CN108302151B - 基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，包括缸筒、浮动活塞、阻尼活塞、阻尼杆和分布式拓扑永磁体；分布式拓扑永磁体包括内套于缸筒内圆的外分布式拓扑永磁体和内分布式拓扑永磁体，所述阻尼活塞为套设于内、外分布式拓扑永磁体之间的环形结构，所述外分布式拓扑永磁体的内圆和内分布式拓扑永磁体的外圆直径沿轴向由后向前逐渐拓扑变化，所述阻尼活塞的外圆与外分布式拓扑永磁体内圆之间和阻尼活塞内圆与内分布式拓扑永磁体外圆之间分别形成变径阻尼通道；通过预置拓扑设计，使磁流变缓冲器应用中省去了传感器、控制器和供电环节，提高了系统可靠性。

Description

基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器
技术领域
本发明涉及一种缓冲器，具体涉及一种基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器。
背景技术
缓冲器作为抗冲击设备的重要组成部分，在缓冲过载加速度，减小冲击所带来的负面影响等方面起到至关重要的作用，具有广泛的应用前景，如枪炮装备的发射缓冲，低空飞行设备抗坠毁缓冲等，在跌落地面的过程中，需要缓冲器降低冲击载荷，减小冲击对设备的影响。
在对冲击载荷进行缓冲吸能过程，通常希望缓冲器冲击力随压缩行程保持稳定，传统的被动减振器结构复杂庞大，难以满足轻量、便携性的要求。而传统磁流变缓冲器虽能在一定程度上实现阻尼力的动态可调，但是由于需要传感器、控制器以及供电，导致系统复杂，无法适应恶劣冲击以及野外环境。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，能够解决目前筒式磁流变缓冲器面向高冲击环境下系统复杂，阻尼力难以满足实时需求的问题。
本发明的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，包括缸筒、浮动活塞、阻尼活塞、阻尼杆和分布式拓扑永磁体；所述浮动活塞沿轴向滑动密封设置于缸筒内腔并将缸筒内腔分隔成气体缓冲腔和磁流变液腔；所述阻尼杆的后端与阻尼活塞固定连接并用于驱动阻尼活塞轴向运动，所述分布式拓扑永磁体包括内套于缸筒内圆的外分布式拓扑永磁体和同轴间隔内套于外分布式拓扑永磁体的内分布式拓扑永磁体，所述阻尼活塞为套设于内、外分布式拓扑永磁体之间的环形结构，所述阻尼活塞的后端沿轴向设置有用于避让内分布式拓扑永磁体的阻尼孔，所述外分布式拓扑永磁体的内圆和内分布式拓扑永磁体的外圆的直径沿轴向由后向前渐，所述阻尼活塞的外圆与外分布式拓扑永磁体的内圆之间和阻尼活塞的内圆与内分布式拓扑永磁体的外圆之间分别形成变截面环形通道；所述内、外分布式拓扑永磁体均为由多个永磁环和多个导磁环交错重叠形成，轴向相邻的两个永磁环轴向相对面的磁性相同。
进一步，所述阻尼活塞内沿轴向贯通设置有回流孔，所述回流孔内设置有用于使磁流变液只能向后通过回流孔的单向阀。
进一步，所述回流孔为沿周向均匀分布设置。
进一步，所述磁流变液腔内还固定设置有导向架，所述导向架包括前支撑环、后支撑环和固定连接于前、后支撑环之间的导向杆，所述导向杆沿轴向贯穿阻尼活塞并与阻尼活塞滑动配合。
进一步，所述导向杆沿周向均匀分布设置。
进一步，所述缸筒包括筒体和设置于筒体前、后端的前、后端盖，所述前、后端盖分别与筒体螺纹连接固定，所述后端盖固定设置用沿轴向布置的浮动活塞导向柱，所述浮动活塞外套于浮动活塞导向柱且浮动活塞的内圆与浮动活塞导向柱的外圆之间沿轴向密封配合，浮动活塞的外圆与筒体的内圆之间沿轴向密封配合。
