CN105508494A - 抗冲击磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗冲击磁流变阻尼器，包括：缸体、活塞、线圈、第一端盖和第二端盖，缸体的内部形成有内筒，缸体的外周壁沿缸体的轴线方向形成有多条外凸的凸条，凸条的两端部之间形成有多条节流通道，每条节流通道的两端口分别与内筒连通，每个铁芯上设置有线圈，铁芯和线圈位于安装槽中；第一端盖密封住缸体的一端口，第二端盖密封住缸体的另一端口，第一端盖和第二端盖遮盖住内筒和节流通道，第一端盖上开设有第一密封孔，活塞滑动设置在内筒中，活塞的活塞杆插在第一密封孔中，内筒和节流通道中填充有磁流变液。实现提高抗冲击磁流变阻尼器在高速冲击下的缓冲性能，以扩大抗冲击磁流变阻尼器的应用范围。

Description

抗冲击磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及机械设备，尤其涉及一种抗冲击磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变液具有可控性、可逆性和快速响应性等突出优点。使用磁流变液制成的磁流变阻尼器是实现振动或冲击半主动控制的理想元件。磁流变液(MagnetorheologicalFluids，MRFs)属于智能材料的一种。其主要组成成分包括基液和铁磁性颗粒。基液可以是矿物油、合成油、水和乙二醇等。铁磁性颗粒的直径一般是微米级的。商用磁流变液还包含改善润滑特性和防止重力沉降的添加剂等。当没有外加磁场时，磁流变液是一种可以自由流动的流体；当对其施加磁场的作用时，其流变学特性，如剪切屈服应力、黏度等，会在毫秒级的时间内发生显著变化，而且这种变化是可逆的。当使用电磁铁提供磁场时，磁流变液的剪切屈服强度就可以通过改变电磁铁线圈中电流大小来加以控制。而基于磁流变效应制成的磁流变阻尼器(Magnetorheologicaldamper，MRdamper)是所有磁流变器件中研究最为广泛和深入的一种。

现有技术中的磁流变阻尼器在用于高速冲击缓冲控制时存在一定局限性。具体来说磁流变阻尼器的节流通道的横截面积与活塞的大小及阻尼器的其它尺寸是关联的，不能独立设计。节流通道横截面积较小的情况下，活塞相对运动速度较大时，磁流变液会以很高的流速流经节流通道，产生很大的不可控的黏性阻尼力，使得磁流变阻尼器在高速冲击下的缓冲性能降低，不适用于高速冲击缓冲控制，导致现有技术中磁流变阻尼器的应用范围较窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种抗冲击磁流变阻尼器，解决现有技术中磁流变阻尼器在高速冲击下的缓冲性能降低的缺陷，实现提高抗冲击磁流变阻尼器在高速冲击下的缓冲性能，以扩大抗冲击磁流变阻尼器的应用范围。

本发明提供的技术方案是，一种抗冲击磁流变阻尼器，包括：缸体、活塞、线圈、第一端盖和第二端盖，所述缸体的内部形成有内筒，所述缸体的外周壁沿所述缸体的轴线方向形成有多条外凸的凸条，所述凸条的两端部之间形成有多条节流通道，每条所述节流通道的两端口分别与所述内筒连通，相邻两条所述凸条之间形成安装槽，并且，相邻两条所述凸条之间还形成有铁芯，每个所述铁芯上设置有线圈，所述铁芯和所述线圈位于所述安装槽中；所述第一端盖密封住所述缸体的一端口，所述第二端盖密封住所述缸体的另一端口，所述第一端盖和所述第二端盖遮盖住所述内筒和所述节流通道，所述第一端盖上开设有第一密封孔，所述活塞滑动设置在所述内筒中，所述活塞的活塞杆插在所述第一密封孔中，所述内筒和所述节流通道中填充有磁流变液。

