CN107606037A - 一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器，主要由活塞杆、阻尼器端盖、活塞头端盖、导磁外套筒、阻尼器缸体、非导磁分割环、励磁线圈、导磁杆以及导磁内套筒等组成。外部振动使组合活塞与阻尼器缸体之间产生相对运动，互相垂直的4个导磁杆和4个励磁线圈组成独特的磁场极化排列方式，各磁极的极化与相邻磁极的极化相反，液流通道大部分表面积均被磁场正交覆盖，使磁流变液的活性区域得以扩大，从而提高了输出阻尼力。同时，本发明采用了4个励磁线圈，当某个励磁线圈损坏或者失效不工作时，其余励磁线圈仍可正常使用，避免了可控输出阻尼力的失效。本发明特别适合应用于磁流变阻尼器半主动减震系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是基于磁流变液可控流变特性的一种新型半主动阻尼器件。具有响应速度快、结构简单、体积小、容易控制和能耗低等优点，是一种理想的隔振、抗震装置；在建筑、机械、军工等方面具有广泛应用前景。
传统的磁流变阻尼器在活塞头绕线槽内缠绕励磁线圈，阻尼间隙内大部分磁场均平行于磁流变液通道，有效磁场作用范围只出现在液流通道两端端部与磁流变液通道垂直的区域内。在外加磁场下,有效阻尼间隙处的磁流变液产生的磁场连接N极和S极，生成抗剪切屈服应力的链状排列。但磁场作用的有限面积导致磁流变效应产生较小范围的剪切屈服应力，结果产生了低的链接力和相当小的力强度(总粘力/阻尼通道体积)，因此输出阻尼力并不大。
磁流变阻尼器设计过程中，磁链的活性区最大化是一个主要设计目标，活性区越大，产生的可控阻尼力也越大。另外，传统的磁流变阻尼器活塞头缠绕的励磁线圈只有一个，磁流变阻尼器的性能很大程度上依赖于产生磁场的励磁线圈。当励磁线圈损坏或者断电时，就不会产生磁场，导致阻尼力完全失效。因此有必要设计一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器。该阻尼器将传统单线圈结构改成四线圈结构，4个互相垂直的导磁杆上均缠绕励磁线圈，4个励磁线圈在轴向方向运动时，增大了活性区域的面积，并加大了有效阻尼长度。同时，采用独特的磁场极化排列方式，各磁极的极化与相邻磁极的极化相反；在磁极化的情况下，磁流变液通道的大部分表面积都被磁场正交覆盖，从而最大限度地提高输出阻尼力。另外，本发明采用了4个励磁线圈，当某个励磁线圈损坏或者失效不工作时，其余励磁线圈仍可正常使用，避免了可控输出阻尼力的失效，一定程度上提高了阻尼器失效安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、活塞头左端盖(4)、阻尼器缸体(5)、导磁外套筒(6)、活塞头右端盖(7)、右吊耳(8)、阻尼器右端盖(9)、浮动活塞(10)、紧固螺母(11)、非导磁分割环(12)、励磁线圈(13)、导磁杆(14)以及导磁内套筒(15)；左吊耳(1)右端中间加工有内螺纹孔；活塞杆(2)加工成阶梯状，其左端和右端外部分别加工有外螺纹；左吊耳(1)右端和活塞杆(2)左端通过螺纹固定连接；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(5)通过密封圈密封，并通过螺钉固定连接；阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(4)、导磁内套筒(15)和活塞头右端盖(7)分别加工有中心通孔，其中心通孔内表面均与活塞杆(2)右端圆形外表面间隙配合；活塞头左端盖(4)右端面和活塞头右端盖(7)左端面中间部位及端部分别加工有圆环形凹槽；活塞头左端盖(4)左侧通过活塞杆(2)右侧台肩进行轴向定位；导磁内套筒(15)左侧通过活塞头左端盖(4)右侧中间圆环形凹槽进行轴向定位；活塞头右端盖(7)左侧中间圆环形凹槽通过导磁内套筒(15)右侧端面进行轴向定位；活塞头左端盖(4)、导磁内套筒(15)和活塞头右端盖(7)通过紧固螺母(11)轴向固定锁紧；导磁外套筒(6)由弧度为90度的瓦套(61)、瓦套(62)、瓦套(63)和瓦套(64)组成；4片瓦套中部均加工有圆形盲孔，同时4片瓦套的两侧端面均加工有凸台；导磁外套筒(6)左端面和右端面分别加工有凸台，其左端面凸台与活塞头左端盖(4)右侧端部圆环形凹槽过盈配合，其右端面凸台与活塞头右端盖(7)左侧端部圆环形凹槽过盈配合；非导磁分割环(12)由弧度为180度的瓦套(121)和瓦套(122)组成；瓦套(121)和瓦套(122)中部均加工有圆形通孔，分别用于安装导磁杆(144)和导磁杆(142)；瓦套(121和瓦套(122)的两侧均加工有半圆形通孔，分别用于安装导磁杆(141)和导磁杆(143)；非导磁分割环(12)圆周外表面与导磁外套筒(6)圆周内表面过盈配合；非导磁分割环(12)左端面通过活塞头左端盖(4)右侧端部圆环形凹槽进行轴向定位；非导磁分割环(12)右端面通过活塞头右端盖(7)左侧端部圆环形凹槽进行轴向定位；活塞头左端盖(4)、导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