CN107120378B - 一种磁流变减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁流变减振器，其包括外筒、位于该外筒内的转子筒、位于该转子筒内的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠一端伸出所述外筒并且在该端部装有压缩缓冲块和连接螺杆，同时滚珠丝杠上还套装有滚珠螺母和螺母座，所述螺母座与转子筒的顶端固定连接，转子筒的底端穿过上隔板、外定子、内定子且与转子连接，转子筒和转子支撑在一对角接触球轴承上进行旋转运动，上隔板、外定子、内定子、转子形成一个封闭的腔室，该腔室内充满磁流变液，内定子上开有两个环槽，两个环槽内分别缠绕线圈，线圈通电后产生两个磁场。本发明具有磁流变液用量小、阻尼大、并且低频时也具有大阻尼的性能，其不仅能改善车辆的平顺性，也能控制车辆的操纵稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变减振器，属于汽车零部件领域。
背景技术
汽车半主动悬架不仅能量消耗低，而且结构简单，可靠性高，大多数情况下具有与主动悬架相近的特性，因此半主动悬架的应用前景非常广阔。可调阻尼减振器是半主动悬架的关键部件之一，其性能直接影响半主动悬架的性能。
磁流变减振器以磁流变液这种新型的智能材料作为减振器的工作液,在减振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液的屈服应力,实现阻尼可调的目的。磁流变液减振器的结构简单、响应迅速、阻尼力可以连续调节，便于控制，因而具有很好的理论研究价值和工程应用前景。然而，目前研究较为普遍的磁流变减振器是基于磁流变液混合工作模式的伸缩筒式减振器，这种减振器在低速时产生的阻尼力很小。由于汽车在转弯过程中悬架的侧倾振动频率低，因此这种减振器不能在汽车转弯时为其提供足够的抗侧倾振动阻尼力，对提高汽车转弯过程中的操纵稳定性和平顺性的效能有限。
发明内容
本发明的目的在于针对普通磁流变减振器存在的上述缺陷，提供一种回转式磁流变减振器的技术方案，使减振器具有磁流变液用量小、阻尼大、并且低频时也具有大阻尼的性能，不仅能改善车辆的平顺性，也能控制车辆的操纵稳定性。
本发明采取的技术方案是：一种磁流变减振器，其包括外筒、位于该外筒内的转子筒、位于该转子筒内的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠一端伸出所述外筒并且在该端部装有压缩缓冲块和连接螺杆，所述连接螺杆连接在滚珠丝杠顶端，压缩缓冲块位于连接螺杆下方且套装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠上还套装有滚珠螺母和螺母座，所述滚珠螺母固定在螺母座上，所述螺母座与转子筒的顶端固定连接，所述转子筒的底端穿过上隔板、外定子、内定子且与转子连接，所述转子筒和转子支撑在一对角接触球轴承上进行旋转运动，所述上隔板、外定子、内定子、转子形成一个封闭的腔室，该腔室内充满磁流变液，转子在磁流变液中进行旋转运动，所述内定子上开有两个环槽，两个环槽内分别缠绕有第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈通电后产生两个磁场，两个磁场通过内定子、磁流变液、转子、磁流变液、外定子构建两个磁场回路。
所述连接螺杆的底端设有连接筋和连接平板，连接筋和连接平板与连接螺杆为一体结构，连接螺杆底端的连接平板通过螺帽固定在滚珠丝杠的端部，并且连接平板的四周设有向下的折边，所述压缩缓冲块的顶端位于该折边内。
所述转子与外定子、内定子之间通过密封圈进行密封，在转子与外定子之间设有第一密封圈，在转子与内定子之间设有第二密封圈。
所述第一线圈和第二线圈的外围分别设有用于均匀分布磁场的第一隔磁块和第二隔磁块，所述第一隔磁块和第二隔磁块设置在转子上。