进一步的，所述凸条的两端部之间形成有多条所述节流通道呈放射状分布。

进一步的，相邻两条所述凸条之间沿所述缸体的轴线方向形成有多条所述铁芯。

进一步的，多个所述线圈串联设置；或者，多个所述线圈并联设置。

进一步的，所述第一端板上还设置有蓄能器，所述蓄能器与所述内筒连通，所述蓄能器中充满惰性气体。

进一步的，所述活塞杆贯穿所述活塞，所述第二端盖上还开设有第二密封孔，所述活塞杆的一端部插在所述第一密封孔中，所述活塞杆的另一端部插在所述第二密封孔中。

进一步的，所述活塞杆的一端部设置有第一关节轴承，所述第二端盖上固定设置有套筒，所述活塞杆的另一端部还插在所述套筒中，所述套筒上还设置有第二关节轴承。

进一步的，所述第一关节轴承与所述活塞杆之间还设置有力传感器。

进一步的，所述套筒中还设置有位移传感器，所述活塞杆的另一端部设置有与所述位移传感器配合的动铁芯。

进一步的，所述缸体外设置有散热片。

本发明提供的抗冲击磁流变阻尼器，通过在缸体中形成内筒用于与活塞配合滑动，而缸体的外周壁形成的凸条形成有与内筒连通的多条节流通道，而活塞在内筒中滑动过程中，内筒被活塞分隔成的两部分空间中的磁流变液经由多条节流通道流动，节流通道的宽度不与缸体的尺寸直接相关，可以根据需要设计，可以进一步的增大节流通道的宽度，显著降低节流通道内磁流变液的流速，有效的降低磁流变液的黏性阻尼力，在保持可控阻尼力和摩擦阻尼力大小不变的情况下，可控阻尼力占整个阻尼器阻尼力的比重显著提高，扩大抗冲击磁流变阻尼器的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例的结构示意图；

图2为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例的剖视图；

图3为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例中缸体与线圈的组装图；

图4为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例中缸体的结构示意图一；

图5为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例中缸体的结构示意图二；

图6为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例中缸体的结构示意图三；

图7为本发明抗冲击磁流变阻尼器实施例的局部剖视图。

附图标记：1、关节轴承；2、活塞杆；3、第一端盖；4、锁紧螺母；5、锁紧螺杆；6、线圈；7、凸条；8、缸体；9、磁流变液；10、第二端盖；11、套筒；12、活塞杆动密封；13、节流通道；14、端盖静密封圈；15、下腔室；16、活塞动密封；17、活塞；18、上腔室；19、内筒；20、蓄能器；21、铁芯；22、散热片；23、力传感器；24、位移传感器；25、安装槽；26、动铁芯。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1-图4所示，本实施例抗冲击磁流变阻尼器，包括：缸体8、活塞17、线圈6、第一端盖3和第二端盖10，所述缸体8的内部形成有内筒19，所述缸体8的外周壁沿所述缸体8的轴线方向形成有多条外凸的凸条7，所述凸条7的两端部之间形成有多条节流通道13，每条所述节流通道13的两端口分别与所述内筒19连通，相邻两条所述凸条7之间形成安装槽25，并且，相邻两条所述凸条7之间还形成有铁芯21，每个所述铁芯21上设置有线圈6，所述铁芯21和所述线圈6位于所述安装槽25中；所述第一端盖3密封住所述缸体8的一端口，所述第二端盖10密封住所述缸体8的另一端口，所述第一端盖3和所述第二端盖10遮盖住所述内筒19和所述节流通道13，使得内筒19和所述节流通道13位于缸体8、第一端盖3和所述第二端盖10之间形成密封空间中，所述第一端盖3上开设有第一密封孔(未图示)，所述活塞17滑动设置在所述内筒19中，所述活塞17的活塞杆2插在所述第一密封孔中，所述内筒19和所述节流通道13中填充有磁流变液9。

具体而言，本实施例抗冲击磁流变阻尼器中的缸体8形成有一体结构的内筒19、凸条7和铁芯21，活塞17将内筒19分隔成上腔室18和下腔室15。一体式设计的缸体8同时包含了内筒19、节流通道13和线圈铁芯21等功能结构；内筒19与活塞17之间滑动配合，保证活塞杆2与缸体8相对运动时，磁流变液9通过节流通道13在上腔室18和下腔室15之间交换流动，而不会流过活塞17与内筒19之间的缝隙；内筒19外侧设计有成组的节流通道13，磁流变液9流经节流通道13形成的狭缝时，在外加磁场作用下实现磁流变效应；而缸体8上一体成型的铁芯21可以保证磁力线方向垂直于磁流变液9流动方向。缸体8的一体式结构可以最大限度减少阻尼器零件数量，保证阻尼器结构的紧凑，减少需要密封的连接面，减少磁流变液的泄露。其中，在实际加工过程中，缸体8中的内筒可以采用钻孔或铣出的方式加工而成，而凸条7可以通过在缸体8的外部先铣出安装槽25便形成凸条7和铁芯21，凸条7两端部之间形成的节流通道13可以采用线切割的方式加工而成，本实施例抗冲击磁流变阻尼器对缸体8的加工过程不做限制。另外，第一端盖3、第二端盖10与缸体8之间采用端盖静密封14，由锁紧螺母4与锁紧螺栓5提供的压紧力实现紧密配合；第一端盖3、第二端盖10与活塞杆2之间通过活塞杆动密封12实现滑动密封，防止磁流变液9的泄露。

