CN108105313B - 基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，包括空气弹簧，空气弹簧包括第一端封板、第二端封板和曲囊，曲囊的上端与第一端封板固定连接，曲囊的下端与第二端封板固定连接，第一端封板、曲囊、第二端封板构成封闭密封腔体，空气弹簧设有充放气装置，通过充放气装置向曲囊内部的密封腔体内充入压缩空气；曲囊内设有磁控阻尼装置，磁控阻尼装置包括工作缸以及位于工作缸内的活塞，工作缸内部填充有磁流变材料，活塞上绕制有励磁线圈，活塞与活塞杆固定连接，活塞杆另一端从工作缸上端端盖外伸出工作缸后与第一端封板固定连接，工作缸下端与第二端封板固定连接。其可以实时改变隔振器阻尼参数的方案来提升空气弹簧的低频隔振性能。

Description

基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器

技术领域

本发明属于隔振器技术领域，具体涉及一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器。

背景技术

在20世纪初，工程技术人员就已经开始将空气弹簧应用于隔振领域，早在1914年便出现了第一辆安装有空气弹簧隔振器的汽车，但由于制造水平问题，直至20世纪中叶，空气弹簧隔振器才大规模地走向应用领域。目前，空气弹簧隔振器已经广泛应用于汽车悬架、座椅悬架、精密仪器设备隔振、航空、舰船隔振等诸多领域。空气弹簧隔振器之所以被广泛应用，是因为其具有以下优点：对于相同尺寸的橡胶空气弹簧，改变内部气体压力，可得到不同的承载能力，承载能力与内压成正比，能实现同一个橡胶空气弹簧可实现多种载荷的要求；空气弹簧的刚度也可以依靠改变内压而加以选择，对于一个尺寸既定的橡胶空气弹簧，刚度是可变的，它将随着载荷的改变而变化；橡胶空气弹簧的固有频率可降低到0.5～3Hz，即橡胶空气弹簧可保持较低而近乎相等的固有频率；橡胶空气弹簧主要由橡胶和空气组成，内摩擦小，不会因自身的固有振动而影响隔振性能。空气弹簧的上述优点，使其具有优良的高频隔振性能，但对于低频振动的隔振性能却不够理想。传统的空气弹簧隔振器与相应的被隔振物相结合，其力学特性基本固定，对振动环境的适应能力差，不能进一步拓展空气弹簧隔振器的工程应用范围，特别是在低频振动的范围下应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，其可以实时改变隔振器阻尼参数的方案来提升空气弹簧的低频隔振性能，即将填充磁控阻尼材料的磁控阻尼装置进行改进，并与空气弹簧复合设计磁控阻尼空气弹簧隔振器，可根据低频振动工况来调节隔振器的参数，实现空气弹簧隔振器低频隔振性能的优化及应用范围的拓展。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，包括空气弹簧，所述空气弹簧包括第一端封板、第二端封板和曲囊，所述曲囊的上端与第一端封板固定连接，所述曲囊的下端与第二端封板固定连接，所述第一端封板、曲囊、第二端封板构成封闭密封腔体，所述空气弹簧设有充放气装置，通过充放气装置向曲囊内部的密封腔体内充入压缩空气；所述曲囊内设有磁控阻尼装置，所述磁控阻尼装置包括工作缸以及位于工作缸内的活塞，所述工作缸内部填充有磁流变材料，所述活塞上绕制有励磁线圈，所述活塞与活塞杆一端固定连接，所述活塞杆另一端从工作缸上端端盖外伸出工作缸后与第一端封板固定连接，所述工作缸下端与第二端封板固定连接。

所述磁控阻尼装置的工作缸内设有活动浮塞，所述活动浮塞与工作缸内壁滑动配合，所述活动浮塞的圆周外壁与工作缸内壁之间设有密封圈和导向环，使活动浮塞与工作缸上端端盖之间形成密闭空间，所述活塞位于该密闭空间内，该密闭空间内充满磁流变材料；所述活动浮塞的圆周外壁设置有用于安装密封圈的凹槽以及用于安装导向环的凹槽；密封圈安装在活动浮塞的圆周外壁的上凹槽中，导向环安装在活动浮塞的圆周外壁的下凹槽中。

所述工作缸的下端设有连通口，所述连通口位于活动浮塞下方，通过连通口使活动浮塞下方与曲囊内部的密封腔体内气体压力一致，曲囊内部的密封腔体内的气体压力为活动浮塞运动提供回复力；所述工作缸的内壁位于活动浮塞下方并位于连通口上方设有限位装置，用于限制活动浮塞运动行程。

