CN104989775A - 阻尼可调的磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻尼可调的磁流变阻尼器，包括缸筒、活塞杆、活塞总成和阻尼调节装置，活塞总成设置于缸筒内且与活塞杆连接，阻尼调节装置包括套设于活塞杆上且位于缸筒内的隔磁罩和用于提供驱动力的驱动机构，驱动机构提供的驱动力使隔磁罩沿活塞杆轴向移动以调节罩住活塞总成时的位置。本发明的磁流变阻尼器，在缸筒内设置可移动的隔磁罩，通过调节隔磁罩的位置来屏蔽活塞总成上所设的永磁体产生的磁场，磁场的改变使得磁流变液的性质改变，从而使得阻尼器的阻尼力也得到改变，达到调节阻尼的目的。

Description

阻尼可调的磁流变阻尼器

技术领域

本发明属于阻尼器技术领域，具体地说，本发明涉及一种阻尼可调的磁流变阻尼器。

背景技术

汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺地行驶。汽车悬架性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素，因此，研究汽车振动，设计新型悬架系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。

目前，汽车的悬架系统通常采用的是主动或被动悬架，但被动悬架的弹簧的刚度和阻尼系数都是不可调整的，减振效果差，不能同时满足车辆行驶平顺性和安全性的要求。主动悬架系统虽然控制效果好，但是结构复杂、成本高、能耗大。半主动悬架系统是基于可调的阻尼器(或弹簧)，针对汽车行驶的路面情况，对悬架的参数进行实时调整，能够改善驾驶人员的乘坐舒适性，提高行驶速度，对提高汽车的机动性和平顺性有重要的意义。

磁流变阻尼器是一种以磁流变体这种新型的智能材料作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调的装置。它具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。磁流变阻尼器是一种理想的半主动控制器件，在减振控制领域具有很大的应用价值。

发明内容

本发明提供一种能够实现阻尼力可调的磁流变阻尼器。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：阻尼可调的磁流变阻尼器，包括：

缸筒；

活塞杆；

活塞总成，设置于缸筒内且与活塞杆连接；以及

阻尼调节装置，包括套设于活塞杆上且位于缸筒内的隔磁罩和用于提供驱动力的驱动机构，驱动机构提供的驱动力使隔磁罩沿活塞杆轴向移动以调节罩住活塞总成时的位置。

所述活塞总成包括套设于所述活塞杆上的活塞本体、设置于活塞本体上的永磁体和设置于活塞本体两端的隔磁盘，永磁体位于两个隔磁盘之间。

所述隔磁盘为圆形，且隔磁盘的外直径与所述活塞本体的外直径相等。

所述活塞总成还包括套设于所述活塞本体和所述隔磁盘上的密封圈。

所述阻尼调节装置还包括设置于所述隔磁罩内部的导磁罩，导磁罩内部具有容纳所述活塞总成的空腔体。

所述驱动机构包括设置于所述活塞杆上的动力输入构件和与动力输入构件连接的传动机构，传动机构的动力输出端与所述隔磁罩连接。

所述活塞杆包括空心的活塞杆体和设置于活塞杆体的内腔体中的内支架，所述传动机构包括与所述动力输入构件连接且位于活塞杆体的内腔体中的齿轮和设置于活塞杆体的侧壁上所设的滑槽中且与齿轮啮合的齿条，齿条并与所述隔磁罩连接。

所述动力输入构件为设置于所述活塞杆外部的旋钮。

本发明的磁流变阻尼器，在缸筒内设置可移动的隔磁罩，通过调节隔磁罩的位置来屏蔽活塞总成上所设的永磁体产生的磁场，磁场的改变使得通过阻尼通道的磁流变液的性质改变，从而使得阻尼器的阻尼力也得到改变，达到调节阻尼的目的。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明磁流变阻尼器的剖视图；

图2是活塞杆与活塞总成的装配图；

图3是导磁罩的剖视图；

图4是隔磁罩的剖视图；

图5是驱动机构的结构示意图；

图中标记为：

1、缸筒；2、活塞杆；201、活塞杆体；202、内支架；3、第一隔磁盘；4、活塞本体；5、永磁体；6、第二隔磁盘；7、导磁罩；71、第一罩体；72、第一端盖；73、第一小径孔；74、第一大径孔；8、隔磁罩；81、第二罩体；82、第二端盖；83、第二小径孔；84、第二大径孔；9、第一齿轮；10、第二齿轮；11、第一转盘；12、第二转盘；13、第一连杆；14、第二连杆；15、第一转轴；16、第二转轴；17、第三转轴；18、旋钮；19、密封圈；20、上吊环；21、下吊环；22、第一齿条；23、第二齿条。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种阻尼可调的磁流变阻尼器，包括缸筒1、活塞杆2、活塞总成和阻尼调节装置，缸筒1为内部中空的圆柱形筒体，缸筒1内部中空部分为储存有磁流变液的圆柱形的内腔体。活塞总成设置于缸筒1的内腔体中，活塞杆2一端插入缸筒1内与活塞总成连接，另一端伸出于缸筒1外。阻尼调节装置包括套设于活塞杆2上且位于缸筒1内的隔磁罩8和用于提供驱动力的驱动机构，驱动机构提供的驱动力使隔磁罩8沿活塞杆2轴向移动以调节罩住活塞总成时的位置。

