CN106594159B - 一种实现三向隔振的磁流变复合悬置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，用于实现刚度控制的磁流变弹性体单元，以及承受静载荷的橡胶单元；在磁流变弹性体单元中活塞杆与端盖之间通过弹性体弹性连接；在磁流变液单元的液压腔中设置活塞，励磁线圈嵌装在活塞外周的环形凹槽中，励磁线圈产生的磁场经缸体、活塞以及二者间间隙形成闭合磁路，作用于磁流变液；励磁线圈产生的磁场还作用于上弹性体和/或下弹性体；实现磁流变液单元、磁流变弹性体单元以及橡胶单元的并行作用。本发明实现了悬置系统的三向隔振，其综合应用磁流变液粘度可控性和磁流变弹性体弹性模量可控性，同时实现磁流变复合悬置的三向刚度和阻尼的可控。

Description

一种实现三向隔振的磁流变复合悬置

技术领域

本发明涉及利用磁流变液和磁流变弹性体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磁流变复合悬置。

背景技术

液压悬置或橡胶悬置等被动悬置已成熟应用于汽车、轮船、工程机械等发动机悬置系统的隔振，但由于其固定的力学特性，尤其是刚度或阻尼的不可调节性，在一定程度上限制了发动机悬置振动性能的提升。与普通被动悬置相比，主动悬置或半主动悬置通过向悬置系统输入主动作用力或实时调节悬置性能参数，能够在整个频率范围内有效提高悬置系统的隔振性能。磁流变材料作为一种智能材料，其力学特性在外部磁场作用下可实时调节。磁流变液和磁流变弹性体是两种典型的磁流变材料，其流体粘度或弹性模型能够在较大范围内快速、可逆地调节。应用磁流变液或磁流变弹性体的磁流变悬置可表现出较大的阻尼或刚度可控性，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，可以实现磁流变悬置阻尼或刚度的实时调节。

常见的磁流变悬置大多只是磁流变液或磁流变弹性体的单独应用，分别在阻尼或刚度方面对悬置特性进行控制，利用磁流变液粘度可控性，通过外部励磁电流的调整实时控制阻尼孔中磁流变液粘度，进而控制悬置的阻尼，这一类型悬置只能调整悬置的阻尼特性，无法控制其刚度特性，并且阻尼孔的使用，即使在配合使用解耦阀和节流盘的情况下，依旧无法避免阻尼力的高频堵塞，从而限制磁流变液悬置阻尼可控的工作频率范围。为解决这样的问题，公开号为CN104776153A、名称为“基于单向挤压模式的磁流变液悬置”的发明专利申请文献中公开了一种单向挤压模式的磁流变液压悬置，其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，避免了流体的高频堵塞或高频振动；但该悬置只能对垂向激励进行隔振，无法承载水平方向的振动。与磁流变液悬置相比，磁流变弹性体保留了自身的橡胶特性，能够有效实现三向刚度的控制，通过调整励磁电流大小，可实现隔振器三向刚度的控制，但却无法控制隔振器的阻尼特性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种实现三向隔振的磁流变复合悬置，在不改变现有悬置外部尺寸的前提下，应用磁流变液粘度可控特性和磁流变弹性体弹性模量可控特性，利用同一个励磁线圈，同时实现磁流变复合悬置三向阻尼和刚度的控制，以满足实际工况中对悬置系统三向隔振的要求，并且通过结构设计避免悬置的高频硬化现象，以期提高悬置系统的低频位移控制性能和高频隔振性能。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构特点是：

设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体与上端盖及下端盖形成体积恒定的、密闭的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液，在所述液压腔中设置活塞，在所述活塞与缸体之间设置有流动间隙；上活塞杆贯穿上端盖，并固联在活塞的上端面，下活塞杆贯穿下端盖，并固联在活塞的下端面；

设置用于实现刚度控制的磁流变弹性体单元，其为：所述上活塞杆通过上弹性体与上端盖弹性连接，所述下活塞杆通过下弹性体与下端盖弹性连接；所述上弹性体和下弹性体均为磁流变弹性体；

设置承受静载荷的橡胶单元，其为：橡胶主簧呈锥形体，其底边固连硫化板、顶部固联上基座，所述橡胶主簧利用硫化板与上端盖和缸体通过主簧螺栓固定连接，上基座与上活塞杆固定连接；