所述限位装置上设有缓冲垫。所述限位装置为限位挡圈。所述缓冲垫为0型缓冲垫，0型缓冲垫固定粘结在限位挡圈上端。

本发明的磁控阻尼装置设有阻尼通道，活塞可以在工作缸的密闭空间内沿轴向移动，使磁流变材料在阻尼通道流动。所述活塞包括活塞铁芯，所述活塞铁芯与工作缸内壁之间存在间隙，作为磁控阻尼装置的阻尼通道；所述活塞铁芯外表面设有凹槽，凹槽中绕制励磁线圈，且凹槽处励磁线圈上面设有密封层密封励磁线圈，所述励磁线圈的两端分别与引线串接，所述引线通过活塞杆设有的轴向通孔延伸至活塞杆外。当然，本发明的磁控阻尼装置的阻尼通道也可以不设置在活塞铁芯与工作缸内壁之间，而是设置在活塞铁芯上，使活塞铁芯与工作缸内壁滑动配合。

所述工作缸上端设有油封，所述油封位于端盖下方，所述工作缸的上端设有定位台阶，油封、端盖依次定位在工作缸上端的定位台阶上，并通过缸口卷边的方式将端盖和油封固定在工作缸顶端，油封、端盖两者紧密贴合；所述端盖、油封均设有用于供活塞杆穿过的过孔，活塞杆与油封之间实现运动密封。

所述活塞杆的一端与活塞通过螺纹结构固定连接，活塞杆的另一端设有连接螺纹，用于与第一端封板设有的螺纹孔连接，所述工作缸的底端固定有底座，所述底座的下端设有螺纹杆，用于与第二端封板设有的螺纹孔固定连接。

第一端封板的下端与曲囊上端通过上锁紧环紧固连接，所述曲囊的下端与第二端封板的上端通过下锁紧环紧固连接；所述第一端封板、第二端封板的圆周边缘均设有连接孔。所述第一端封板与第二端封板为圆形结构。第一端封板的连接孔与第二端封板的连接孔对应。第一端封板的连接孔主要用于连接被隔振物。第二端封板的连接孔主要与振动源相连接。

所述曲囊的中间设有腰环，使曲囊形成两节曲囊结构。腰环用于限制曲囊的径向扩张。

所述充放气装置采用气门芯，所述气门芯安装在第一端封板上。

本发明具有的优点是：由于本发明的基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，由空气弹簧与磁控阻尼装置两部分复合而成，空气弹簧与磁控阻尼装置相结合构成磁控阻尼空气弹簧隔振器，可根据振动工况实时调节隔振器阻尼参数。磁控阻尼装置设置在空气弹簧的曲囊内设有，所述磁控阻尼装置的活塞与活塞杆一端固定连接，所述活塞杆另一端从工作缸上端端盖外伸出工作缸后与第一端封板固定连接，所述工作缸下端与第二端封板固定连接。空气弹簧伸缩时，带动活塞杆的运动，通过活塞杆推动活塞铁芯运动，磁控阻尼材料可在工作缸内的阻尼通道内流动，通过设置励磁线圈处的电流大小控制磁场强弱，达到调节空气弹簧隔振器阻尼参数的目的，可提升隔振器在低频振动范围内的隔振效果，拓展空气弹簧隔振器的应用范围，通过对磁控阻尼装置的励磁电流的控制，可实现将被动的空气弹簧隔振器转换为与半主动控制技术相结合的隔振器，优化隔振性能。由于磁控阻尼材料具有低频响应特性，在外界振源的激励过程中，空气弹簧起到了暂时储存及吸收振动能量的作用，磁控阻尼装置可通过磁控阻尼材料自身的内摩擦，将空气弹簧暂存的振动能量以转化为热量的形式消耗掉，因此提升了低频隔振性能，空气弹簧与磁控阻尼装置联合实现了良好的低频隔振性能。

本发明涉及的磁控阻尼装置即使失效的情况下，也仍能实现传统空气弹簧的隔振性能，且具有的被动阻尼特性。

附图说明

图1为本发明的基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器的结构示意图；

图2为本发明的磁控阻尼装置的结构示意图。

附图中，1为第一端封板，2为气门芯，3为第一组连接孔，4为上锁紧环，5为曲囊，6为腰环，7为下锁紧环，8为磁控阻尼装置，9为第二端封板，10为第二组连接孔；81为引线，82为连接螺纹，83为活塞杆，84为端盖，85为油封，86为工作缸，87为活塞铁芯，88为励磁线圈，89为磁流变材料，810为活动浮塞，811为密封圈，812为导向环，813为缓冲垫，814为限位挡圈，815为连通口，816为螺纹杆，817为底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，给出了详细的实施方式，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

