CN104315073A - 基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器 - Google Patents

基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器，在所述的磁流变阻尼器的外侧滑动安装一个外缸体，所述外缸体内安装的弹簧和磁流变阻尼器的活塞杆连接，当所述的磁流变阻尼器和弹簧受到外界压力振动时，所述的外缸体在磁流变阻尼器的外侧滑动，改变了整个减震器的行程，同时，通过给磁流变阻尼器的通电线圈通电，通过改变磁流变液的形状来改变减震器的阻尼。 本发明通过磁流变阻尼器和弹簧的结合，实现减震器刚度和阻尼的变化，本发明减振器行程大，可以满足需要行程大的减振器的环境。

Description

基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器
技术领域
本发明涉及一种减振器，尤其涉及基于磁流变阻尼器和弹簧的变刚度变阻尼减振器。
背景技术
振动在人们的日常生活中随处可见，例如经常使用的手表、剃须刀等都存在着振动。在很多机械的运作中巧妙地运用着振动，但是也有很多情况下振动会给人们的工作带来不利的影响，它会引起结构体的疲劳，大大缩短了机械器件的使用寿命。
由于科技的迅猛发展，人们对许多场合下的减振器要求越来越严格，这就使得很多传统的减振器已经不能满足在特定场合下的减振要求。而由弹簧系统组成的传统减振器，因为受到弹簧自身性质的约束，无法做到改变自身的阻尼和刚度来适应特定场合的需要，这就使得很多场合下放弃使用弹簧系统作为减振主体，它的不可变性无法满足具体场合的要求。
磁流变液现今是一种用途广泛，性能优良的智能材料。磁流变液是一种可控的流体液，它是由高磁导率、低磁滞性的颗粒和非磁导性的液体混合而成的。根据组成和性能的不同,可将磁流变液分为4种类型：
1、微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液。这是一种经典型磁流变液,采用微米尺寸的顺磁或软磁材料的颗粒和低磁导率的载液，且具有较强的磁流变效应。
2、纳米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液。它是用30 nm的铁氧体粉分散溶于非磁性载液中制成的非胶体悬浮液，且具有非常好的沉淀稳定性, 屈服应力可达4kPa。
3、非磁性颗粒-磁性载液型磁流变液。这种磁流变液是用微米级的非磁性颗粒分散溶于磁性载液中制成的悬浮液，磁流变效应较低。
4、磁性颗粒-磁性载液型磁流变液。这种磁流变液是用微米级的磁性颗粒分散溶于磁性载液中制成的悬浮液，磁性载液加强了磁性颗粒间的作用力,从而增强了磁流变效应。
当周围无磁场时，磁流变液表现出很好的液体流动性；当周围存在磁场时，磁流变液则在短时间内粘度迅速增加，表现出固体的形态特性；且这种变化是可逆的，即当周围环境恢复到无磁场状态下时，磁流变液就会恢复到原来的液体流动的状态。就因为它具有这样的特殊性质，所以现今的许多阻尼器的设计中都包含着磁流变液。
虽然磁流变液有着可变阻尼进而改变阻尼器刚度的特性，但是如果仅仅使用它来设计一个减振器的话还是会存在一定的不足，那就是减振器的行程小，对于要求减振器拥有行程大的场合就不适用。所以就要设计出既可改变阻尼也可改变刚度的可控减振器，而且该减振器还要求行程大。
现在国内大多都是可变阻尼减振器，而且减振器的行程也受到限制，如国内专利：NO201110253379公开了一种磁流变阻尼器，将阻尼器工作压力与密封结构隔绝开来，以此减缓磨损程度，延长阻尼器使用寿命；NO201110378234公开了一种新型磁流变阻尼器，通过在活塞槽内设置永磁环，增强了励磁线圈通电时的磁场，从而增强缸体内处于可控状态的磁流变阻尼力。可以看出这两个专利所设计的减振器只是具有了变阻尼的效果，没有变刚度的特性，且明显的不足就是其行程是固定的，对于要求大行程的场合下未必适用。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可改变阻尼，可改变刚度，且满足需要行程大的场合下的可控减振器。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的变刚度变阻尼减振器，包括倒U型外缸体，所述的倒U型外缸体顶端外部固定连接件，底部两端内侧焊接有轴销，其特征在于：还包中心缸筒，所述中心缸筒外侧设有两个对称滑道，所述的倒U型外缸体通过轴销滑配安装在中心缸筒外侧；所述的中心缸筒内部设有活塞，顶部密封有端盖，形成内腔，端盖上设有通孔，活塞上连接的活塞杆穿过通孔延伸到倒U型外缸体内，倒U型外缸体内的弹簧一端相连，所述弹簧的另一端固定连接在倒U型外缸体顶端内部；所述的中心缸筒内的活塞中缠绕有通电线圈一，通电线圈一外侧的活塞上开设有流通通道，所述的中心缸筒内的活塞下方还设有滑动活塞，所述的滑动活塞以下区域为储能腔，所述的中心缸筒底端外部还有连接件二。
