CN105799438A - 一种刚度可调衬套 - Google Patents

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崔双
张玉新
郭孔辉
刘刚
杨益
陈栋
郝英其
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种刚度可调衬套，包括内外同轴安装的内筒和外套筒，内筒外部同轴安装有磁流变弹性体，磁流变弹性体和外套筒设置有若干个铁芯，每个铁芯上缠绕着励磁线圈，用于提供磁场；铁芯与外套筒之间嵌入支架，所述的铁芯与外套筒的两侧端面设置有挡板；所述的外套筒、铁芯和内筒使用软磁材料，支架和挡板使用隔磁材料，以形成闭合的磁路；所述的磁流变弹性体由橡胶基体和软磁性铁粉颗粒在磁场下固化而成，其颗粒链沿衬套径向分布，调节电流实现其力学性能的变化。本发明结构简单，可以缓解传统液压衬套的动态硬化、稳定性差等缺点，能实现最优衬套刚度的实时调节，对提高汽车的平顺性、操纵稳定性具有积极作用。

Description

一种刚度可调衬套
技术领域
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种用于车辆悬架的刚度可调衬套。
背景技术
衬套作为悬架联接处的缓冲元件，能够减振降噪、弥补制造公差、调节悬架的运动学特性和弹性运动学特性等。合理的衬套设计能改善汽车的操纵稳定性、平顺性及整体性能。有别于传统的悬架衬套，现有的刚度可调的悬架衬套在一定程度上能加强悬架对一定频率或频率段振动的衰减，但尚有些不足之处，如半主动液压衬套结构复杂且其动态硬化明显，磁流变液(电流变液)式半主动液压衬套性能会随着液体流失而退化；上述不足限制了刚度可调衬套在汽车上的应用。因此，刚度可调、结构简单、性能稳定的悬架衬套成为研究热点。
磁流变弹性体是一种智能材料，由橡胶基体和铁粉颗粒在一定磁场下固化而成，是磁流变液的固体模拟，其力学、电学、磁学等性能可由外加磁场实时控制。本发明充分利用磁流变弹性体刚度可调、零场刚度低以及其固体属性，发明了刚度可调的悬架衬套。
发明内容
针对现有技术中的技术缺陷，本发明提供一种结构简单、刚度连续可调的悬架衬套，缓解传统液压衬套的动态硬化，克服磁流变液(或电流变液)式半主动液压衬套稳定性差的缺点，其响应快，结构简单且成本相对低廉，能实现最优衬套刚度的实时调节，对提高汽车的平顺性、操纵稳定性具有积极作用。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种刚度可调衬套，包括内外同轴安装的内筒6和外套筒1，内筒6外部同轴安装有磁流变弹性体5，磁流变弹性体5和外套筒1设置有若干个铁芯3，每个铁芯3上缠绕着励磁线圈2，用于提供磁场；
可选地，所述的铁芯3与外套筒1紧配合，并通过外套筒1内壁上的定位槽实现定位；
可选地，在铁芯3与外套筒1之间嵌入支架4，对铁芯3进行支撑固定；
可选地，所述的铁芯3与外套筒1的两侧端面设置有挡板7，防止铁芯3轴向窜动；
所述的外套筒1、铁芯3和内筒6使用软磁材料，支架4和挡板7使用隔磁材料，以形成闭合的磁路；
作为一种实施方案，本发明具有4组铁芯3及对应励磁线圈2，此时所述的外套筒1、铁芯3、内筒6和磁流变弹性体5之间共形成4个闭合磁路A、B、C和D，实现磁流变弹性体5内部磁场的均匀分布；
可选地，所述的磁流变弹性体5由橡胶基体和软磁性铁粉颗粒在磁场下固化而成，其颗粒链沿衬套径向分布，调节电流实现其力学性能的变化；
可选的，线圈2和铁芯3可以依据衬套使用要求选取合适的数量；
可选的，内筒6外侧设置有永磁体，实现磁流变弹性体衬套磁场的有偏设计。
一种紧凑型刚度可调衬套，包括内外同轴安装的内筒6和外套筒1，内筒6和外套筒1之间安装有磁流变弹性体5，外套筒1两端同轴安装有两个励磁线圈2，用于提供磁场；
所述的励磁线圈2内侧与内筒6之间留有一定距离，以保证内筒6与外套筒1之间发生相对运动时不至于与励磁线圈2接触；所述的内筒6和外套筒1使用软磁材料；
所述的内筒6、磁流变弹性体5和外套筒1之间共形成2个闭合的磁路E和F，实现磁流变弹性体5内部磁场的均匀分布。
本发明的工作过程如下：
当给励磁线圈2施加电流时，衬套内形成相应的闭合磁路，通过控制电流改变磁场强度来实时调节磁流变弹性体5的力学性能，进而实现衬套刚度的连续调节；
依据汽车的运行工况和性能要求，控制衬套内励磁线圈2的电流强度，实现最优衬套刚度的在线实时调节，进而提高汽车的操纵稳定性、平顺性及整体性能。
本发明的有益效果在于：
本发明利用磁流变弹性体刚度可调特性及其本身的固体属性，实现了衬套刚度的实时调节；由于磁流变弹性体零场刚度较小，可降低衬套的动态硬化；由于衬套在各种机械装置中应用广泛，本发明的刚度可调衬套还可应用于工业机器人、行走机器人以及其他机械构造领域中；本发明结构简单紧凑，应用范围广，性能稳定且成本相对低廉。