参见图1和图2，本实施例公开了一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，由空气弹簧与磁控阻尼装置8两部分复合而成。所述空气弹簧包括第一端封板1、第二端封板9和曲囊5，所述曲囊5的上端与第一端封板1固定连接，所述曲囊5的下端与第二端封板9固定连接，所述第一端封板1、曲囊5、第二端封板9构成封闭密封腔体，所述空气弹簧设有充放气装置，通过充放气装置向曲囊5内部的密封腔体内充入压缩空气。所述充放气装置采用气门芯2，所述气门芯2安装在第一端封板1上。所述气门芯2底部触及封闭密封腔体，可通过所述气门芯2向封闭密封腔体内充入压缩空气，同时也可利用所述气门芯2释放密封腔体内的压缩空气。第一端封板1的下端与曲囊5上端通过上锁紧环4紧固连接，所述曲囊5的下端与第二端封板9的上端通过下锁紧环7紧固连接；所述曲囊5的中间设有腰环6，使曲囊5形成两节曲囊5结构。腰环6用于限制曲囊5的径向扩张，确保所述曲囊5形状保持稳定。所述上锁紧环4、腰环6、下锁紧环7均采用良好形变性能的不锈钢材料。本实施例的第一端封板1、第二端封板9为阶梯圆柱形。曲囊5的上端套在第一端封板1的小径端并通过上锁紧环4固定连接。曲囊5的下端套在第二端封板9的小径端并通过下锁紧环7固定连接。第一组连接孔3设置于第一端封板1大径段圆周边缘，第一组连接孔3的轴心线与第一端封板1的轴心线平行。在第二端封板9圆大径段周边缘对应位置设置第二组连接孔10。第二组连接孔10的轴心线与第二端封板9的轴心线平行。

所述曲囊5内设有磁控阻尼装置8，所述磁控阻尼装置88详细实施例参见图2，所述磁控阻尼装置8包括工作缸86以及位于工作缸86内的活塞，所述工作缸86内部填充有磁流变材料89。所述磁流变材料89作为一种公知磁控功能材料，如专利ZL200680024135.5或ZL201210495593.4中所述的材料。所述活塞上绕制有励磁线圈88，所述活塞与活塞杆83一端固定连接，所述活塞杆83另一端从工作缸86上端端盖84外伸出工作缸86后与第一端封板1固定连接，所述工作缸86下端与第二端封板9固定连接。所述工作缸86上端设有油封85，所述油封85位于端盖84下方，所述工作缸86的上端设有定位台阶，油封85、端盖84依次定位在工作缸86上端的定位台阶上，并通过缸口金属卷边的方式将端盖84和油封85固定在工作缸86顶端，油封85、端盖84两者紧密贴合；所述端盖84、油封85均设有用于供活塞杆83穿过的过孔，活塞杆83与油封85之间实现运动密封。所述活塞杆83的一端与活塞通过螺纹结构固定连接，活塞杆83的另一端设有连接螺纹82，用于与第一端封板1设有的中心螺纹孔连接，所述工作缸86的底端固定有底座817，所述底座817的下端设有螺纹杆816，用于与第二端封板9设有的螺纹孔固定连接。本实施例所述磁控阻尼装置8通过活塞杆83上端的连接螺纹82与空气弹簧第一端封板1中心螺纹孔连接，所述磁控阻尼装置8底端的螺纹杆816固定在第二端封板9螺纹孔中，在上述螺纹连接中，加入螺纹胶增强连接处的气密性与紧固性。本实施例所述活塞杆83设计具有轴向通孔结构，活塞杆83一端从端盖84和油封85处穿过进入工作缸86内部。所述活塞杆83选择非导磁金属材料，表面采用镀铬及微裂纹工艺处理，并均匀涂抹润滑油液，与油封85之间的实现运动密封，活塞铁芯87通过螺纹结构固定在活塞杆83底部，所述活塞铁芯87与工作缸86内壁间存在等间隔间隙，且二者都使用高导磁合金加工制造，活塞铁芯87外圆周表面设置双凹槽结构，励磁线圈88绕制于凹槽中，所述励磁线圈88选择铜质耐高温漆包线，且凹槽处励磁线圈88上面注塑聚甲醛塑料密封励磁线圈88，避免工作中励磁线圈88受到磁流变材料89磨损；引线81两端分别与励磁线圈88串联焊接在一起，所述引线81通过活塞杆83通孔结构延伸至隔振器外，便于将引线81与控制电流源相连接。

