CN108087482A - 一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器，主要由阻尼器端盖、阻尼器缸体、励磁线圈、活塞以及吊环等组成。阻尼器缸体Ⅰ、阻尼器缸体Ⅱ、阻尼器缸体Ⅲ以及阻尼器缸体Ⅳ之间形成的第一、第二和第三液流通道通过圆形通孔串联组成蜿蜒式液流通道，在四个励磁线圈激励下形成15段有效阻尼间隙。该结构在不增加外形尺寸情况下可有效增大阻尼间隙长度，保证阻尼器能提供足够大的阻尼力。外置式励磁线圈结构可避免线圈组件与磁流变液接触，有效解决了线圈工作发热影响磁流变液性能的问题，同时维修更换时更方便，从而提高了阻尼器的稳定性。本发明阻尼器性能稳定，输出阻尼力大，特别适用于大功率工程机械减振领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是一种新型智能型减振器，利用磁流变液的磁流变效应可实现半主动控制。该智能型减振器具有诸多优点，例如大输出阻尼力、宽调节范围、响应速度快以及结构简单。目前，磁流变阻尼器已在汽车悬架、铁路机车以及桥梁建筑等诸多领域得到应用。
磁流变阻尼器通过在内置活塞头上缠绕一组线圈，通入电流可产生垂直于阻尼间隙的磁力线。磁流变液受磁场作用粘度发生变化，进而产生输出阻尼力。输入不同大小的电流，可产生不同大小的阻尼力。传统的磁流变阻尼器都是将励磁线圈内置于阻尼器缸体内，通电时容易产生热量影响磁流变液的性能；同时由于励磁线圈与磁流变液接触，更容易发生腐蚀、损坏等现象，且更换维修十分复杂。
另外，传统的磁流变阻尼器一般只设置一条阻尼通道，输出阻尼力有限。当遇到需要大输出阻尼力工况时，阻尼器容易失效。常用的增加阻尼力的方法是延长阻尼间隙，但延长阻尼间隙在增加阻尼力的同时也增大了阻尼器的体积。
发明内容
为了克服背景技术所述磁流变阻尼器存在的问题及满足磁流变阻尼器的实际使用要求，本发明提供一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器。该阻尼器的阻尼器缸体Ⅰ外表面加工有环形凹槽，阻尼器缸体Ⅰ与阻尼器缸体Ⅱ之间形成的圆环阻尼间隙构成第一液流通道；阻尼器缸体Ⅱ与阻尼器缸体Ⅲ之间形成的圆环阻尼间隙构成第二液流通道；阻尼器缸体Ⅲ与阻尼器缸体Ⅳ之间形成的圆环阻尼间隙构成第三液流通道；阻尼器缸体Ⅰ外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔，阻尼器缸体Ⅱ外圆周表面右端加工有6个均匀分布的圆形通孔，阻尼器缸体Ⅲ外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；第一、第二和第三液流通道通过圆形通孔串联在一起。阻尼器缸体Ⅳ外表面加工有四个绕线槽，励磁线圈Ⅰ、励磁线圈Ⅱ、励磁线圈Ⅲ以及励磁线圈Ⅳ分别缠绕在阻尼器缸体Ⅳ的四个绕线槽内；给四组励磁线圈通入电流时，产生的磁场垂直作用于第一、第二和第三液流通道，构成15段有效阻尼间隙，大大的提高了输出阻尼力。外置式励磁线圈不与磁流变液接触，有效解决了励磁线圈工作发热影响磁流变液性能的问题；另外，励磁线圈损坏时方便更换与维修。与传统的磁流变阻尼器相比，该磁流变阻尼器在不增加阻尼器轴向长度的情况下可提供更大的输出阻尼力及阻尼力可调范围，同时具有更高的稳定性，更加适合用于各种减振领域。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：包括左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅱ(5)、阻尼器缸体Ⅲ(6)、阻尼器缸体Ⅳ(7)、活塞头(8)、右吊环(9)、阻尼器右端盖(10)、励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)、励磁线圈Ⅳ(14)以及阻尼器缸体Ⅴ(15)；左吊环(1)与活塞杆(2)通过螺纹固定连接；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；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体Ⅰ(4)间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体Ⅰ(4)通过螺钉固定连接；阻尼器缸体Ⅰ(4)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅱ(5)外圆周表面右端加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅱ(5)圆周内表面与阻尼器缸体Ⅰ(4)圆周外表面过盈配合；阻尼器缸体Ⅱ(5)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅰ(4)外表面加工有环形凹槽，阻尼器缸体Ⅰ(4)与阻尼器缸体Ⅱ(5)之间形成的圆环阻