CN106402254B - 一种内旁通道阀式磁流变液悬置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是，磁流变液单元是由外缸体构成液压腔，在外缸体中同心设置内缸筒，在外缸体与内缸筒之间形成环形流道；励磁线圈嵌装在内缸筒外周的环形凹槽中，励磁线圈产生磁场使得环形流道中的磁流变液工作在流动模式下；设置承受静载荷的橡胶单元中的橡胶主簧处在液压腔外部；由活塞杆和活塞构成活塞机构，活塞在内缸筒中的轴向移动带动液压腔中磁流变液在环形通道和内缸筒的内腔之间形成流动，实现活塞机构与磁流变液单元之间的并行作用。本发明可控磁流变液阻尼力，可控悬置的动刚度，并具有较大的阻尼力控制范围、最大化的工作行程以及较小的零场动刚度。

Description

一种内旁通道阀式磁流变液悬置

技术领域

本发明涉及利用磁流变液进行减振的技术领域，尤其涉及一种用于汽车、轮船、工程机械等发动机悬置系统的阀式磁流变液悬置。

背景技术

液压悬置目前广泛应用于汽车、轮船、工程机械等发动机悬置系统，相对于廉价的橡胶悬置，液压悬置在低频激励下表现出较大的阻尼特性，一定程度上抑制了悬置系统的振动，而在高频激励下由于阻尼孔或惯性通道堵塞，液压悬置表现出的大刚度特性恶化了悬置系统的高频隔振性能。与普通悬置液体相比，磁流变液是一种流变特性可调的智能材料，在外界磁场作用下，其粘度能够在牛顿流体和半固体状态之间快速、可逆地调节。应用磁流变液的磁流变液悬置可表现出较大的阻尼力控制范围，并且具有响应速度快、阻尼力大、结构简单、耐久性好、耗能低以及替代性好的特点，在外界磁场控制下，可以实现磁流变液悬置阻尼和动刚度的实时调节。

常见的磁流变液悬置大多在传统液压悬置的基础上，利用磁流变液替代腔内液压油，通过外加磁路的设计，实现悬置阻尼的调节。这种结构的磁流变液悬置，并没有解决高频振动时阻尼孔或惯性通道堵塞的问题，即使在添加解耦器的情况下，液体的共振依旧会增大悬置的零场动刚度；同时由于阻尼孔或惯性通道的堵塞，该结构磁流变液悬置阻尼力可调节范围受到了限制；再者由于上液腔体积较大，该结构的磁流变液悬置需使用大量的磁流变液，提高了悬置生产成本。

基于此，中国发明专利“基于挤压模式的发动机磁流变液压悬置”、公开号：CN103148158A中公开了一种用于汽车动力总成悬置系统的磁流变液挤压悬置，在该悬置中设置了上下挤压极板和惯性通道及解耦膜，上下挤压极板内的磁流变液挤压运动与惯性通道内的磁流变液流动运动互不干涉，因此即使在惯性通道堵塞的情况下，依旧能够利用磁流变液挤压运动实现较大范围内悬置动刚度的控制；但该悬置中应用的惯性通道和解耦膜结构依然没有解决高频激励时较大的零场动刚度问题。中国发明专利“基于单向挤压模式的磁流变液悬置”、公开号：CN104776153A中公开了一种单向挤压模式的磁流变液压悬置，摒弃了传统液压悬置中的阻尼孔或惯性通道结构，并且橡胶主簧与磁流变液挤压单元分离设置，仅利用磁流变液的挤压特性实现悬置动刚度的调节，有效避免了流体的高频堵塞或高频振动；但是由于磁流变的挤压工作特性受到挤压间隙大小的限制，只有当挤压间隙较小时，磁流变液的挤压效应才会比较明显，因此该悬置的应用范围受到了振动位移幅值的限制，并且在具体使用中，挤压极板的初始挤压间隙会随着预载荷的变化发生改变，进而影响到悬置的力学特性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种内旁通道阀式磁流变液悬置，针对现有技术中磁流变液悬置动刚度可控范围较低、零场动刚度较大及工作行程有限等问题，提出在不改变现有磁流变液悬置外部尺寸、磁流变液使用量的前提下，实现一种在整个工作频率范围内具有较大动刚度调节、较小零场动刚度以及最大化工作行程的磁流变液悬置，从而同时实现悬置系统较好的低频位移控制性能和有效的高频隔振性能。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点是：