本实施例中的节流通道13形成的狭缝的长度方向为阻尼器轴向，节流通道13形成的狭缝的宽度方向为阻尼器的径向，节流通道13形成的狭缝间隙尺寸大小的设计与磁场的设计相关联，节流通道13的间隙尺寸的大小一般在1mm左右，可以通过慢走丝电火花线切割进行加工，这样既可以保证狭缝的尺寸精度，又可以保证狭缝内侧面的表面质量；整个节流通道13长度上都有均匀的磁力线分布，因此磁流变液9在整个节流通道区域内都可以产生磁流变效应，称为全节流通道有效。对于线圈6的安装，相同结构尺寸的多个线圈6安置于缸体8上的铁芯21上并沿阻尼器的周向和轴向规则分布，例如：同一水平面内设置的四个线圈6构成一层，阻尼器需要的线圈6层数跟阻尼器的行程要求和磁场分布有关，可以是单层或者多层结构。同一层上四个线圈6的绕向和连接方式需要保证每个线圈6产生的磁力线方向相同，即在节流通道13产生的磁通量相互叠加，以使磁流变液9获得最大的磁流变效应；不同层线圈6的绕向和通电方向同样需要保证不同层相邻线圈6产生的磁力线方向相同。不同的单个线圈6之间可以采用串联或者并联方式，串联方式实现简单，但是线圈6磁化时间增大，不利于阻尼器控制；采用并联方式可以提高阻尼器响应速度，有利于高速冲击缓冲控制。线圈6与外部驱动电源相连，当线圈6中通电时，会在节流通道13内产生垂直于磁流变液9流动方向的磁力线，磁流变液9在垂直于流动方向的磁场的作用下会产生最强的磁流变效应。线圈6安置于阻尼器的外部，保证制作和更换的方便；线圈6外置不与磁流变液直接接触，可以防止线圈6通电后产生的热量直接加热磁流变液9而造成阻尼器工作的不稳定。

进一步的，所述第一端板3上还设置有蓄能器20，所述蓄能器20与所述内筒19连通，所述蓄能器20中充满惰性气体。具体的，蓄能器20中充满高压惰性气体并穿过第一端盖3与磁流变液9直接连通，可以补偿少量泄露或者热胀冷缩造成的磁流变液9体积变化。此外，蓄能器20压力的存在可以防止磁流变液9反复流动和升温过程中可能发生的溶解气体析出。活塞17安装在活塞杆2上，活塞杆2的两端部位于活塞17的两侧，所述第二端盖10上还开设有第二密封孔，活塞杆2的一端部插在所述第一密封孔中，另一端部插在所述第二密封孔中，活塞杆2的一端部上设置有关节轴承1，所述第二端盖上固定设置有套筒11，活塞杆2另一端部插在所述套筒11中，所述套筒11上也设置有关节轴承1，通过关节轴承1便于本实施例抗冲击磁流变阻尼器与外部设备连接使用。如图7所示，第一端盖3上的关节轴承1与对应的所述活塞杆2之间还设置有力传感器23，而所述套筒11中还设置有位移传感器24，所述活塞杆2的另一端部设置有与所述位移传感器24配合的动铁芯26。具体的，在关节轴承1和活塞杆2之间串联一个力传感器23，用于检测阻尼器的输出力的大小；在活塞杆2与套筒11之间安置一个位移传感器24，用于测量活塞杆2与缸体8之间的相对位移，检测到的输出力和相对位移信号，作为后续冲击缓冲控制的输入信号。如图5所述，为了提高散热能力，缸体8外设置有散热片22；如图6所示，缸体8可以根据需要加长，同时线圈6的层数相应增加，这样使阻尼器的行程更大，适用于大行程的振动控制或者冲击缓冲应用场合。