尼间隙构成第一液流通道(16)；阻尼器缸体Ⅲ(6)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅲ(6)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅱ(5)与阻尼器缸体Ⅲ(6)之间形成的圆环阻尼间隙构成第二液流通道(17)；阻尼器缸体Ⅳ(7)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅲ(6)与阻尼器缸体Ⅳ(7)之间形成的圆环阻尼间隙构成第三液流通道(18)；阻尼器缸体Ⅴ(15)圆周内表面与阻尼器缸体Ⅳ(7)圆周外表面过盈配合；阻尼器缸体Ⅴ(15)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；活塞头(8)圆周内表面与活塞杆(2)外表面过盈配合，并通过圆锥销紧固定位；活塞头(8)圆周外表面与阻尼器缸体Ⅰ(4)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(10)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器右端盖(10)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(10)与阻尼器缸体Ⅰ(4)间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(10)与阻尼器缸体Ⅰ(4)通过螺钉固定连接；右吊环(9)与活塞杆(2)通过螺纹固定连接；第一液流通道(16)、第二液流通道(17)和第三液流通道(18)通过阻尼器缸体Ⅰ(4)左端和右端均匀分布的圆形通孔、阻尼器缸体Ⅱ(5)右端均匀分布的圆形通孔以及阻尼器缸体Ⅲ(6)左端和右端均匀分布的圆形通孔串联组合在一起；阻尼器缸体Ⅳ(7)外表面加工有四个绕线槽，励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)以及励磁线圈Ⅳ(14)分别缠绕在阻尼器缸体Ⅳ(7)的四个绕线槽内；给四组励磁线圈通入电流时，产生的磁场垂直作用于第一液流通道(16)的A1、A2、A3、A4、A5处，第二液流通道(17)的B1、B2、B3、B4、B5处以及第三液流通道(18)的C1、C2、C3、C4、C5处，共构成15段有效阻尼间隙，大大的提高了输出阻尼力；阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)均为10号钢导磁材料，励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)因电磁效应产生的磁力线依次垂直穿过阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)，形成闭合回路；分别给励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)通入电流I1、I2、I3及I4，I1和I3为正向电流，I2和I4为反向电流，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互叠加，此时能获得最大的输出阻尼力；当通入电流I1、I2、I3及I4均为正向电流时，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互抵消，此时能获得相对较小的输出阻尼力。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
(1) 本发明磁流变阻尼器的阻尼器缸体Ⅰ与阻尼器缸体Ⅱ之间形成的圆环阻尼间隙构成第一液流通道；阻尼器缸体Ⅱ与阻尼器缸体Ⅲ之间形成的圆环阻尼间隙构成第二液流通道；阻尼器缸体Ⅲ与阻尼器缸体Ⅳ之间形成的圆环阻尼间隙构成第三液流通道。阻尼器缸体Ⅰ左端和右端分别加工有圆形通孔，阻尼器缸体Ⅱ右端加工有圆形通孔，阻尼器缸体Ⅲ左端和右端分别加工有圆形通孔，第一、第二和第三液流通道通过圆形通孔串联在一起。阻尼器缸体Ⅳ外表面加工有四个绕线槽，励磁线圈Ⅰ、励磁线圈Ⅱ、励磁线圈Ⅲ以及励磁线圈Ⅳ分别缠绕在阻尼器缸体Ⅳ的四个绕线槽内；给四组励磁线圈通入电流时，产生的磁场垂直作用于第一、第二和第三液流通道，构成15段有效阻尼间隙，大大的提高了输出阻尼力。
(2) 本发明磁流变阻尼器的外置式励磁线圈不与磁流变液接触，有效解决了励磁线圈工作发热影响磁流变液性能的问题；另外，励磁线圈损坏时方便更换与维修。与传统的磁流变阻尼器相比，本发明磁流变阻尼器在不增加阻尼器轴向长度的情况下可提供更大的输出阻尼力及阻尼力可调范围，同时具有较高的稳定性，更加适合用于各种减振领域。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明A-A横截面示意图。
图3是本发明阻尼器左端盖轴侧三维结构示意图。