具体地说，如图1所示，缸筒1内的活塞总成至少设有一个，活塞总成包括套设于活塞杆2上的活塞本体4、设置于活塞本体4上的永磁体5和设置于活塞本体4两端的隔磁盘，永磁体5位于两个隔磁盘之间。活塞本体4为截面呈工字型的回转体，且为柱形体，活塞本体4并与活塞杆2同轴固定连接。活塞本体4的外直径小于缸筒1的内直径，从而活塞本体4的外壁面与缸筒1的内壁面之间在径向上具有一定的间隙，该间隙形成让磁流变液通过的阻尼通道，阻尼通道使内腔体的上腔室和下腔室能够连通。由于形成的阻尼通道的开度较小，磁流变液在流经阻尼通道时，阻尼通道会产生阻尼效果。

如图1所示，活塞本体4的外壁面上设有用于容纳永磁体5的定位槽，该定位槽为在活塞本体4的外壁面上沿整个周向延伸形成的环形凹槽。永磁体5即嵌入该定位槽中固定，永磁体5为圆环形的结构。设置于活塞本体4端部的两个隔磁盘分别为第一隔磁盘3和第二隔磁盘6，第一隔磁盘3和第二隔磁盘6的结构相同，均为圆盘状结构，且第一隔磁盘3和第二隔磁盘6的外直径与活塞本体4的外直径大小相等，且三者同轴固定连接。通过在活塞本体4的各端分别设置一个隔磁盘，在两个隔磁盘的作用下，阻尼通道内的磁力线将垂直于阻尼通道内磁流变液运动的方向，从而使阻尼器能够产生较大的阻尼力。

传统的磁流变阻尼器通过内置的电磁线圈在阻尼通道内产生磁场，但是会产生故障安全和磁流变液静置沉降等问题，因此，为了提高磁流变阻尼器的综合性能，本发明的磁流变阻尼器在活塞本体4上设置永磁体5，并采用了隔磁罩8将永磁体5罩住，这样阻尼通道内便没有磁场，于是没有了阻尼力，采用这样的方式调节阻尼力大小。

作为优选的，如图1所示，活塞总成还包括套设于活塞本体4和隔磁盘上的密封圈19。该密封圈19为圆环形的结构，密封圈19包裹住第一隔磁盘3、第二隔磁盘6和活塞本体4，也即使活塞本体4上的定位槽封闭，从而也就可以防止磁流变液进入永磁体5所在的空间内。

如图1所示，阻尼调节装置还包括设置于隔磁罩8内部的导磁罩7，导磁罩7内部具有容纳活塞总成的空腔体。如图4所示，导磁罩7为柱形体，包括圆环形的第一罩体71和圆盘状的第一端盖72，第一端盖72与第一罩体71的一端固定连接，第一端盖72的中心处具有让活塞杆2穿过的第一小径孔73，第一罩体71的内部为容纳活塞总成的第一大径孔74，第一大径孔74的直径大于第一小径孔73的直径。如图5所示，隔磁罩8为柱形体，包括圆环形的第二罩体81和圆盘状的第二端盖82，第二端盖82与第二罩体81的一端固定连接，第二端盖82的中心处具有让活塞杆2穿过的第二小径孔83，第二罩体81的内部为容纳导磁罩7的第二大径孔84，第二大径孔84的直径大于第二小径孔83的直径。第一小径孔73的直径与第二小径孔83的直径大小相等，第二大径孔84的直径与第一罩体71的外直径大小相等，第一罩体71的外圆面与第二罩体81的内圆面相贴合，第一端盖72的外端面与第二端盖82的内端面相贴合，使得导磁罩7和隔磁罩8为同轴固定连接，且与活塞杆2和活塞总成同轴。

设置导磁罩7的作用为：如果没有导磁罩，当隔磁罩罩在永磁体上时，由于磁力线必须从N极返回S极，于是磁力线就有可能从隔磁罩缝隙等处漏到阻尼通道处，而产生阻尼力；当隔磁罩8内使用了导磁罩7后，在隔磁罩8内就由于有导磁罩7的导磁作用，就可以在永磁体5周围形成封闭磁场，于是在隔磁罩8的作用下，其内部磁场不会泄漏到隔磁罩8之外。总而言之，导磁罩7是为了使隔磁罩更好的隔磁，防止磁泄漏。