本发明涉及的抗冲击磁流变阻尼器的磁流变液9工作于流动模式下，线圈6中通电的条件下，其阻尼力包含三部分：由磁流变液9的流动产生的黏性阻尼力F_η，由磁流变液9发生磁流变效应产生的可控阻尼力(库伦阻尼力)F_τ，和活塞杆、活塞的动密封产生的摩擦阻尼力F_f。其中，黏性阻尼力简要计算公式为：可控阻尼力简要计算公式为：各参数的定义如下：D为内筒19内径，即活塞17外径；d为活塞杆2直径；h为节流通道13的狭缝尺寸大小；w′为节流通道13的宽度；w为总的节流通道宽度；l为节流通道13长度；A_p为有效活塞面积，π(D²-d²)/²；V_p为活塞17相对缸体8的运动速度；V₀为节流通道13内磁流变液9的流动速度；η为磁流变液9屈服后的黏度；τ₀为磁流变液9磁场作用下的剪切屈服强度；由磁流变液体积守恒，即活塞17推动磁流变液9的体积等于流过节流通道磁流变液9的体积，则有：A_pV_p＝hwV₀。由上式可知，在活塞17有效面积A_p和活塞17相对速度V_p一定的情况下，节流通道13截面面积hw越大，则磁流变液9的流速V₀越小，对应的黏性阻尼力就越小，而可控阻尼力不受影响，因为其数值与磁流变液9的流速V₀无关。由于节流通道13的狭缝尺寸大小h与磁场的设计密切相关，不能单独任意设计。要增大截面面积hw，就需要尽可能增加节流通道的总宽度w。而现有抗冲击磁流变阻尼器中，总的节流通道宽度w往往与阻尼器的结构尺寸相互关联而无法根据需要进行设计。优选的，多条节流通道13在缸体8周向上呈放射状分布，大大增加了总的节流通道宽度w。因此，抗冲击磁流变阻尼器可以显著降低节流通道13内磁流变液9的流速V₀，从而降低不可控的黏性阻尼力F_η的大小，在保持可控阻尼力F_τ和摩擦阻尼力F_f大小不变的情况下，可控阻尼力占整个阻尼器阻尼力的比重λ显著提高，而更高的可控阻尼力占比λ正是高速冲击缓冲控制的关键。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，包括：缸体、活塞、线圈、第一端盖和第二端盖，所述缸体的内部形成有内筒，所述缸体的外周壁沿所述缸体的轴线方向形成有多条外凸的凸条，所述凸条的两端部之间形成有多条节流通道，每条所述节流通道的两端口分别与所述内筒连通，相邻两条所述凸条之间形成安装槽，并且，相邻两条所述凸条之间还形成有铁芯，每个所述铁芯上设置有线圈，所述铁芯和所述线圈位于所述安装槽中；所述第一端盖密封住所述缸体的一端口，所述第二端盖密封住所述缸体的另一端口，所述第一端盖和所述第二端盖遮盖住所述内筒和所述节流通道，所述第一端盖上开设有第一密封孔，所述活塞滑动设置在所述内筒中，所述活塞的活塞杆插在所述第一密封孔中，所述内筒和所述节流通道中填充有磁流变液。

2.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述凸条的两端部之间形成有多条所述节流通道呈放射状分布。

3.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，相邻两条所述凸条之间沿所述缸体的轴线方向形成有多条所述铁芯。

4.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，多个所述线圈串联设置；或者，多个所述线圈并联设置。

5.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述第一端板上还设置有蓄能器，所述蓄能器与所述内筒连通，所述蓄能器中充满惰性气体。

6.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞杆贯穿所述活塞，所述第二端盖上还开设有第二密封孔，所述活塞杆的一端部插在所述第一密封孔中，所述活塞杆的另一端部插在所述第二密封孔中。

7.根据权利要求6所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述活塞杆的一端部设置有第一关节轴承，所述第二端盖上固定设置有套筒，所述活塞杆的另一端部还插在所述套筒中，所述套筒上还设置有第二关节轴承。

8.根据权利要求7所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述第一关节轴承与所述活塞杆之间还设置有力传感器。

9.根据权利要求6所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述套筒中还设置有位移传感器，所述活塞杆的另一端部设置有与所述位移传感器配合的动铁芯。

10.根据权利要求1所述的抗冲击磁流变阻尼器，其特征在于，所述缸体外设置有散热片。