设置实现阻尼控制的磁流变液单元，是由外缸体在上下两端一一对应设置上端盖和下端盖形成密闭的、体积恒定的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液；在所述外缸体内同心设置内缸筒，在所述外缸体的内侧壁与内缸筒的外侧壁之间形成有环形流道；在所述内缸筒的顶部端面与上端盖之间沿圆周间隔设置多个上隔离块，在所述内缸筒的底部端面与下端盖之间沿圆周间隔设置多个下隔离块，使所述内缸筒在液压腔内获得定位支撑；在相邻的上隔离块之间，以及在相邻的下隔离块之间，分别形成有端面流道，内缸筒的内腔通过端面流道与环形流通相通；在所述内缸筒的外侧筒壁上设置环形凹槽，励磁线圈嵌装在所述环形凹槽中，由所述励磁线圈产生的磁场经外缸体、内缸筒以及环形流道形成闭合的磁路，使得环形流道中的磁流变液工作在流动模式下；

设置承受静载荷的橡胶单元，其橡胶主簧处在液压腔的外部，由主簧螺栓固定设置在外缸体的顶端；

设置由活塞杆和活塞构成的活塞机构，活塞杆的顶端通过上基座支撑在橡胶主簧上，活塞杆贯穿上端盖、内缸筒以及下端盖，活塞杆的底端与下基座间隙配合；活塞以内缸筒的内腔为活塞腔，活塞在内缸筒中的轴向移动带动液压腔中磁流变液在环形通道和内缸筒的内腔之间形成流动，实现活塞机构与磁流变液单元之间的并行作用。

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点也在于：设置所述活塞杆为直杆，使液压腔的体积在工作过程中保持为恒定。

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点也在于：在所述活塞的外圆周面上固定设置一层可弹性变形的块状硫化橡胶垫，利用所述硫化橡胶垫，使得活塞与内缸筒的内侧壁之间在大位移时表现为滑动摩擦作用，在小位移时表现为弹性变形作用，自动实现运动阻尼的调节。

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点也在于：所述外缸体、内缸筒均由高导磁材料制成，所述上端盖、下端盖、上隔离块以及下隔离块均由非导磁材料制成。

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点也在于：在所述下端盖上分别设置有与液压腔相连通的注液孔和排气孔。

本发明内旁通道阀式磁流变液悬置的结构特点也在于：设置内缸筒的定位支撑结构为：上隔离块和下隔离块是与内缸筒的筒壁相应的弧形块，在上隔离块和下隔离块的顶部和底部均设置有插板，在内缸筒的端面上，以及在上端盖和下端盖上分别有对应位置上的插槽，利用插板和插槽的嵌插配合实现上隔离块在内缸筒与上端盖之间的装配，以及实现下隔离块在内缸筒与下端盖之间的装配。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明的结构形式使得磁流变液的有效作用面积最大化，在整个环形流道中，除了环形凹槽对应的部分，其余均为磁流变液有效作用流道，进而在同等外部结构尺寸、相同励磁激励下，本发明具有更大的可控阻尼力；或者在满足可控阻尼力要求的前提下，通过设计活塞面积与流通通道的面积比可有效地降低活塞运动速度和磁流变液流道的速度比，从而有效降低高速激励下流体粘性作用引起的悬置零场动刚度；

2、本发明使得磁流变液悬置具有较大的运动行程，结构中摒弃了电磁线圈-活塞结构，活塞仅起到引导流体运动的作用，因此活塞结构较简单，在内缸筒高度有限的情况下，可最大限度的利用内缸筒的长度；