所述活塞在外周设置有环形凹槽，励磁线圈嵌装在所述环形凹槽中，所述励磁线圈产生的磁场经缸体、活塞以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于所述间隙内的磁流变液；所述励磁线圈产生的磁场还作用于上弹性体和/或下弹性体；实现所述磁流变液单元、磁流变弹性体单元以及橡胶单元的并行作用。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构特点也在于：所述上活塞杆、下活塞杆、活塞、上端盖、下端盖以及缸体均由高导磁材料制成，所述励磁线圈产生的磁场还经缸体、上端盖、下端盖、上活塞杆、下活塞杆、上弹性体以及下弹性体形成闭合的磁路，作用于上弹性体和下弹性体。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构特点也在于：所述上活塞杆、活塞、上端盖以及缸体均由高导磁材料制成，所述下活塞杆和下端盖由非导磁材料制成，所述励磁线圈产生的磁场还经缸体、上端盖、上活塞杆、活塞以及上弹性体形成闭合的磁路，作用于上弹性体，下弹性体由橡胶弹性体替代。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构特点也在于：所述下活塞杆、活塞、下端盖和缸体均是由高导磁材料制成，所述上活塞杆和上端盖由非导磁材料制成，所述励磁线圈产生的磁场还经缸体、下端盖、下活塞杆、活塞以及下弹性体形成闭合的磁路，作用于下弹性体，上弹性体由橡胶弹性体替代。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的另一方式的结构特点是：

设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体与上端盖及下端盖形成体积恒定的、密闭的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液，在所述液压腔中设置活塞，在所述活塞与缸体之间设置有流动间隙；上活塞杆贯穿上端盖，并固联在活塞的上端面，下活塞杆贯空下端盖，并固联在活塞的下端面；所述上活塞杆通过上弹性体与上端盖弹性连接，所述下活塞杆通过下弹性体与下端盖弹性连接；所述上弹性体和下弹性体均为橡胶弹性体；所述活塞在外周设置有环形凹槽，励磁线圈嵌装在所述环形凹槽中，所述励磁线圈产生的磁场经缸体、活塞以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于所述间隙内的磁流变液；

设置橡胶单元，其为：橡胶主簧呈锥形体，其底边固连有硫化板、顶部固联上基座，所述橡胶主簧利用硫化板与上端盖和缸体通过主簧螺栓固定连接，上基座与上活塞杆固定连接，实现橡胶单元和磁流变液单元的并行作用。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的另一方式的结构特点也在于：所述活塞和缸体由高导磁材料制成；所述上活塞杆、下活塞杆、上端盖和下端盖均由非导磁材料制成。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的又一方式的结构特点是：

设置实现刚度控制的磁流变弹性体单元，其为：由缸体和上端盖及下端盖构成悬置框架，在所述框架的中轴上设置与外部运动机构相连接的连接杆，所述连接杆与上端盖通过上弹性体弹性连接，连接杆与下端盖通过下弹性体弹性连接，所述上弹性体和下弹性体均为磁流变弹性体，以此构成磁流变弹性体单元；在所述缸体的内侧壁上设置有线圈基座，励磁线圈嵌装在所述线圈基座中，所述励磁线圈产生的磁场经缸体、上端盖、下端盖、连接杆、上弹性体以及下弹性体形成闭合的磁路，作用于上弹性体和下弹性体；

设置承受静载荷的橡胶单元，其为：橡胶主簧呈锥形体，其底边固连有硫化板、顶部固联上基座，所述橡胶主簧利用硫化板与上端盖和缸体通过主簧螺栓固定连接，所述上基座与连接杆通过刚性连接贯穿整个悬置，实现橡胶单元和磁流变弹性体单元的并行作用。

本发明实现三向隔振的磁流变复合悬置的又一方式的特点也在于：所述连接杆、上端盖、下端盖和缸体均是由高导磁材料制成，所述线圈基座由非导磁材料制成。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明的结构形式能够实现磁流变复合悬置刚度和阻尼的同时可控，励磁线圈产生的磁场能够作用于活塞与缸体间隙内的磁流变液，从而通过调整磁流变液的粘度特性，实现磁流变复合悬置阻尼的控制；另一方面励磁线圈产生的磁场可作用与上下端盖与上下活塞杆之间的磁流变弹性体，从而通过调整磁流变弹性体的弹性模量，实现磁流变复合悬置刚度的控制；