作为本技术方案的进一步改进，一种基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的变刚度变阻尼减振器，包括倒U型外缸体，所述的倒U型外缸体顶端外部固定连接件，两端底部焊接轴销，其特征在于：还包中心缸筒，中心缸筒外侧套有旁侧缸筒，旁侧缸筒外侧设有两个对称滑道，所述的倒U型外缸体通过两个轴销滑配安装在旁侧缸筒外侧；所述的旁侧缸筒和中心缸筒之间形成旁腔，所述的中心缸筒顶端密封端盖形成内腔；所述的端盖也密封旁侧缸筒，所述的端盖上开有通孔，所述的活塞上连接的活塞杆穿过通孔延伸到倒U型外缸体内，并和倒U型外缸体内的弹簧一端相连，所述弹簧的另一端固定连接在倒U型外缸筒顶端内部；所述中心缸筒内的活塞中缠绕有通电线圈一，通电线圈一外侧的活塞上开设有流通通道，所述的中心缸筒外侧中间缠绕有通电线圈二，所述中心缸筒内的活塞下方还设有滑动活塞，所述的滑动活塞以下区域为储能腔，所述中心缸筒上还设有连通旁腔和内腔的阀门，所述的中心缸筒底端外部还连接有连接件二。
所述的内腔、旁腔、储能腔中填充有自制的微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液。
所述的弹簧由不导磁材料制作而成。
本发明巧妙运用了磁流变液的特殊性质与弹簧组合起来，由此来实时控制减振器的阻尼和刚度，从而达到最好的减振效果。而且此次发明将磁流变阻尼器与弹簧进行组合，不仅使减振器实时可变，而且还扩大了减振器的行程。当磁流变阻尼器的线圈不通电时，它的周围不会产生磁场，所以磁流变液就以流态的形式存在；当磁流变阻尼器的线圈通电饱和时，它的周围充满磁场，所以磁流变液以固态的形式存在。还可以根据需求在精确计算后向线圈输入适当的电流以达到所需的磁流变液的形态，也即减振器具体的阻尼与刚度。
本发明的优点是：
1、可以根据具体环境要求来改变减振器的阻尼，适用于很多不同情况下的环境场合，按照环境的变化所产生不同的振动情况来确定减振器的阻尼和刚度，以达到最佳的减振效果；
2、该减振器行程大，可以满足需要行程大的减振器的环境；
3、该减振器实时可控，高度智能化。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一结构剖视图；
图2为本发明的具体实施例二的改进结构剖视图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的变刚度变阻尼减振器，包括倒U型外缸体9，所述的倒U型外缸体9顶端外部固定连接件，两端底部内侧焊接有轴销，其特征在于：还包中心缸筒5，中心缸筒5外侧设有两个对称滑道10，所述的倒U型外缸体9通过轴销滑配安装在中心缸筒5外侧；所述的中心缸筒4内部设有活塞14，顶部密封端盖12，形成内腔13，端盖上设有通孔，活塞14上连接的活塞杆6穿过通孔延伸到倒U型外缸体9内，并和倒U型外缸体9内的弹簧7一端相连，弹簧7的另一端固定连接在所述的倒U型外缸体9顶端内部；所述的中心缸筒5内的活塞14中缠绕有通电线圈一4，通电线圈一4外侧的活塞上开设有流通通道3，所述的中心缸筒内5的活塞14下方还设有滑动活塞2，所述的滑动活塞2以下区域为储能腔1，所述的中心缸筒5底端外部还连接有连接件二。