导磁罩7和隔磁罩8形成的外罩总成可以在驱动机构施加的驱动力作用下沿着活塞杆2的轴向进行移动，第一罩体71的开口端朝向活塞总成，外罩总成相对于活塞总成为可移动的，也就可以调节活塞总成与导磁罩7和隔磁罩8的相对位置，使导磁罩7和隔磁罩8能够将活塞总成完全罩住或者使活塞总成完全露出。

驱动机构包括设置于活塞杆2上的动力输入构件和与动力输入构件连接的传动机构，传动机构的动力输出端与隔磁罩8连接。由于隔磁罩8需沿着活塞杆2的轴向运动，因此传动机构的动力输出端输出的为驱动隔磁罩8作往复直线运动的作用力。

作为优选的，如图1和图2所示，活塞杆2包括空心的活塞杆体201和设置于活塞杆体201的内腔体中的内支架202，活塞杆体201为圆柱形结构，活塞总成和外罩总成套设于活塞杆体201上。驱动机构的动力输入构件为设置于活塞杆体201外部的旋钮18，旋钮18并位于缸筒1外。旋钮18的中心处设有第一转轴15，第一转轴15穿过活塞杆体201的伸出端侧壁上所设的通孔后支撑在内支架202上，第一转轴15与旋钮18为同轴固定连接，第一转轴15在内支架202上并为可转动的。第一转轴15的轴线与活塞杆体201的轴线相垂直，传动机构可以选用齿轮齿条机构，传动机构所包括的齿轮并设置于活塞杆体201的内腔体中。

当活塞总成仅设置一个时，传动机构的第一齿轮9的中心处设有与第一转轴15相平行的第二转轴16，如图1和图5所示，第二转轴16支撑在内支架202上，第二转轴16在内支架202上并为可转动的。第一齿轮9并通过第一连杆13与设置于第一转轴15上的第一转盘11连接，第一转盘11与第一转轴15为同轴固定连接，第一连杆13的一端与第一转盘11转动连接，第一连杆13的另一端与第一齿轮9转动连接，且第一连杆13与第一转盘11的连接点位于第一转盘11的中心外侧，第一连杆13与第一齿轮9的连接点位于第一齿轮9的中心外侧，即均为偏心的。传动机构的第一齿条22与隔磁罩8固定连接，且活塞杆体201的环形侧壁上设有容纳该第一齿条22的滑槽，滑槽为沿活塞杆体201长度方向延伸设置的长槽，滑槽对第一齿条22起到导向作用。第一齿轮9与第一齿条22啮合，当旋动缸筒1外部的旋钮18时，第一转盘11转动，通过第一连杆13带动第一齿轮9转动，第一齿轮9驱动与其啮合的第一齿条22直线移动，第一齿条22带动外罩总成沿活塞杆2轴向移动，且为朝向活塞总成所在位置处或者朝向远离活塞总成的方向移动，从而达到调节屏蔽磁场范围的目的。

当活塞总成设置有多个，如两个时，相应的外罩总成也设有两个，如图1、图2和图5所示，传动机构包括第一齿轮9、第二齿轮10、第一齿条22、第二齿条23、第一连杆13和第二连杆14，第一齿轮9与第一齿条22相配合，第二齿轮10与第二齿条23相配合，第二齿条23与位于两个活塞总成之间的隔磁罩8固定连接，第一齿条22与位于活塞总成与缸筒1端部之间的隔磁罩8固定连接。第一齿轮9通过第一连杆13与设置于第一转轴15上的第一转盘11连接，第一转盘11与第一转轴15为同轴固定连接，第一连杆13的一端与第一转盘11转动连接，第一连杆13的另一端与第一齿轮9转动连接，且第一连杆13与第一转盘11的连接点位于第一转盘11的中心外侧，第一连杆13与第一齿轮9的连接点位于第一齿轮9的中心外侧，即均为偏心的。第二齿轮10的中心处设有与第一转轴15相平行的第三转轴17，第三转轴17支撑在内支架202上，第三转轴17在内支架202上并为可转动的。第二转轴16的另一端设有第二转盘12，第二齿轮10和第二转盘12位于内支架202的同一侧，第二齿轮10通过第二连杆14与设置于第二转轴16上的第二转盘12连接，第二转盘12与第二转轴16为同轴固定连接，第二连杆14的一端与第二转盘12转动连接，第二连杆14的另一端与第二齿轮10转动连接，且第二连杆14与第二转盘12的连接点位于第二转盘12的中心外侧，第二连杆14与第二齿轮10的连接点位于第二齿轮10的中心外侧，即均为偏心的。活塞杆体201的环形侧壁上设有分别容纳第一齿条22和第二齿条23的两个滑槽，两个滑槽为沿活塞杆体201长度方向延伸设置的长槽，滑槽分别对第一齿条22和第二齿条23起到导向作用。第一齿轮9与第一齿条22啮合，第二齿轮10与第二齿条23啮合，当旋动缸筒1外部的旋钮18时，第一转盘11转动，通过第一连杆13带动第一齿轮9转动，第一齿轮9驱动与其啮合的第一齿条22直线移动，第一齿条22带动外罩总成沿活塞杆2轴向移动，且为朝向活塞总成所在位置处或者朝向远离活塞总成的方向移动；同时第二转盘12通过第二连杆14带动第二齿轮10转动，第二齿轮10驱动与其啮合的第二齿条23直线移动，第二齿条23带动与其连接的外罩总成沿活塞杆2轴向移动，且为朝向活塞总成所在位置处或者朝向远离活塞总成的方向移动，从而达到调节屏蔽磁场范围的目的。