3、本发明恒定体积液压腔的结构设计源于橡胶单元与磁流变液单元通过活塞机构连接平行作用，橡胶主簧与磁流变液没有直接接触，橡胶主簧没有参与到液压腔的构建中，因此在高频激励下，不会因为橡胶主簧的柔性特性发生流通通道的堵塞，使得悬置在高频激励时不会表现出较大的零场动刚度；

4、本发明恒定体积液压腔的结构设计使得磁流变液悬置在高频激励下具有更小的零场动刚度，环形流道中磁流变液的惯性特性使得磁流变液悬置表现出负刚度特性，和橡胶主簧的共同作用下，随着激励频率的增加，磁流变液悬置的刚度特性逐渐减小；

5、本发明在活塞的外圆周面上设置一层具有一定厚度的可弹性变形的块状硫化橡胶垫，在发动机低频大幅值位移激励下，硫化橡胶垫与内缸筒的内侧壁发生滑动摩擦，使得悬置表现出较大的阻尼特性，而在高频小幅值位移激励下，硫化橡胶垫发生弹性变形，可有效较低活塞与内缸筒内壁的摩擦力，从而提高悬置的高频隔振性能。

附图说明

图1a为本发明装配结构仰视图；图1b为图1a的A-A剖面图；

图2a为本发明装配结构俯视图；图2b为图2a的B-B剖面图；

图3a为本发明中内缸筒端面与隔离块装配结构示意图；

图3b为本发明中内缸筒端面示意图；

图3c为本发明中上隔离块示意图；

图3d为本发明中下隔离块示意图；

图4为本发明中磁路示意图；

图5a为本发明中下端盖端面示意图；图5b为图5a的C-C剖面图；

图6为本发明中内缸筒与活塞配合示意图；

图中标号：1上基座，2活塞杆，3布线孔，4外缸体，5第一导向环，6上端盖，7上隔离块，8活塞，9第二O型圈，10第二导向环，11下杆体，12注液孔，13下基座，14第二斯特封，15下端盖，16排气孔，17下隔离块，18励磁线圈，19硫化橡胶垫，20内缸筒，21第一斯特封，22密封盖螺栓 23第一O型圈，24密封盖，25硫化板，26主簧螺栓，27橡胶主簧，28下基座螺栓，29通孔。

具体实施方式

参见图1a、图1b、图2a和图2b，本实施例中内旁通道阀式磁流变液悬置的结构形式是：

设置实现阻尼控制的磁流变液单元，是由外缸体4在上下两端一一对应设置上端盖6和下端盖15形成密闭的、体积恒定的液压腔，在液压腔内充满磁流变液；在外缸体4内同心设置内缸筒20，在外缸体4的内侧壁与内缸筒20的外侧壁之间形成有环形流道；在内缸筒20的顶部端面与上端盖6之间沿圆周间隔设置多个上隔离块7，在内缸筒20的底部端面与下端盖15之间沿圆周间隔设置多个下隔离块17，使内缸筒20在液压腔内获得定位支撑；在相邻的上隔离块7之间，以及在相邻的下隔离块17之间，分别形成有端面流道，内缸筒20的内腔通过端面流道与环形流通相通；在内缸筒20的外侧筒壁上设置环形凹槽，励磁线圈18嵌装在环形凹槽中，由励磁线圈18产生的磁场经外缸体4、内缸筒20以及环形流道形成闭合的磁路，使得环形流道中的磁流变液工作在流动模式下，整个环形流道中除环形凹槽对应的部分之外，其它均为磁流变液的有效工作区域。

如图3c、图3d和图1b所示，

设置内缸筒20的定位支撑结构为：如图3c和图3d所示，上隔离块7和下隔离块17是与内缸筒20的筒壁相应的弧形块，在上隔离块7和下隔离块17的顶部和底部均设置有插板；如图3a、图3b所示，在内缸筒20的端面上，以及在上端盖6和下端盖15上分别有对应位置上的插槽，利用插板和插槽的嵌插配合实现上隔离块7在内缸筒20与上端盖6之间的装配，以及实现下隔离块17在内缸筒20与下端盖15之间的装配；上隔离块7均匀分布有三块，下隔离块17也均匀分布有三块。