所述角接触球轴承包括上角接触球轴承和下角接触球轴承，所述上角接触球轴承位于转子筒的上部且安装在轴承座内，所述下角接触球轴承位于转子筒的底部且其下方安装有端盖，上角接触球轴承和下角接触球轴承分别通过轴承座和端盖进行轴向定位，防止滚珠螺母和转子的轴向移动并承受轴向力。
所述所述轴承座和端盖分别通过第二螺钉和第四螺钉与所述外筒连接，
所述滚珠丝杠底部通过第三螺钉固定有伸张缓冲块，所述第三螺钉与伸张缓冲块之间装有垫片。
所述滚珠螺母和螺母座之间通过螺栓连接，螺母座与转子筒之间通过第一螺钉连接。
所述外筒上装有与所述第一线圈和第二线圈通过电线连接的接线座。
所述外筒底部的侧面上装有连接耳。
基于上述方案，本发明的减振器工作在剪切模式下。整个减振器通过滚珠丝杠将汽车的垂直振动转换成丝杠螺母的旋转运动，丝杠的垂直运动，带动丝杠螺母进行旋转运动，丝杠螺母和转子筒相连，转子筒的下部和磁场的转子相连，转子和定子间充满磁流变液，转子的旋转运动剪切了磁流变液，形成阻尼，通过改变电流大小可以调节磁场强度，从而控制阻尼力的大小。
本发明的减振器为回转式磁流变减振器，其磁场方向垂直于转子的旋转运动方向，转子在磁流变液中进行剪切运动，在没有磁场作用的情况下，磁流变液处于粘性阻尼液体状态，所能传递的力矩仅为粘性阻力矩，阻尼转矩很低，当有足够强度的外加磁场作用时，磁流变液中的磁性粒子马上被磁化，并沿着磁力线方向成链状分布，这种链状结构使得磁流变液的剪切应力增大，表现出塑性体的特性。通过控制改变磁流变液的磁场强度就可以改变剪切产生的阻尼力矩。由于粘塑性流体的屈服应力是磁场强度的函数，因此可通过控制线圈中的电流强度来调节磁场强度，就可以调节流体的剪切应力，从而调节转子的负载力矩，进而调节减振器的阻尼力。
本发明具有如下的有益效果：
本发明涉及的磁流变减振器采用回转剪切模式，只需要较少的磁流变液体填充在转子和定子之间，磁流变液体的用量少。
由于减振器工作在剪切模式，因而在外加磁场的作用下，磁流变液表现出Bingham塑性流体的性质，即在零速度下也能获得很大的阻尼，其阻尼会随着磁场的增加而增加，并且和普通伸缩筒式磁流变减振器相比，在电流相当的情况下能产生更大的阻尼力。
本发明采用滚珠丝杠结构，丝杠进行垂直运动，螺母的垂直位置相对于外筒不动，只进行旋转运动，带动转子筒并使转子旋转，由于螺母较大，这种结构安排使得结构简单，便于布置，对中性好，相较于丝杠旋转而螺母垂直运动，这种结构对外筒的精度要求降低，螺母和外筒不容易产生干涉，并且消除了螺母垂直运动的惯性。
在现有汽车主悬架减振器尺寸的基础上进行改造，由于尺寸结构有限，单线圈磁场难以满足连续的阻尼控制，本发明采用双线圈磁场，可以产生更大的磁场强度，可以进行大阻尼的连续调节。
本发明的回转式磁流变减振器可用于汽车半主动悬架减振器，不仅在直线行驶时可有效减小汽车的振动，提高平顺性，而且可提供足够的抗侧倾振动阻尼力，提高汽车转弯过程中的操纵稳定性和平顺性。
此外，该回转式磁流变减振器及通过相关原理设计的减振器还可用于其他相关领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的局部放大图。
图中：1.连接螺杆，2.螺帽，3.压缩缓冲块，4.滚珠螺母，5.螺栓，6.螺母座，7.第一螺钉，8.轴承座，9.第二螺钉，10.上角接触球轴承，11.滚珠丝杠，12.转子筒，13.伸张缓冲块，14.第三螺钉，15.外筒，16.接线座，17.外定子，18.第二隔磁块，19.第一线圈，20.转子，21.第四螺钉，22.端盖，23.下角接触球轴承，24.第一密封圈，25.连接耳，26.磁流变液，27.内定子，28.上隔板，29.第二磁场，30.第一磁场，31.第二线圈，32.第一隔磁块，33.第二密封圈，131.