进一步，所述浮动活塞导向柱的前端设置有用于结合锁紧螺钉固定内分布式拓扑永磁体的固定螺孔，所述内分布式拓扑永磁体同轴设置于浮动活塞导向柱前端面，所述锁紧螺钉前端贯穿内分布式拓扑永磁体并与固定螺孔螺纹配合实现锁紧螺钉的螺帽轴向压紧固定内分布式拓扑永磁体。
进一步，所述后端盖内端面一体成型形成安装螺柱，所述浮动活塞导向柱后端轴向设置有螺纹外套于安装螺柱的安装螺孔。
进一步，所述缸筒内前端还设置用于对阻尼杆沿径向限位的导向座。
进一步，所述缸筒内前端还设置有外套于阻尼杆并用于对阻尼杆外圆沿轴向密封的密封机构。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，通过永磁体分布式拓扑结构，结合空间曲面的拓扑优化，使磁流变缓冲器的工作区域在既定磁场下，具有理想的渐变曲面特性，以解决目前筒式磁流变缓冲器面向高冲击环境下系统复杂，阻尼力难以满足实时需求的问题。通过预置拓扑设计，使磁流变缓冲器应用中省去了传感器、控制器和供电环节，提高了系统可靠性并可以适应恶劣冲击和野外环境。实现不耗能情况下具有缓冲减震的效果，磁流变液所提供的阻尼力值调节范围增大，可以满足缓冲力值梯度大幅增大，阻尼力波动较小以及针对既定工况具有快速响应的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例中的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，包括缸筒23、浮动活塞1、阻尼活塞2、阻尼杆3和分布式拓扑永磁体；所述浮动活塞1沿轴向滑动密封设置于缸筒23内腔并将缸筒23内腔分隔成气体缓冲腔4和磁流变液腔5；所述阻尼杆3的后端与阻尼活塞2固定连接并用于驱动阻尼活塞2轴向运动，所述分布式拓扑永磁体包括内套于缸筒23内圆的外分布式拓扑永磁体6和同轴间隔内套于外分布式拓扑永磁体6的内分布式拓扑永磁体7，所述阻尼活塞2为套设于内、外分布式拓扑永磁体6之间的环形结构，所述阻尼活塞2的后端沿轴向设置有用于安装内分布式拓扑永磁体7的阻尼孔9b，所述外分布式拓扑永磁体6的内圆和内分布式拓扑永磁体7的外圆的直径沿轴向由后向前渐变(同前)，所述阻尼活塞2的外圆与外分布式拓扑永磁体6的内圆之间和阻尼活塞2的内圆与内分布式拓扑永磁体7的外圆之间分别形成变截面阻尼通道(包括外变径阻尼通道9a和内变径阻尼通道9b)；所述内、外分布式拓扑永磁体6均为由多个导磁环10和多个永磁环11交错重叠形成内、外圆光滑的套体，轴向相邻的两个永磁环轴向相对面的磁性相同；浮动活塞1右部的磁流变液腔5内充满磁流变液，浮动活塞1左部的气体缓冲腔4内充有惰性压缩气体；永磁环的N极与N极相对，S极与S极相对，磁场均匀的从N极发出，分别经过磁流变液间隙(即变径阻尼通道)、阻尼活塞2的内或外表面、磁流变液间隙(同一变径阻尼通道)，最后到达S极，并构成完整的磁回路；外分布式拓扑永磁体6其内表面为光滑变化的特定几何曲面依次组成，使得外分布式拓扑永磁体6与阻尼活塞2外表面之间的间隙随着阻尼活塞2的后移而逐渐变化。同理，内分布式拓扑永磁体7外表面为光滑变化的特定几何曲面依次组成，使得内分布式拓扑永磁体7与阻尼活塞2内表面之间的间隙随着阻尼活塞2的后移而逐渐变化，可逐渐变大或逐渐变小；特定的几何曲面根据应用场合的不同；浮动活塞1可以沿轴向滑动。当阻尼活塞2左移时，阻尼杆3进入缓冲器内部的体积增量由浮动活塞1左移，实现补偿。同理，当阻尼活塞2右移时，阻尼杆3离开缓冲器内部的体积减少量由浮动活塞1右移，实现补偿；前端表示阻尼杆连接被阻尼件的一端，反之为后端；