2、本发明的结构形式能够实现磁流变复合悬置三向刚度和阻尼的控制，上下活塞杆与上下端盖之间通多磁流变弹性体弹性连接，使得磁流变复合悬置能够承载三向振动并对其振动特性进行控制，即在垂向激励下，磁流变弹性体发生剪切变形，活塞垂向会带动磁流变液在活塞与缸体间隙内流动，从而可通过调整励磁电流大小实现刚度和阻尼的控制；在水平激励下，磁流变弹性体发生压缩或拉伸变形，活塞摆动会带动活塞与缸体间隙内磁流变液的流动，从而可通过调整励磁电流大小实现刚度和阻尼的控制；

3、本发明的液压腔体积在工作过程中保持一直，且柔性的橡胶主簧与磁流变液没有直接接触，因此在高频激励下，不会因为橡胶主簧的柔性特性发生高频堵塞现象，并且利用磁流变液惯性特性，零场状态下磁流变复合悬置的刚度会随着激励频率的增加而减小，从而有利于悬置系统的高频隔振；

4、本发明的上下活塞杆与上下端盖之间通多磁流变弹性体弹性连接，使得上下活塞杆与上下端盖间运动间隙或相对滑动，从而有效解决了磁流变液泄露问题和滑动摩擦问题。

附图说明

图1a为本发明中实施例1和实施例2仰视图；图1b为图1a中A-A剖面图；

图2为本发明中实施例1中第一实施方式磁路示意图；

图3为本发明中实施例1中第二实施方式磁路示意图；

图4为本发明中实施例1中第三实施方式磁路示意图；

图5为本发明中实施例2中磁路示意图；

图6a为本发明中实施例3仰视图；图6b为图6a的B-B剖面图；

图7为本发明中实施例3中磁路示意图；

图中标号：1上基座，2上活塞杆，2B连接杆，3硫化板，4上端盖，5励磁线圈，6缸体，7下端盖，8第一O型圈，9注液孔，10排气孔，11基座螺栓，12下弹性体，13下活塞杆，14活塞，14B线圈基座，15第二O型圈，16上弹性体，17主簧螺栓，18橡胶主簧。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构形式是：

参见图1a和图1b，设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体6与上端盖4及下端盖7形成体积恒定的、密闭的液压腔，在液压腔内充满磁流变液，在液压腔中设置活塞14，在活塞14与缸体6之间设置有流动间隙；上活塞杆2贯穿上端盖4，并固联在活塞14的上端面，下活塞杆13贯穿下端盖7，并固联在活塞14的下端面。

设置用于实现刚度控制的磁流变弹性体单元，其为：上活塞杆2通过上弹性体16与上端盖4弹性连接，下活塞杆13通过下弹性体12与下端盖7弹性连接；上弹性体16和下弹性体12均为磁流变弹性体。

设置承受静载荷的橡胶单元，其为：橡胶主簧18呈锥形体，其底边固连硫化板3、顶部固联上基座1，橡胶主簧18利用硫化板3与上端盖4和缸体6通过主簧螺栓17固定连接，上基座1与上活塞杆2固定连接；

活塞14在外周设置有环形凹槽，励磁线圈5嵌装在环形凹槽中，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、活塞14以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于间隙内的磁流变液；励磁线圈5产生的磁场还作用于上弹性体16和/或下弹性体12；实现磁流变液单元、磁流变弹性体单元以及橡胶单元的并行作用。

具体实施中，上磁流变弹性体和上磁流变弹性体的结构尺寸相一致，使得在垂向或纵向位移激励下，液压腔体积保持恒定，在下端盖7上分别设置有与液压腔相连通的注液孔9和排气孔10；为实现结构的装配并保证液压腔的密闭性，如图1b所示，第二O型圈15用于上端盖与缸体之间的静态密封，第一O型圈8用于下端盖与缸体之间的静态密封，基座螺栓11用于下端盖7和缸体6的固定链接。

图2所示为本实施例中第一实施方式磁路示意图，其上活塞杆2、下活塞杆13、活塞14、上端盖4、下端盖7以及缸体6均由高导磁材料制成，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、活塞14以及二者间间隙形成闭合的磁路，励磁线圈5产生的磁场还经缸体6、上端盖4、下端盖7、上活塞杆2、下活塞杆13、上弹性体16以及下弹性体12形成闭合的磁路，作用于上弹性体16和下弹性体12。在这一实施式中，上下活塞杆与上下端盖之间通过上下磁流变弹性体弹性连接，因此磁流变复合悬置能够承载三向振动激励，实现三向刚度和阻尼的控制。