垫片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示，一种新式磁流变减振器，其它包括外筒15、位于该外筒15内的转子筒12、位于该转子筒12内的滚珠丝杠11，所述滚珠丝杠11一端伸出所述外筒15并且在该端部装有压缩缓冲块3和连接螺杆1，所述连接螺杆1连接在滚珠丝杠11顶端，压缩缓冲块3位于连接螺杆1下方且套装在滚珠丝杠11上，所述滚珠丝杠11上还套装有滚珠螺母4和螺母座6，所述滚珠螺母4固定在螺母座6上，所述螺母座6与转子筒12的顶端固定连接，所述转子筒12的底端穿过上隔板28、外定子17、内定子27且与转子20连接，所述转子筒12和转子20支撑在一对角接触球轴承上进行旋转运动，所述上隔板28、外定子17、内定子27、转子20形成一个封闭的腔室，该腔室内充满磁流变液26，转子20在磁流变液26中进行旋转运动，所述内定子27上开有两个环槽，两个环槽内分别缠绕有第一线圈19和第二线圈31，第一线圈19和第二线圈31通电后产生两个磁场，两个磁场通过内定子27、磁流变液26、转子20、磁流变液26、外定子17构建两个磁场回路。
本发明中，所述连接螺杆1的底端设有连接筋和连接平板，连接筋和连接平板与连接螺杆为一体结构，连接螺杆1底端的连接平板通过螺帽2固定在滚珠丝杠11的端部，并且连接平板的四周设有向下的折边，所述压缩缓冲块3的顶端位于该折边内。压缩缓冲块在磁流变减振器压缩时起到限位和缓冲的作用。
本发明中，所述转子20与外定子17、内定子27之间通过密封圈进行密封，在转子20与外定子17之间设有第一密封圈24，在转子20与内定子27之间设有第二密封圈33。
本发明中，所述第一线圈19和第二线圈31的外围分别设有用于均匀分布磁场的第一隔磁块32和第二隔磁块18，所述第一隔磁块32和第二隔磁块18设置在转子20上。
本发明中，所述角接触球轴承包括上角接触球轴承10和下角接触球轴承23，所述上角接触球轴承10位于转子筒12的上部且安装在轴承座8内，所述下角接触球轴承23位于转子筒12的底部且其下方安装有端盖22，上角接触球轴承10和下角接触球轴承23分别通过轴承座8和端盖22进行轴向定位，防止滚珠螺母4和转子20的轴向移动并承受轴向力。所述所述轴承座8和端盖22分别通过第二螺钉9和第四螺钉21与所述外筒15连接，
本发明中，所述滚珠丝杠11底部通过第三螺钉14固定有伸张缓冲块13，所述第三螺钉14与伸张缓冲块13之间装有垫片131。伸张缓冲块在磁流变减振器伸张复原行程时起到限位和缓冲作用。所述滚珠螺母4和螺母座6之间通过螺栓5连接，螺母座6与转子筒12之间通过第一螺钉7连接。所述外筒15上装有与所述第一线圈19和第二线圈31电线连接的接线座16。所述外筒15底部的侧面上装有连接耳25。
本发明的工作原理是：磁流变减振器上部的连接螺杆1与车身连接，下部的连接耳25与车轮连接，滚珠丝杠11通过螺帽2与连接螺杆1连接。在车辆行驶过程中，磁流变减振器随路面不平作伸张和压缩运动，滚珠丝杠11沿轴向作上下平动，带动滚珠螺母4、螺母座6、转子筒12和转子20作正反转动，转子20在磁场中剪切磁流变液26，转子剪切磁流变液的阻尼力矩可以转化成滚珠丝杠11轴向上下平动的阻尼力，即磁流变减振器的阻尼力。转子20剪切磁流变液26的阻尼力矩随磁场强度的增大而增大，磁场强度随施加的电流强度而改变，当施加不同的电流强度时，就可改变转子20剪切磁流变液26的阻尼力矩，据此可以根据不同的车辆行驶工况控制减振器阻尼力的大小。磁流变减振器工作在剪切模式下，由磁流变液的Bingham粘塑性模型可知，转子运动要克服磁致剪切屈服应力，因此在速度为零时，转子也要克服一定的阻尼力，由于转子和磁流变液的剪切面积大，只要施加足够大的电流，磁流变减振器就能产生足够大的阻尼力。