附图说明
图1为本发明的刚度可调衬套的径向剖面图；
图2为本发明的刚度可调衬套的轴向剖面图；
图3为本发明的刚度可调衬套的磁场分布示意图；
图4为本发明的紧凑型刚度可调衬套的轴向剖面图；
图5为本发明的紧凑型刚度可调衬套的磁场分布示意图；
图中：
1、外套筒，2、励磁线圈，3、铁芯，4、支架，5、磁流变弹性体，6、内筒，7、挡板，
1a、1b、1c和1d均为定位槽，
A、B、C、D、E和F均为闭合磁路，N、闭合磁路的N极，S、闭合磁路的S极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1和图2为本发明的第一实施例，包括内外同轴安装的内筒6和外套筒1，内筒6外部同轴安装有磁流变弹性体5，磁流变弹性体5和外套筒1设置有若干个铁芯3，每个铁芯3上缠绕着励磁线圈2，用于提供磁场；
所述的铁芯3与外套筒1紧配合，并通过外套筒1内壁上的定位槽实现定位；在铁芯3与外套筒1之间嵌入支架4，对铁芯3进行支撑固定；所述的铁芯3与外套筒1的两侧端面设置有挡板7，防止铁芯3轴向窜动；
所述的外套筒1、铁芯3和内筒6使用软磁材料，支架4和挡板7使用隔磁材料，以形成闭合的磁路；
作为一种实施方案，本发明具有4组铁芯3及对应励磁线圈2，此时所述的外套筒1、铁芯3、内筒6和磁流变弹性体5之间共形成4个闭合磁路A、B、C和D，如图3所示，实现磁流变弹性体5内部磁场的均匀分布；
所述的磁流变弹性体5由橡胶基体和软磁性铁粉颗粒在磁场下固化而成，其颗粒链沿衬套径向分布，调节电流实现其力学性能的变化；
线圈2和铁芯3可以依据衬套使用要求选取合适的数量；内筒6外侧设置有永磁体，实现磁流变弹性体衬套磁场的有偏设计。
图4为本发明的另一实施例，该紧凑型刚度可调衬套包括内外同轴安装的内筒6和外套筒1，内筒6和外套筒1之间安装有磁流变弹性体5，外套筒1两端同轴安装有两个励磁线圈2，用于提供磁场；
所述的励磁线圈2内侧与内筒6之间留有一定距离，以保证内筒6与外套筒1之间发生相对运动时不至于与励磁线圈2接触；所述的内筒6和外套筒1使用软磁材料；
所述的内筒6、磁流变弹性体5和外套筒1之间共形成2个闭合的磁路E和F，实现磁流变弹性体5内部磁场的均匀分布，如图5所示。
本发明的两个实施例的工作过程基本相同，即：
当给励磁线圈2施加电流时，衬套内形成相应的闭合磁路，通过控制电流改变磁场强度来实时调节磁流变弹性体5的力学性能，进而实现衬套刚度的连续调节；
依据汽车的运行工况和性能要求，控制衬套内励磁线圈2的电流强度，实现最优衬套刚度的在线实时调节，进而提高汽车的操纵稳定性、平顺性及整体性能。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种刚度可调衬套，包括内外同轴安装的内筒(6)和外套筒(1)，其特征在于：
所述的内筒(6)外部同轴安装有磁流变弹性体(5)，磁流变弹性体(5)和外套筒(1)设置有若干个铁芯(3)，每个铁芯(3)上缠绕着励磁线圈(2)。
2.根据权利要求1所述的一种刚度可调衬套，其特征在于：
所述的铁芯(3)与外套筒(1)紧配合，并通过外套筒(1)内壁上的定位槽进行定位；在铁芯(3)与外套筒(1)之间嵌入支架(4)，对铁芯(3)进行支撑固定；所述的铁芯(3)与外套筒(1)的两侧端面设置有挡板(7)，防止铁芯(3)轴向窜动。
3.根据权利要求2所述的一种刚度可调衬套，其特征在于：
所述的外套筒(1)、铁芯(3)和内筒(6)采用软磁材料，支架(4)和挡板(7)使用隔磁材料，以形成闭合磁路。
4.根据权利要求1所述的一种刚度可调衬套，其特征在于：
所述的磁流变弹性体(5)由橡胶基体和软磁性铁粉颗粒在磁场下固化而成，其颗粒链沿衬套径向分布。
5.根据权利要求1所述的一种刚度可调衬套，其特征在于：
所述的内筒(6)外侧设置有永磁体，实现磁场的有偏设计。
6.一种紧凑型刚度可调衬套，包括内外同轴安装的内筒(6)和外套筒(1)，其特征在于：
所述的内筒(6)和外套筒(1)之间安装有磁流变弹性体(5)，外套筒(1)两端同轴安装有两个励磁线圈(2)。
7.根据权利要求6所述的一种紧凑型刚度可调衬套，其特征在于：
所述的励磁线圈(2)内侧与内筒(6)之间留有距离。
8.根据权利要求6所述的一种紧凑型刚度可调衬套，其特征在于：
所述的内筒(6)和外套筒(1)使用软磁材料；所述的内筒(6)、磁流变弹性体(5)和外套筒(1)之间形成闭合磁路。
9.根据权利要求6所述的一种紧凑型刚度可调衬套，其特征在于：
所述的磁流变弹性体(5)由橡胶基体和软磁性铁粉颗粒在磁场下固化而成，其颗粒链沿衬套径向分布。
10.根据权利要求6所述的一种紧凑型刚度可调衬套，其特征在于：
所述的内筒(6)外侧设置有永磁体，实现磁场的有偏设计。
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