设置承受静载荷的橡胶单元，其橡胶主簧27处在液压腔的外部，在橡胶主簧27的外圆周面上固定连接硫化板25，以硫化板25为法兰盘，通过主簧螺栓26将橡胶主簧27利用硫化板25固定设置在外缸体4的顶端，构成内旁通道阀式磁流变液悬置的外部结构。

如图1b和图2b所示，设置由活塞杆2和活塞8构成的活塞机构，活塞杆2的顶端与上基座1螺纹连接，活塞杆2是通过上基座1支撑在橡胶主簧27上，活塞杆2的杆体贯穿上端盖6、内缸筒20以及下端盖15，活塞杆2的底端与下基座13间隙配合；在悬置运动过程中，活塞8以内缸筒20的内腔为活塞腔，活塞8在内缸筒20中的轴向移动带动液压腔中磁流变液在环形通道和内缸筒20的内腔之间形成流动，实现活塞机构与磁流变液单元之间的并行作用；

设置活塞杆2为直杆，以使液压腔的体积在工作过程中保持为恒定；为便于装配，活塞杆2的下段是分段设置的下杆体11，下杆体11与活塞杆2为相同直径，活塞杆2和下杆体11分别与活塞8螺纹连接，构成活塞机构，下杆体11的底端与下基座13形成间隙配合，下基座13利用下基座螺栓28固定连接在下端盖15上。

具体实施中，相应的结构形式也包括：

外缸体4和内缸筒19均由高导磁材料制成，活塞8、活塞杆2、下杆体11、上端盖6、下端盖15、上隔离块7以及下隔离块17均由非导磁材料制成，可以是不锈钢制品或铝制品。

图5a和图5b所示，在下端盖15上分别设置有与液压腔相连通的注液孔12和排气孔16。

图1b、图2b和图6所示，在活塞8的外圆周面上固定设置一层可弹性变形的块状硫化橡胶垫19，利用硫化橡胶垫19，使得在活塞8与内缸筒20的内侧壁之间在大位移时表现为滑动摩擦作用，在小位移时表现为弹性变形作用，自动实现运动阻尼的调节。

在外缸体4与上端盖6之间，以及在外缸体4与下端盖15之间为螺纹连接以形成液压腔，并构成磁流变液单元的基本结构框架；由于下端盖15与外缸体4之间为螺纹连接，为了保证装配，设置在下端盖15上的、用于嵌插下隔离块17上的插板的插槽应设置为环形插槽，如图5a所示，使得在实施外缸体4与下端盖15之间的螺纹连接时，下隔离块17的插板能够沿环形插槽滑移；图3c所示，在任意一块上隔离块7上设置有通孔29，对应位置的内缸筒的筒壁上、上端盖6以及密封盖24上设置有布线孔3，连接导线在通孔29及布线孔3中走线，为励磁线圈18提供工作电源。

为保证液压腔的密闭性，如图1b和2b所示，第一导向环5和第一斯特封21用于活塞杆2的导向和滑动密封，第二导向环10和第二斯特封14用于下杆体11的导向和滑动密封，第一O型圈23和第二O型圈9用于静态密封，密封盖24用于第一斯特封21的定位和安装，下基座13用于第二斯特封14的定位和安装，密封盖24通过密封盖螺栓22与上端盖6固定连接。