所述磁控阻尼装置8的工作缸86内设有活动浮塞810，所述活动浮塞810与工作缸86内壁滑动配合，所述活动浮塞810的圆周外壁与工作缸86内壁之间设有密封圈811和导向环812，使活动浮塞810上表面与工作缸86上端油封85下表面之间形成密闭空间，所述活塞位于该密闭空间内，该密闭空间内充满磁流变材料89；所述活动浮塞810的圆周外壁设置有用于安装密封圈811的凹槽以及用于安装导向环812的凹槽；O型密封圈811安装在活动浮塞810的圆周外壁的上凹槽中，导向环812安装在活动浮塞810的圆周外壁的下凹槽中。所述工作缸86的下端设有连通口815，所述连通口815位于活动浮塞810下方，通过连通口815使活动浮塞810下方与曲囊5内部的密封腔体内气体压力一致，曲囊5内部的密封腔体内的气体压力为活动浮塞810运动提供回复力；所述工作缸86的内壁位于活动浮塞810下方并位于连通口815上方设有限位装置，用于限制活动浮塞810运动行程。所述限位装置上设有缓冲垫813。所述限位装置为限位挡圈814。所述缓冲垫813为0型缓冲垫813，0型缓冲垫813固定粘结在限位挡圈814上端。所述活动浮塞810可在工作缸86中上下往复运动并隔离磁流变材料89与压缩空气。本实施例所述工作缸86的最下端圆周壁上开设连通口815。本实施例连通口815个数可以设置为偶数个，如2、4、6、8等，使连通口815对称设置在工作缸86的圆周壁。当然，所述连通口815也可以环工作缸86的圆周壁均匀分布等等。

本发明的磁控阻尼装置8设有阻尼通道，活塞可以在工作缸86的密闭空间内沿轴向移动，使磁流变材料89在阻尼通道流动。所述活塞包括活塞铁芯87，所述活塞铁芯87与工作缸86内壁之间存在间隙，作为磁控阻尼装置8的阻尼通道；所述活塞铁芯87外表面设有凹槽，凹槽中绕制励磁线圈88，且凹槽处励磁线圈88上面设有密封层密封励磁线圈88，所述励磁线圈88的两端分别与引线81串接，所述引线81通过活塞杆83设有的轴向通孔延伸至活塞杆83外。当然，本发明的磁控阻尼装置8的阻尼通道也可以不设置在活塞铁芯87与工作缸86内壁之间，而是设置在活塞铁芯87上，使活塞铁芯87与工作缸86内壁滑动配合。

基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器可根据被隔振物，通过所述气门芯2向密封腔体内充入压缩空气，为被隔振物提供支承力与隔振系统所需刚度；当隔振器进行伸缩运动时，所述第一端封板1将带动活塞杆83往复运动，推动活塞活塞铁芯87运行，所述磁流变材料89在工作缸86与活塞活塞铁芯87间隙通道流动，通过设置励磁线圈88处的电流大小可控制间隙处的磁场强弱，改变磁流变材料89粘度，从而达到实时调节空气弹簧隔振器阻尼参数的目的，实现根据外部振动工况实时改变隔振系统参数的目标。