作为本技术方案的进一步改进，一种基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的变刚度变阻尼减振器，包括倒U型外缸体9，所述的倒U型外缸体9顶端外部固定连接件，两端底部焊接轴销，其特征在于：还包中心缸筒5，中心缸筒5外侧套有旁侧缸筒16，旁侧缸筒16外侧设有两个对称滑道10，所述的倒U型外缸体9通过两个轴销滑配安装在旁侧缸筒16外侧；所述的旁侧缸筒16和中心缸筒5之间形成旁腔11，所述的中心缸筒5顶端密封端盖12形成内腔13；所述的端盖12也密封旁侧缸筒16，所述的端盖12上开有通孔，所述的中心缸筒5内设有活塞14，所述的活塞14上连接的活塞杆6穿过通孔延伸到倒U型外缸体9内，并和倒U型外缸体9内的弹簧7一端相连，弹簧7的另一端固定连接在所述的倒U型外缸体9顶端内部；所述中心缸筒5内的活塞14中缠绕有通电线圈一4，通电线圈一4外侧的活塞上开设有流通通道3，所述的中心缸筒5外侧中间缠绕有通电线圈二，所述中心缸筒5内的活塞14下方还设有滑动活塞2，所述的滑动活塞2以下区域为储能腔1，所述中心缸筒上还设有连通旁腔和内腔的阀门15，所述的中心缸筒5底端外部还连接有连接件二。
所述的内腔13、旁腔11、储能腔1中填充有自制的微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液。
所述的弹簧7由不导磁材料制作而成。
当活塞杆6相对于中心缸筒5运动时挤压内腔13中的磁流变液，倒U型外缸体9就会在滑道10上滑动来改变行程，当向通电线圈一4中通入一定电流后，活塞14在运动的过程中会使内腔13中的磁流变液产生变化，达到变刚度变阻尼的效果。
进一步的，当活塞杆6相对于中心缸筒5上下运动时不断挤压内腔13中的磁流变液时会引起内部体积的变化，此时滑动活塞2和蓄能腔1就会对整个阻尼器进行行程补偿，即补偿由此产生的体积变化，在中心缸筒5中可以加入通电线圈二，这样再在中心缸筒5外部增加一个旁腔11，旁腔11将中心缸筒5及其内腔13囊括起来，旁腔11中也是充满了磁流变液，当场合要求更高刚度和更大阻尼时，可以向中心缸筒5的通电线圈二通入一定的电流，此时阀门15处于打开状态，当不需要用到旁腔11中的磁流变液时，断开中心缸筒5的通电线圈4的电流，关闭阀门15即可，旁侧缸筒16则将旁腔11中的磁流变液密封于旁腔11中，当弹簧7发生弹性形变时，倒U型外部缸体9将会在旁侧缸体16的滑道10上滑动，以此来改变整个磁流变阻尼器的行程。
由于在使用时，通过连接件接收由外界的决定频率迫一定的力，该力压迫弹簧7和磁流变阻尼器，在知道了外界这个频率后，可以向通电线圈一和二中通入一定的电流，使其改变自身磁流变液的形态性质，当不通电流时，不产生磁场，磁流变液以流态形态存在；当通入饱和的电流时，产生强磁场，磁流变液以固体形态存在；当通入较少电流时，磁流变液形态介于流态和固态之间，由于阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征，阻尼力计算公式为：F=-cv，c为粘性阻尼系数，v为运动速度，磁流变液可根据环境来改变自身的阻尼，也即整个减振器可变阻尼，刚度是指材料在受力时抵抗弹性变形的能力，其计算公式为：K=F/X，F为所受到的外力，X为由于受力所产生的形变，由于有弹簧的存在所以使整个减振器具有了变刚度的特性，且因弹簧的存在使得整个减振器拥有着行程大的特点，故使得所设计的减振器可根据外界环境来改变阻尼，也可改变刚度，以此达到最佳的减振效果，且带有行程大的特点。

Claims (3)

1.一种基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的变刚度变阻尼减振器，包括倒U型外缸体，所述的倒U型外缸体顶端外部固定连接件，底部两端内侧焊接有轴销，其特征在于：还包中心缸筒，所述中心缸筒外侧设有两个对称滑道，所述的倒U型外缸体通过轴销滑配安装在中心缸筒外侧；所述的中心缸筒内部设有活塞，顶部密封有端盖，形成内腔，端盖上设有通孔，活塞上连接的活塞杆穿过通孔延伸到倒U型外缸体内，和倒U型外缸体内的弹簧一端相连，所述弹簧的另一端固定连接在倒U型外缸体顶端内部；所述中心缸筒内的活塞中缠绕有通电线圈一，通电线圈一外侧的活塞上开设有流通通道；所述中心缸筒内的活塞下方还设有滑动活塞，所述的滑动活塞以下区域为储能腔，所述的中心缸筒底端外部还连接有连接件二。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的减振器，其特征在于：所述的内腔和储能腔中填充有微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变阻尼器和弹簧组合式的减振器，其特征在于：所述的弹簧由不导磁材料制作而成。
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