对于设置有两个以上的活塞总成的情况，也可以采用类似于上述结构的传动机构，实现动力传递，以驱动各个外罩总成进行移动。

另外，对于设置有两个或两个以上的活塞总成的情况，也可以将与各个活塞总成相配合的外罩总成设置成运动速度不同的，这可以通过改变齿轮与齿条的传动比、连接转盘与齿轮的连杆的长度等方式实现，如同本领域技术人员所公知的那样。

上述阻尼调节装置采用齿轮齿条机构作为传动机构，使得导磁罩7的运动是线性的，从而线性的屏蔽磁场，磁场的改变使得磁流变液的性质改变，则阻尼器的阻尼力也得到改变。

本发明的磁流变阻尼器的工作原理为：

当不转动旋钮18时，上、下两个隔磁罩8位置不动，隔磁罩8不罩住永磁体5，使上、下两个活塞总成上的永磁体5充分暴露出来，于是永磁体5产生的磁场经过永磁体5的N极→活塞本体4的端部→阻尼通道→缸筒→阻尼通道→活塞本体4的另一端部→永磁体5的S极，于是阻尼通道由于有磁场作用，于是产生很强的阻尼力；此时，上、下两个活塞总成都工作，产生很强阻尼力。

当需要调节阻尼力时，可以通过将旋钮18旋转一定角度，调节两个隔磁罩8的位置，使隔磁罩8带动导磁罩7移动罩住永磁体5，当隔磁罩8和导磁罩7将活塞总成完全罩住后，隔磁罩8内的永磁体5产生的磁场被屏蔽，不能对隔磁罩8外的磁流变液产生作用，于是阻尼力减小或者不产生阻尼。

另外，通过驱动机构的设置，可以使两个隔磁罩8均处于不罩住永磁体5或者罩住永磁体5的一部分的状态，此时磁流变阻尼器产生的阻尼力最大；或者一个隔磁罩8罩住与其配合的永磁体5，另一个隔磁罩8不罩住与其配合的永磁体5，此时磁流变阻尼器产生的阻尼力比两个隔磁罩8均罩住永磁体5时产生的阻尼力要小；或者两个隔磁罩处于完全罩住永磁体5的状态，此时磁流变阻尼器产生的阻尼力最小，接近于零。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，包括：

缸筒；

活塞杆；

活塞总成，设置于缸筒内且与活塞杆连接；以及

阻尼调节装置，包括套设于活塞杆上且位于缸筒内的隔磁罩和用于提供驱动力的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞总成包括套设于所述活塞杆上的活塞本体、设置于活塞本体上的永磁体和设置于活塞本体两端的隔磁盘，永磁体位于两个隔磁盘之间。

3.根据权利要求2所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述隔磁盘为圆形，且隔磁盘的外直径与所述活塞本体的外直径相等。

4.根据权利要求2或3所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞总成还包括套设于所述活塞本体和所述隔磁盘上的密封圈。

5.根据权利要求1至4所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述阻尼调节装置还包括设置于所述隔磁罩内部的导磁罩，导磁罩内部具有容纳所述活塞总成的空腔体。

6.根据权利要求5所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述驱动机构包括设置于所述活塞杆上的动力输入构件和与动力输入构件连接的传动机构，传动机构的动力输出端与所述隔磁罩连接。

7.根据权利要求6所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞杆包括空心的活塞杆体和设置于活塞杆体的内腔体中的内支架，所述传动机构包括与所述动力输入构件连接且位于活塞杆体的内腔体中的齿轮和设置于活塞杆体的侧壁上所设的滑槽中且与齿轮啮合的齿条，齿条并与所述隔磁罩连接。

8.根据权利要求6或7所述的阻尼可调的磁流变阻尼器，其特征在于，所述动力输入构件为设置于所述活塞杆外部的旋钮。