即这种磁流变减振器在低频时也具有大阻尼的性能，不仅能改善车辆的平顺性，也能控制车辆的操纵稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种磁流变减振器，其特征在于它包括外筒(15)、位于该外筒(15)内的转子筒(12)、位于该转子筒(12)内的滚珠丝杠(11)，所述滚珠丝杠(11)一端伸出所述外筒(15)并且在该端部装有压缩缓冲块(3)和连接螺杆(1)，所述连接螺杆(1)连接在滚珠丝杠(11)顶端，压缩缓冲块(3)位于连接螺杆(1)下方且套装在滚珠丝杠(11)上，所述滚珠丝杠(11)上还套装有滚珠螺母(4)和螺母座(6)，所述滚珠螺母(4)固定在螺母座(6)上，所述螺母座(6)与转子筒(12)的顶端固定连接，所述转子筒(12)的底端穿过上隔板(28)、外定子(17)、内定子(27)且与转子(20)连接，所述转子筒(12)和转子(20)支撑在一对角接触球轴承上进行旋转运动，所述上隔板(28)、外定子(17)、内定子(27)、转子(20)形成一个封闭的腔室，该腔室内充满磁流变液(26)，转子(20)在磁流变液(26)中进行旋转运动，所述内定子(27)上开有两个环槽，两个环槽内分别缠绕有第一线圈(19)和第二线圈(31)，第一线圈(19)和第二线圈(31)通电后产生两个磁场，两个磁场通过内定子(27)、磁流变液(26)、转子(20)、磁流变液(26)、外定子(17)构建两个磁场回路。
2.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述连接螺杆(1)的底端设有连接筋和连接平板，连接筋和连接平板与连接螺杆为一体结构，连接螺杆(1)底端的连接平板通过螺帽(2)固定在滚珠丝杠(11)的端部，并且连接平板的四周设有向下的折边，所述压缩缓冲块(3)的顶端位于该折边内。
3.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述转子(20)与外定子(17)、内定子(27)之间通过密封圈进行密封，在转子(20)与外定子(17)之间设有第一密封圈(24)，在转子(20)与内定子(27)之间设有第二密封圈(33)。
4.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述第一线圈(19)和第二线圈(31)的外围分别设有用于均匀分布磁场的第一隔磁块(32)和第二隔磁块(18)，所述第一隔磁块(32)和第二隔磁块(18)设置在转子(20)上。
5.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述角接触球轴承包括上角接触球轴承(10)和下角接触球轴承(23)，所述上角接触球轴承(10)位于转子筒(12)的上部且安装在轴承座(8)内，所述下角接触球轴承(23)位于转子筒(12)的底部且其下方安装有端盖(22)，上角接触球轴承(10)和下角接触球轴承(23)分别通过轴承座(8)和端盖(22)进行轴向定位，防止滚珠螺母(4)和转子(20)的轴向移动并承受轴向力。
6.根据权利要求5所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述轴承座(8)和端盖(22)分别通过第二螺钉(9)和第四螺钉(21)与所述外筒(15)连接。
7.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述滚珠丝杠(11)底部通过第三螺钉(14)固定有伸张缓冲块(13)，所述第三螺钉(14)与伸张缓冲块(13)之间装有垫片(131)。
8.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述滚珠螺母(4)和螺母座(6)之间通过螺栓(5)连接，螺母座(6)与转子筒(12)之间通过第一螺钉(7)连接。
9.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述外筒(15)上装有与所述第一线圈(19)和第二线圈(31)通过电线连接的接线座(16)。
10.根据权利要求1所述的一种磁流变减振器，其特征在于所述外筒(15)底部的侧面上装有连接耳(25)。
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