图4是本发明液流通道结构示意图。
图5是本发明励磁线圈通异向电流磁力线分布示意图。
图6是本发明励磁线圈通同向电流磁力线分布示意图。
图7是本发明有效阻尼间隙示意图。
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：
如图1所示，本发明包括：左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅱ(5)、阻尼器缸体Ⅲ(6)、阻尼器缸体Ⅳ(7)、活塞头(8)、右吊环(9)、阻尼器右端盖(10)、励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)、励磁线圈Ⅳ(14)以及阻尼器缸体Ⅴ(15)。
图2所示为本发明A-A横截面示意图。阻尼器缸体Ⅰ(4)外表面加工有环形凹槽，阻尼器缸体Ⅰ(4)与阻尼器缸体Ⅱ(5)之间形成的圆环阻尼间隙构成第一液流通道(16)；阻尼器缸体Ⅱ(5)与阻尼器缸体Ⅲ(6)之间形成的圆环阻尼间隙构成第二液流通道(17)；阻尼器缸体Ⅲ(6)与阻尼器缸体Ⅳ(7)之间形成的圆环阻尼间隙构成第三液流通道(18)。
图3所示为本发明阻尼器左端盖轴侧示意图。阻尼器左端盖(3)右端面加工有4个环形凹槽，分别用于阻尼器缸体Ⅱ(5)、阻尼器缸体Ⅲ(6)、阻尼器缸体Ⅳ(7)以及阻尼器缸体Ⅴ(15)的轴向定位。
图4所示为本发明液流通道示意图。阻尼器缸体Ⅰ(4)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅱ(5)外圆周表面右端加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅲ(6)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔。第一液流通道(16)、第二液流通道(17)和第三液流通道(18)通过阻尼器缸体Ⅰ(4)左端和右端的圆形通孔、阻尼器缸体Ⅱ(5)右端的圆形通孔以及阻尼器缸体Ⅲ(6)左端和右端的圆形通孔串联组合在一起，同时使磁流变阻尼器左腔与右腔相互连通。
图5是本发明励磁线圈通异向电流磁力线分布示意图。阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)均为10号钢导磁材料，励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)因电磁效应产生的磁力线依次垂直穿过阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)，形成闭合回路。分别给励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)通入电流I1、I2、I3及I4，I1和I3为正向电流，I2和I4为反向电流，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互叠加，此时能获得最大的输出阻尼力。
图6是本发明励磁线圈通同向电流磁力线分布示意图。分别给励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)通入电流I1、I2、I3及I4均为正向电流，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互抵消，此时能获得相对较小的输出阻尼力。
图7是本发明有效阻尼间隙示意图。给四组励磁线圈通入电流时，产生的磁场垂直作用于第一液流通道(16)的A1、A2、A3、A4、A5处，第二液流通道(17)的B1、B2、B3、B4、B5处以及第三液流通道(18)的C1、C2、C3、C4、C5处，共构成15段有效阻尼间隙，大大的提高了输出阻尼力。
本发明工作原理如下：
活塞杆(2)受到外部激励时发生往复运动，磁流变液通过三条串联的液流通道来回流动。当励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)分别通入电流I1、I2、I3及I4时，因电磁效应产生的磁力线通过并垂直于有效阻尼通道。由于磁场作用，流经阻尼通道的磁流变液其粘度会增大，屈服应力增强。磁流变液流过该阻尼通道，需克服这种链状排列的分子间的力，从而增大磁流变阻尼器的粘滞阻尼力。通过调节励磁线圈中电流I1、I2、I3及I4的大小，可改变磁流变液的屈服应力，获得所需的输出阻尼力。
Claims (3)