图3所示为本实施例1中第二实施方式磁路示意图，其上活塞杆2、活塞14、上端盖4以及缸体6均由高导磁材料制成，下活塞杆13和下端盖7由非导磁材料制成，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、活塞14以及二者间间隙形成闭合的磁路，励磁线圈5产生的磁场还经缸体6、上端盖4、上活塞杆2、活塞14以及上弹性体16形成闭合的磁路，作用于上弹性体16，下弹性体12由橡胶弹性体替代。。

图4所示为实施例1中第三实施方式磁路示意图，其下活塞杆13、活塞14、下端盖7和缸体6均是由高导磁材料制成，上活塞杆2和上端盖4由非导磁材料制成，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、活塞14以及二者间间隙形成闭合的磁路，励磁线圈5产生的磁场还经缸体6、下端盖7、下活塞杆13、活塞14以及下弹性体12形成闭合的磁路，作用于下弹性体12，上弹性体16由橡胶弹性体替代。

实施例2：

本实施例中实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构形式是：

如图1a和图1b和图5所示，设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体6与上端盖4及下端盖7形成体积恒定的、密闭的液压腔，在液压腔内充满磁流变液，在液压腔中设置活塞14，在活塞14与缸体6之间设置有流动间隙；上活塞杆2贯穿上端盖4，并固联在活塞14的上端面，下活塞杆13贯空下端盖7，并固联在活塞14的下端面；上活塞杆2通过上弹性体16与上端盖4弹性连接，下活塞杆13通过下弹性体12与下端盖7弹性连接；上弹性体16和下弹性体12均为橡胶弹性体；活塞14在外周设置有环形凹槽，励磁线圈5嵌装在环形凹槽中，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、活塞14以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于间隙内的磁流变液；设置橡胶单元，其为：橡胶主簧18呈锥形体，其底边固连有硫化板3、顶部固联上基座1，橡胶主簧18利用硫化板3与上端盖4和缸体6通过主簧螺栓17固定连接，上基座1与上活塞杆2固定连接，实现橡胶单元和磁流变液单元的并行作用；本实施例中，活塞14和缸体6由高导磁材料制成；上活塞杆2、下活塞杆13、上端盖4和下端盖7均由非导磁材料制成；本实施例中在上活塞杆2和上端盖4之间以及下活塞杆13和下端盖7之间分别通过橡胶弹性体进行弹性连接，因此磁流变复合悬置能够承载三向振动激励，实现三向阻尼的控制。

具体实施中，上弹性体与下弹性体结构尺寸一致，使得在垂向或纵向位移激励下，液压腔体积保持恒定；图1b所示的下端盖7上分别设置有与液压腔相连通的注液孔9和排气孔10；为实现结构的装配并保证液压腔的密闭性，图1b所示的第二O型圈15用于上端盖与缸体6的静态密封，第一O型圈8用于下端盖与缸体6的静态密封，基座螺栓11用于下端盖7和缸体6的固定链接。

实施例3：

如图6a、图6b和图7所示，本实施例中实现三向隔振的磁流变复合悬置的结构形式是：

设置实现刚度控制的磁流变弹性体单元，其为：由缸体6和上端盖4及下端盖7构成悬置框架，在框架的中轴上设置与外部运动机构相连接的连接杆2B，连接杆2B与上端盖4通过上弹性体16弹性连接，连接杆2B与下端盖7通过下弹性体12弹性连接，上弹性体16和下弹性体12均为磁流变弹性体，以此构成磁流变弹性体单元；在缸体6的内侧壁上设置有线圈基座14B，励磁线圈5嵌装在线圈基座14B中，励磁线圈5产生的磁场经缸体6、上端盖4、下端盖7、连接杆2B、上弹性体16以及下弹性体12形成闭合的磁路，作用于上弹性体16和下弹性体12。

设置承受静载荷的橡胶单元，其为：橡胶主簧18呈锥形体，其底边固连有硫化板3、顶部固联上基座1，橡胶主簧18利用硫化板3与上端盖4和缸体6通过主簧螺栓17固定连接，上基座1与连接杆2B通过刚性连接贯穿整个悬置，实现橡胶单元和磁流变弹性体单元的并行作用；本实施例的结构形式能够承载三向振动激励，实现三向刚度的控制。

本实施例中，连接杆2B、上端盖4、下端盖7和缸体6均是由高导磁材料制成，线圈基座14B由非导磁材料制成，可以是不锈钢制品或铝制品，为实现结构的装配基座螺栓11用于下端盖7和缸体6的固定链接。

Claims (6)