)和活塞头右端盖(7)通过紧固螺母(11)轴向固定锁紧；导磁杆(14)由导磁杆(141)、导磁杆(142)、导磁杆(143)以及导磁杆(144)组成；励磁线圈(13)由励磁线圈(131)、励磁线圈(132)、励磁线圈(133)以及励磁线圈(134)组成；导磁杆(141)上缠绕有励磁线圈(131)，其径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆(142)上缠绕有励磁线圈(132)，其径向磁极由内到外为N-S布置；导磁杆(143)上缠绕有励磁线圈(133)，其径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆(144)上缠绕有励磁线圈(134)，其径向磁极由内到外为N-S布置；导磁内套筒(15)外表面中部加工有4个互相垂直的盲孔，用于固定安装导磁杆(141)、导磁杆(142)、导磁杆(143)以及导磁杆(144)；导磁内套筒(15)、导磁外套筒(6)和非导磁分割环(12)通过导磁杆(14)进行径向固定连接；活塞头左端盖(4)、活塞杆(2)以及左吊耳(1)均加工有引线孔，励磁线圈(13)的引线依次通过上述引线孔引出；浮动活塞(10)圆周外表面与阻尼器缸体(5)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(9)与阻尼器缸体(5)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；右吊耳(8)左端中间加工有内螺纹孔；阻尼器右端盖(9)右端伸出轴加工有外螺纹；两者通过螺纹紧固连接。励磁线圈(131)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(141)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(142)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；励磁线圈(132)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(143)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(142)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；励磁线圈(133)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(143)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(144)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；励磁线圈(134)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(141)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(144)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
（1）本发明将传统磁流变阻尼器单线圈结构改成多线圈结构，4个互相垂直的导磁杆外表面均缠绕励磁线圈，4个励磁线圈在轴向方向运动时，有效增大了活性区域的面积，同时加大了有效阻尼长度。
（2）本发明采用互相垂直的4个导磁杆和4个励磁线圈组成独特的磁场极化排列方式，各磁极的极化与相邻磁极的极化相反，在磁极化的情况下，磁流变液通道的大部分表面积都被磁场正交覆盖，从而最大限度地提高了输出阻尼力。
（3）本发明采用了4个励磁线圈，当某个励磁线圈损坏或者失效不工作时，其余励磁线圈仍可正常使用，避免了可控输出阻尼力的失效，一定程度上提高了阻尼器失效安全性。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明组合活塞头的三维爆炸图。
图3是本发明导磁杆与励磁磁线圈的结构布置图。
图4为本发明非导磁分割环的三维爆炸图。
图5为本发明导磁外套筒的三维爆炸图。
图6是本发明组合活塞头轴向磁力线分布图。
图7是本发明组合活塞头径向磁力线分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明结构示意图。主要包括左吊耳1、活塞杆2、阻尼器左端盖3、活塞头左端盖4、阻尼器缸体5、导磁外套筒6、活塞头右端盖7、右吊耳8、阻尼器右端盖9、浮动活塞10、紧固螺母11、非导磁分割环12、励磁线圈13、导磁杆14以及导磁内套筒15。
图2是本发明组合活塞头的三维爆炸图。组合活塞头由活塞头左端盖4、导磁外套筒6、活塞头右端盖7、非导磁分割环12、励磁线圈13、导磁杆14以及导磁内套筒15组合而成。