1.一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征在于：包括左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅱ(5)、阻尼器缸体Ⅲ(6)、阻尼器缸体Ⅳ(7)、活塞头(8)、右吊环(9)、阻尼器右端盖(10)、励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)、励磁线圈Ⅳ(14)以及阻尼器缸体Ⅴ(15)；左吊环(1)与活塞杆(2)通过螺纹固定连接；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；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体Ⅰ(4)间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体Ⅰ(4)通过螺钉固定连接；阻尼器缸体Ⅰ(4)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅱ(5)外圆周表面右端加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅱ(5)圆周内表面与阻尼器缸体Ⅰ(4)圆周外表面过盈配合；阻尼器缸体Ⅱ(5)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅰ(4)外表面加工有环形凹槽，阻尼器缸体Ⅰ(4)与阻尼器缸体Ⅱ(5)之间形成的圆环阻尼间隙构成第一液流通道(16)；阻尼器缸体Ⅲ(6)外圆周表面左端和右端均加工有6个均匀分布的圆形通孔；阻尼器缸体Ⅲ(6)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅱ(5)与阻尼器缸体Ⅲ(6)之间形成的圆环阻尼间隙构成第二液流通道(17)；阻尼器缸体Ⅳ(7)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；阻尼器缸体Ⅲ(6)与阻尼器缸体Ⅳ(7)之间形成的圆环阻尼间隙构成第三液流通道(18)；阻尼器缸体Ⅴ(15)圆周内表面与阻尼器缸体Ⅳ(7)圆周外表面过盈配合；阻尼器缸体Ⅴ(15)分别通过阻尼器左端盖(3)与阻尼器右端盖(10)的环形凹槽进行轴向定位；活塞头(8)圆周内表面与活塞杆(2)外表面过盈配合，并通过圆锥销紧固定位；活塞头(8)圆周外表面与阻尼器缸体Ⅰ(4)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(10)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器右端盖(10)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(10)与阻尼器缸体Ⅰ(4)间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(10)与阻尼器缸体Ⅰ(4)通过螺钉固定连接；右吊环(9)与活塞杆(2)通过螺纹固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征在于：第一液流通道(16)、第二液流通道(17)和第三液流通道(18)通过阻尼器缸体Ⅰ(4)左端和右端均匀分布的圆形通孔、阻尼器缸体Ⅱ(5)右端均匀分布的圆形通孔以及阻尼器缸体Ⅲ(6)左端和右端均匀分布的圆形通孔串联组合在一起；阻尼器缸体Ⅳ(7)外表面加工有四个绕线槽，励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)以及励磁线圈Ⅳ(14)分别缠绕在阻尼器缸体Ⅳ(7)的四个绕线槽内；给四组励磁线圈通入电流时，产生的磁场垂直作用于第一液流通道(16)的A1、A2、A3、A4、A5处，第二液流通道(17)的B1、B2、B3、B4、B5处以及第三液流通道(18)的C1、C2、C3、C4、C5处，共构成15段有效阻尼间隙，大大的提高了输出阻尼力。
3.根据权利要求1所述的一种外置多线圈激励的蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征在于：阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)均为10号钢导磁材料，励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)因电磁效应产生的磁力线依次垂直穿过阻尼器缸体Ⅰ(4)、阻尼器缸体Ⅳ(7)及阻尼器缸Ⅴ(15)，形成闭合回路；分别给励磁线圈Ⅰ(11)、励磁线圈Ⅱ(12)、励磁线圈Ⅲ(13)及励磁线圈Ⅳ(14)通入电流I1、I2、I3及I4，I1和I3为正向电流，I2和I4为反向电流，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互叠加，此时能获得最大的输出阻尼力；当通入电流I1、I2、I3及I4均为正向电流时，A2、A3、A4、B2、B3、B4、C2、C3、C4阻尼间隙处的磁力线相互抵消，此时能获得相对较小的输出阻尼力。
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