1.一种实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：

设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体(6)与上端盖(4)及下端盖(7)形成体积恒定的、密闭的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液，在所述液压腔中设置活塞(14)，在所述活塞(14)与缸体(6)之间设置有流动间隙；上活塞杆(2)贯穿上端盖(4)，并固联在活塞(14)的上端面，下活塞杆(13)贯穿下端盖(7)，并固联在活塞(14)的下端面；

设置用于实现刚度控制的磁流变弹性体单元，其为：所述上活塞杆(2)通过上弹性体(16)与上端盖(4)弹性连接，所述下活塞杆(13)通过下弹性体(12)与下端盖(7)弹性连接；所述上弹性体(16)和下弹性体(12)均为磁流变弹性体；

设置承受静载荷的橡胶单元，其为：橡胶主簧(18)呈锥形体，其底边固连硫化板(3)、顶部固联上基座(1)，所述橡胶主簧(18)利用硫化板(3)与上端盖(4)和缸体(6)通过主簧螺栓(17)固定连接，上基座(1)与上活塞杆(2)固定连接；

所述活塞(14)在外周设置有环形凹槽，励磁线圈(5)嵌装在所述环形凹槽中，所述励磁线圈(5)产生的磁场经缸体(6)、活塞(14)以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于所述间隙内的磁流变液；所述励磁线圈(5)产生的磁场还作用于上弹性体(16)和/或下弹性体(12)；实现所述磁流变液单元、磁流变弹性体单元以及橡胶单元的并行作用。

2.根据权利要求1所述的实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：所述上活塞杆(2)、下活塞杆(13)、活塞(14)、上端盖(4)、下端盖(7)以及缸体(6)均由高导磁材料制成，所述励磁线圈(5)产生的磁场还经缸体(6)、上端盖(4)、下端盖(7)、上活塞杆(2)、下活塞杆(13)、上弹性体(16)以及下弹性体(12)形成闭合的磁路，作用于上弹性体(16)和下弹性体(12)。

3.根据权利要求1所述的实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：所述上活塞杆(2)、活塞(14)、上端盖(4)以及缸体(6)均由高导磁材料制成，所述下活塞杆(13)和下端盖(7)由非导磁材料制成，所述励磁线圈(5)产生的磁场还经缸体(6)、上端盖(4)、上活塞杆(2)、活塞(14)以及上弹性体(16)形成闭合的磁路，作用于上弹性体(16)，下弹性体(12)由橡胶弹性体替代。

4.根据权利要求1所述的实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：所述下活塞杆(13)、活塞(14)、下端盖(7)和缸体(6)均是由高导磁材料制成，所述上活塞杆(2)和上端盖(4)由非导磁材料制成，所述励磁线圈(5)产生的磁场还经缸体(6)、下端盖(7)、下活塞杆(13)、活塞(14)以及下弹性体(12)形成闭合的磁路，作用于下弹性体(12)，上弹性体(16)由橡胶弹性体替代。

5.一种实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：

设置用于实现阻尼控制的磁流变液单元，其为：缸体(6)与上端盖(4)及下端盖(7)形成体积恒定的、密闭的液压腔，在所述液压腔内充满磁流变液，在所述液压腔中设置活塞(14)，在所述活塞(14)与缸体(6)之间设置有流动间隙；上活塞杆(2)贯穿上端盖(4)，并固联在活塞(14)的上端面，下活塞杆(13)贯空下端盖(7)，并固联在活塞(14)的下端面；所述上活塞杆(2)通过上弹性体(16)与上端盖(4)弹性连接，所述下活塞杆(13)通过下弹性体(12)与下端盖(7)弹性连接；所述上弹性体(16)和下弹性体(12)均为橡胶弹性体；所述活塞(14)在外周设置有环形凹槽，励磁线圈(5)嵌装在所述环形凹槽中，所述励磁线圈(5)产生的磁场经缸体(6)、活塞(14)以及二者间间隙形成闭合的磁路，作用于所述间隙内的磁流变液；

设置橡胶单元，其为：橡胶主簧(18)呈锥形体，其底边固连有硫化板(3)、顶部固联上基座(1)，所述橡胶主簧(18)利用硫化板(3)与上端盖(4)和缸体(6)通过主簧螺栓(17)固定连接，上基座(1)与上活塞杆(2)固定连接，实现橡胶单元和磁流变液单元的并行作用。

6.根据权利要求5所述的实现三向隔振的磁流变复合悬置，其特征是：所述活塞(14)和缸体(6)由高导磁材料制成；所述上活塞杆(2)、下活塞杆(13)、上端盖(4)和下端盖(7)均由非导磁材料制成。