外部振动带动活塞杆上下运动，使得磁流变液在环形流道内流动，设定较小的活塞面积与流道的面积比，可以有效地降低环形流道内磁流变液流速与活塞运动的速度比，进而在零场状态下，使得内旁通道阀式磁流变液悬置表现出较小的阻尼特性，并且简单的活塞结构也使得在紧凑结构下悬置具有较大的运动行程；利用环形流道内磁流变液的惯性特性，磁流变液具有一定的负刚度特性，即随着激励频率的增加，内旁通道阀式磁流变液悬置的刚度逐渐降低，从而在高频激励下获得较小的动刚度；同时在环形流道内，除了环形凹槽对应的部分，其余均为磁流变液有效作用流通通道，在一定的励磁电流作用范围内，内旁通道阀式磁流变液悬置具有较大的动刚度可控范围；硫化橡胶垫可有效降低活塞与内缸筒内壁间摩擦力对悬置系统高频隔振性能的影响。

Claims (6)

1.一种内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：

设置实现阻尼控制的磁流变液单元，是由外缸体(4)在上下两端一一对应设置上端盖(6)和下端盖(15)形成密闭的、体积恒定的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液；在所述外缸体(4)内同心设置内缸筒(20)，在所述外缸体(4)的内侧壁与内缸筒(20)的外侧壁之间形成有环形流道；在所述内缸筒(20)的顶部端面与上端盖(6)之间沿圆周间隔设置多个上隔离块(7)，在所述内缸筒(20)的底部端面与下端盖(15)之间沿圆周间隔设置多个下隔离块(17)，使所述内缸筒(20)在液压腔内获得定位支撑；在相邻的上隔离块(7)之间，以及在相邻的下隔离块(17)之间，分别形成有端面流道，内缸筒(20)的内腔通过端面流道与环形流道相通；在所述内缸筒(20)的外侧筒壁上设置环形凹槽，励磁线圈(18)嵌装在所述环形凹槽中，由所述励磁线圈(18)产生的磁场经外缸体(4)、内缸筒(20)以及环形流道形成闭合的磁路，使得环形流道中的磁流变液工作在流动模式下；

设置承受静载荷的橡胶单元，其橡胶主簧(27)处在液压腔的外部，由主簧螺栓(26)固定设置在外缸体的顶端；

设置由活塞杆(2)和活塞(8)构成的活塞机构，活塞杆(2)的顶端通过上基座(1)支撑在橡胶主簧(27)上，活塞杆(2)贯穿上端盖(6)、内缸筒(20)以及下端盖(15)，活塞杆(2)的底端与下基座(13)间隙配合；活塞(8)以内缸筒(20)的内腔为活塞腔，活塞(8)在内缸筒(20)中的轴向移动带动液压腔中磁流变液在环形流道和内缸筒(20)的内腔之间形成流动，实现活塞机构与磁流变液单元之间的并行作用。

2.根据权利要求1所述的内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：设置所述活塞杆(2)为直杆，使液压腔的体积在工作过程中保持为恒定。

3.根据权利要求1所述的内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：在所述活塞(8)的外圆周面上固定设置一层可弹性变形的块状硫化橡胶垫(19)，利用所述硫化橡胶垫(19)，使得活塞(8)与内缸筒(20)的内侧壁之间在大位移时表现为滑动摩擦作用，在小位移时表现为弹性变形作用，自动实现运动阻尼的调节。

4.根据权利要求1所述的内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：所述外缸体(4)、内缸筒(20)均由高导磁材料制成，所述上端盖(6)、下端盖(15)、上隔离块(7)以及下隔离块(17)均由非导磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：在所述下端盖(15)上分别设置有与液压腔相连通的注液孔(12)和排气孔(16)。

6.根据权利要求1所述的内旁通道阀式磁流变液悬置，其特征是：设置内缸筒(20)的定位支撑结构为：上隔离块(7)和下隔离块(17)是与内缸筒(20)的筒壁相应的弧形块，在上隔离块(7)和下隔离块(17)的顶部和底部均设置有插板，在内缸筒(20)的端面上，以及在上端盖(6)和下端盖(15)上分别有对应位置上的插槽，利用插板和插槽的嵌插配合实现上隔离块(7)在内缸筒(20)与上端盖(6)之间的装配，以及实现下隔离块(17)在内缸筒(20)与下端盖(15)之间的装配。