒上，所述支承托盘(26)下部形成一个上剪切机构内环(26’)，围绕所述衬套外周安装绕线架(3)并将第二励磁线圈(23)绕制在绕线架(3)上，绕线架(3)和衬套(1)之间设置有滑动套(2)，在上、下剪切机构内环和外环之间分别安装有上、下磁流变弹性体(8、25)，第二励磁电流通过第二励磁线圈(23)时产生的磁场通过衬套(1)、下剪切机构内环(21)、上、下磁流变弹性体(8、25)、隔振器外筒(20)、支承托盘形(26)成闭合磁路，磁通36径向作用于上、下磁流变弹性体。

5、根据权利要求4所述的可控隔振器，其特征为：当发动机的振动引起支承托盘(26)上下移动时，使得衬套(1)与滑动套(2)发生轴向相对运动，磁流变弹性体(8、25)沿轴向发生剪切变形，所述磁流变弹性体(8、25)剪切变形方向垂直于所述磁通36方向，磁通密度增大将会导致磁流变弹性体(8、25)的剪切弹性模量增大，通过改变所述第二励磁电流的大小，使磁流变弹性体的剪切弹性模量发生变化，进而控制磁流变弹性体弹性特性。

6、根据权利要求4所述的可控隔振器，其特征为：所述绕线架(3)的中心设置为通孔，其表面涂覆聚四氟乙烯(40)，便于减小连接杆的静摩擦力，利用环状剪切机构使磁流变弹性体发生剪切变形，其剪切刃之间的间隙为1.0～2.5毫米。

7、根据权利要求2或4所述的可控隔振器，其特征为：第一励磁线圈(18)磁路中挤压工作盘(11)、两个固定工作盘(14)、隔振器外筒(20)、导向环和第二励磁线圈(23)磁路中的衬套(1)、上、下剪切机构外环(24、37)、下剪切机构内环(21)、隔振器外筒(20)、支承托盘(26)均采用低碳钢或磁导率高、磁饱和强度高的软磁材料制作。

8、根据权利要求1所述的可控隔离器，其特征在于：所述弹性调节单元(39)还可以用于支承发动机的静载荷，所述磁流变弹性体在自由状态下设计为碟形，安装时开口朝下，在发动机静载荷作用下所述磁流变弹性体处于平衡状态。

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