图3是本发明导磁杆14与励磁线圈13的结构布置图。导磁杆14有四根，包括导磁杆141、导磁杆142、导磁杆143以及导磁杆144；励磁线圈13也有4个，包括励磁线圈131、励磁线圈132、励磁线圈133以及励磁线圈134；每根导磁杆上均缠绕有励磁线圈，其中，导磁杆141上缠绕励磁线圈131，导磁杆142上缠绕励磁线圈132，导磁杆143上缠绕励磁线圈133，导磁杆144上缠绕励磁线圈134；导磁内套筒15外表面中部加工有4个互相垂直的盲孔，用于安装导磁杆141、导磁杆142、导磁杆143以及导磁杆144。
图4是本发明非导磁分割环12的三维爆炸图，非导磁分割环12由弧度为180度的瓦套121和瓦套122组成，瓦套121和瓦套122中部均加工有圆形通孔，分别用于安装导磁杆144和导磁杆142。另外，瓦套121和瓦套122的两侧均加工有半圆形通孔，分别用于安装导磁杆141和导磁杆143。
图5是本发明导磁外套筒6的三维爆炸图，导磁外套筒6由弧度为90度的瓦套61、瓦套62、瓦套63和瓦套64组成，4片瓦套中部均加工有圆形盲孔；同时，4片瓦套的两侧端面均加工有凸台。
图6是本发明组合活塞头轴向磁力线分布图。阻尼器缸体5、导磁外套筒6、励磁线圈13、导磁杆14以及导磁内套筒15均由10号钢导磁材料制成。非导磁分割环12为隔磁材料制成。当给励磁线圈13通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒15、导磁杆14、非导磁分割环12中部的通孔、导磁外套筒6、阻尼器缸体5，再经过导磁外套筒6、非导磁分割环12中部的通孔、导磁杆14，最后返回导磁内套筒15，形成闭合回路。
图7是本发明组合活塞头径向磁力线分布图。导磁杆141上缠绕有励磁线圈131，导磁杆141径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆142上缠绕有励磁线圈132，导磁杆142径向磁极由内到外为N-S布置；导磁杆143上缠绕有励磁线圈133，导磁杆143径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆144上缠绕有励磁线圈134，导磁杆144径向磁极由内到外为N-S布置。
励磁线圈131通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒15、导磁杆141、非导磁分割环12中部的通孔、导磁外套筒6和阻尼器缸体5，再经过导磁外套筒6、非导磁分割环12中部的通孔与导磁杆142，最后返回导磁内套筒15，形成闭合回路。
励磁线圈132通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒15、导磁杆143、非导磁分割环12中部的通孔、导磁外套筒6和阻尼器缸体5，再经过导磁外套筒6、非导磁分割环12中部的通孔与导磁杆142，最后返回导磁内套筒15，形成闭合回路。
励磁线圈133通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒15、导磁杆143、非导磁分割环12中部的通孔、导磁外套筒6和阻尼器缸体5，再经过导磁外套筒6、非导磁分割环12中部的通孔与导磁杆144，最后返回导磁内套筒15，形成闭合回路。
励磁线圈134通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒15、导磁杆141、非导磁分割环12中部的通孔、导磁外套筒6和阻尼器缸体5，再经过导磁外套筒6、非导磁分割环12中部的通孔与导磁杆144，最后返回导磁内套筒15，形成闭合回路。
本发明工作原理如下：
外部振动使组合活塞头与阻尼器缸体产生相对运动，磁流变液流过阻尼通道时克服磁流变液链状排列的分子间力。阻尼器由互相垂直的4个导磁杆和4个励磁线圈组成独特的磁场极化排列方式，各磁极的极化与相邻磁极的极化相反，在磁极化的情况下，磁流变液通道的大部分表面积都被磁场正交覆盖，从而最大限度地提高了输出阻尼力。
本发明采用了4个励磁线圈，可有效阻止阻尼力的完全失效，进一步提高了失效安全性。
Claims (2)
1.一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器，其特征在于包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、活塞头左端盖(4)、阻尼器缸体(5)、导磁外套筒(6)、活塞头右端盖(7)、右吊耳(8)、阻尼器右端盖(9)、浮动活塞(10)、紧固螺母(11)、非导磁分割环(12)、励磁线圈(13)、导磁杆(14)以及导磁内套筒(15)；
左吊耳(1)右端中间加工有内螺纹孔；活塞杆(2)加工成阶梯状，其左端和右端外部分别加工有外螺纹；左吊耳(1)右端和活塞杆(2)左端通过螺纹固定连接；
阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(5)通过密封圈密封，并通过螺钉固定连接；
阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；