本发明可根据实际工况，通过设置励磁线圈88处的电流大小可控制间隙处的磁场强弱，改变磁流变材料89粘度，从而达到调节空气弹簧隔振器阻尼参数的目的，实现根据外部振动工况实时改变隔振系统参数的目标。因此，本发明可提升隔振器在低频振动范围内的隔振效果，拓展空气弹簧隔振器的应用范围，同时可将空气弹簧隔振器与半主动控制技术相结合，优化隔振性能。即使在磁控功能失效的情况下，仍能被动液压阻尼的功能。因此，利用本发明的设计思想可以提升空气弹簧隔振器的性能并拓宽使用范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，其特征在于：包括空气弹簧，所述空气弹簧包括第一端封板、第二端封板和曲囊，所述曲囊的上端与第一端封板固定连接，所述曲囊的下端与第二端封板固定连接，所述第一端封板、曲囊、第二端封板构成封闭密封腔体，所述空气弹簧设有充放气装置，通过充放气装置向曲囊内部的密封腔体内充入压缩空气；所述曲囊内设有磁控阻尼装置，所述磁控阻尼装置包括工作缸以及位于工作缸内的活塞，所述工作缸内部填充有磁流变材料，所述活塞上绕制有励磁线圈，活塞铁芯与活塞杆固定连接，所述活塞杆另一端从工作缸上端端盖外伸出工作缸后与第一端封板固定连接，所述工作缸下端与第二端封板固定连接；所述活塞杆的一端与活塞通过螺纹结构固定连接，活塞杆的另一端设有连接螺纹，用于与第一端封板设有的螺纹孔连接，所述工作缸的底端固定有底座，所述底座的下端设有螺纹杆，用于与第二端封板设有的螺纹孔固定连接；第一端封板的下端与曲囊上端通过上锁紧环紧固连接，所述曲囊的下端与第二端封板的上端通过下锁紧环紧固连接；所述曲囊的中间设有腰环，使曲囊形成两节曲囊结构；所述第一端封板、第二端封板的圆周边缘均设有连接孔；

所述工作缸上端设有油封，所述油封位于端盖下方，所述工作缸的上端设有定位台阶，油封、端盖依次定位在工作缸上端的定位台阶上，并通过缸口卷边的方式将端盖和油封固定在工作缸顶端，油封、端盖两者紧密贴合；所述端盖、油封均设有用于供活塞杆穿过的过孔，活塞杆与油封之间实现运动密封；

所述磁控阻尼装置的工作缸内设有活动浮塞，所述活动浮塞与工作缸内壁滑动配合，所述活动浮塞的圆周外壁与工作缸内壁之间设有密封圈和导向环，使活动浮塞与工作缸上端端盖之间形成密闭空间，所述活塞位于该密闭空间内，该密闭空间内充满磁流变材料；所述工作缸的下端设有连通口，所述连通口位于活动浮塞下方，通过连通口使活动浮塞下方与曲囊内部的密封腔体内气体压力一致，曲囊内部的密封腔体内的气体压力为活动浮塞运动提供回复力；所述工作缸的内壁位于活动浮塞下方并位于连通口上方设有限位装置，用于限制活动浮塞运动行程；所述活动浮塞可在工作缸中上下往复运动并隔离磁流变材料与压缩空气；所述充放气装置采用气门芯，所述气门芯安装在第一端封板上；通过所述气门芯向密封腔体内充入压缩空气，为被隔振物提供支承力与隔振系统所需刚度；

空气弹簧伸缩时，带动活塞杆的运动，通过活塞杆推动活塞铁芯运动，磁控阻尼材料可在工作缸内的阻尼通道内流动，通过设置励磁线圈处的电流大小控制磁场强弱，达到调节空气弹簧隔振器阻尼参数的目的，提升隔振器在低频振动范围内的隔振效果，拓展空气弹簧隔振器的应用范围，通过对磁控阻尼装置的励磁电流的控制，实现将被动的空气弹簧隔振器转换为与半主动控制技术相结合的隔振器，优化隔振性能，由于磁控阻尼材料具有低频响应特性，在外界振源的激励过程中，空气弹簧起到了暂时储存及吸收振动能量的作用，磁控阻尼装置通过磁控阻尼材料自身的内摩擦，将空气弹簧暂存的振动能量以转化为热量的形式消耗掉，因此提升了低频隔振性能，空气弹簧与磁控阻尼装置联合实现了良好的低频隔振性能。

2.根据权利要求 1 所述基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，其特征在于：所述限位装置上设有缓冲垫。

3.根据权利要求 1 所述基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，其特征在于：所述活动浮塞的圆周外壁设置有用于安装密封圈的凹槽以及用于安装导向环的凹槽；密封圈安装在活动浮塞的圆周外壁的密封圈的凹槽中，导向环安装在活动浮塞的圆周外壁的导向环的凹槽中。

4.根据权利要求 1 所述基于磁控阻尼的空气弹簧隔振器，其特征在于：所述活塞包括活塞铁芯，所述活塞铁芯与工作缸内壁之间存在间隙，所述活塞铁芯外表面设有凹槽，凹槽中绕制励磁线圈，且凹槽处励磁线圈上面设有密封层密封励磁线圈，所述励磁线圈的两端分别与引线串接，所述引线通过活塞杆设有的轴向通孔延伸至活塞杆外。

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