活塞头左端盖(4)、导磁内套筒(15)和活塞头右端盖(7)分别加工有中心通孔，其中心通孔内表面均与活塞杆(2)右端圆形外表面间隙配合；
活塞头左端盖(4)右端面和活塞头右端盖(7)左端面中间部位及端部分别加工有圆环形凹槽；活塞头左端盖(4)左侧通过活塞杆(2)右侧台肩进行轴向定位；导磁内套筒(15)左侧通过活塞头左端盖(4)右侧中间圆环形凹槽进行轴向定位；
活塞头右端盖(7)左侧中间圆环形凹槽通过导磁内套筒(15)右侧端面进行轴向定位；
活塞头左端盖(4)、导磁内套筒(15)和活塞头右端盖(7)通过紧固螺母(11)轴向固定锁紧；
导磁外套筒(6)由弧度为90度的瓦套(61)、瓦套(62)、瓦套(63)和瓦套(64)组成；4片瓦套中部均加工有圆形盲孔，同时4片瓦套的两侧端面均加工有凸台；
导磁外套筒(6)左端面和右端面分别加工有凸台，其左端面凸台与活塞头左端盖(4)右侧端部圆环形凹槽过盈配合，其右端面凸台与活塞头右端盖(7)左侧端部圆环形凹槽过盈配合；
非导磁分割环(12)由弧度为180度的瓦套(121)和瓦套(122)组成；瓦套(121)和瓦套(122)中部均加工有圆形通孔，分别用于安装导磁杆(144)和导磁杆(142)；瓦套(121和瓦套(122)的两侧均加工有半圆形通孔，分别用于安装导磁杆(141)和导磁杆(143)；
非导磁分割环(12)圆周外表面与导磁外套筒(6)圆周内表面过盈配合；非导磁分割环(12)左端面通过活塞头左端盖(4)右侧端部圆环形凹槽进行轴向定位；非导磁分割环(12)右端面通过活塞头右端盖(7)左侧端部圆环形凹槽进行轴向定位；
活塞头左端盖(4)、导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)和活塞头右端盖(7)通过紧固螺母(11)轴向固定锁紧；
导磁杆(14)由导磁杆(141)、导磁杆(142)、导磁杆(143)以及导磁杆(144)组成；励磁线圈(13)由励磁线圈(131)、励磁线圈(132)、励磁线圈(133)以及励磁线圈(134)组成；导磁杆(141)上缠绕有励磁线圈(131)，其径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆(142)上缠绕有励磁线圈(132)，其径向磁极由内到外为N-S布置；导磁杆(143)上缠绕有励磁线圈(133)，其径向磁极由内到外为S-N布置；导磁杆(144)上缠绕有励磁线圈(134)，其径向磁极由内到外为N-S布置；
导磁内套筒(15)外表面中部加工有4个互相垂直的盲孔，用于固定安装导磁杆(141)、导磁杆(142)、导磁杆(143)以及导磁杆(144)；
导磁内套筒(15)、导磁外套筒(6)和非导磁分割环(12)通过导磁杆(14)进行径向固定连接；
活塞头左端盖(4)、活塞杆(2)以及左吊耳(1)均加工有引线孔，励磁线圈(13)的引线依次通过上述引线孔引出；
浮动活塞(10)圆周外表面与阻尼器缸体(5)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；
阻尼器右端盖(9)与阻尼器缸体(5)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；右吊耳(8)左端中间加工有内螺纹孔；阻尼器右端盖(9)右端伸出轴加工有外螺纹；两者通过螺纹紧固连接。
2.根据权利要求1所述的一种可提高阻尼力和失效安全性的磁流变阻尼器，其特征在于：励磁线圈(131)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(141)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(142)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；
励磁线圈(132)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(143)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(142)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；
励磁线圈(133)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(143)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(144)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路；
励磁线圈(134)通入电流时，由于电磁感应原理产生的磁力线依次经过导磁内套筒(15)、导磁杆(141)、非导磁分割环(12)中部的通孔、导磁外套筒(6)和阻尼器缸体(5)，再经过导磁外套筒(6)、非导磁分割环(12)中部的通孔与导磁杆(144)，最后返回导磁内套筒(15)，形成闭合回路。
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