通过永磁体分布式拓扑结构，结合空间曲面的拓扑优化，使磁流变缓冲器的工作区域在既定磁场下，具有理想的渐变曲面特性，以解决目前筒式磁流变缓冲器面向高冲击环境下响应时间过长，阻尼力波动较大的问题；实现不耗能情况下具有缓冲减震的效果，磁流变液所提供的阻尼力值调节范围增大，可以满足缓冲力值梯度大幅增大，阻尼力波动较小以及针对既定工况具有快速响应的效果。
本实施例中，所述阻尼活塞2内沿轴向贯通设置有回流孔12，所述回流孔12内设置有用于使磁流变液只能向后通过回流孔设置有单向阀13；当阻尼杆3运动到极限位置或工况截止位置，需要复原至初始12的单向阀13；所述回流孔12为三个且沿周向均匀分布设置，三个回流孔12均设置有单向阀，浮动活塞1左部的压缩空气推动浮动活塞1右移，右端液体在压力的作用下推动阻尼杆3右移，由于阻尼活塞2向右移动压缩缓冲器右腔液体向左腔流动，在液体压力的作用下，单向阀13被打开，使得液体可以通过回流孔12流到左腔内，避免了阻尼活塞2的卡死状态，直至回到初始状态。
本实施例中，所述磁流变液腔5内还固定设置有导向架，所述导向架包括前支撑环14、后支撑环15和固定连接于前、后支撑环之间的导向杆15a，所述导向杆15a沿轴向贯穿阻尼活塞2并与阻尼活塞2滑动配合；所述导向杆沿周向均匀分布设置；所述导向杆穿过阻尼活塞2，迫使阻尼活塞2沿着导向杆稳定轴向移动，减少径向窜动；前、后支撑环可分别由多个固定连接的同心环组成，且同心环之间通过径向布置的连接杆固定，连接杆沿周向均匀设置多个，前、后支撑环边缘沿轴向支撑固定于缸筒23内圆形成的限位台阶上。
本实施例中，所述缸筒23包括筒体和设置于筒体前、后端的前、后端盖，所述前、后端盖16分别与筒体螺纹连接固定，所述后端盖16固定设置用沿轴向布置的浮动活塞导向柱17，所述浮动活塞1外套于浮动活塞导向柱17且浮动活塞1的内圆与浮动活塞导向柱17的外圆之间沿轴向密封配合，浮动活塞1的外圆与筒体的内圆之间沿轴向密封配合；保证浮动活塞1运动平稳。
本实施例中，所述浮动活塞导向柱17的前端设置有用于结合锁紧螺钉18固定内分布式拓扑永磁体7的固定螺孔，所述内分布式拓扑永磁体7同轴设置于浮动活塞导向柱17前端面，所述锁紧螺钉18前端贯穿内分布式拓扑永磁体7并与固定螺孔螺纹配合实现锁紧螺钉18的螺帽轴向压紧固定内分布式拓扑永磁体7；保证内分布式拓扑永磁体7固定精度高，保证变截面阻尼通道控制精度高。
本实施例中，所述后端盖内端面一体成型形成安装螺柱20，所述浮动活塞导向柱17后端轴向设置有螺纹外套于安装螺柱20的安装螺孔；所述缸筒内前端还设置用于对阻尼杆3沿径向限位的导向座21；所述缸筒内前端还设置有外套于阻尼杆3并用于对阻尼杆3外圆沿轴向密封的密封机构22；所述密封机构为现有技术，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：包括缸筒、浮动活塞、阻尼活塞、阻尼杆和分布式拓扑永磁体；所述浮动活塞沿轴向滑动密封设置于缸筒内腔并将缸筒内腔分隔成气体缓冲腔和磁流变液腔；所述阻尼杆的后端与阻尼活塞固定连接并用于驱动阻尼活塞轴向运动，所述分布式拓扑永磁体包括内套于缸筒内圆的外分布式拓扑永磁体和内分布式拓扑永磁体，所述阻尼活塞为套设于内、外分布式拓扑永磁体之间的环形结构，所述阻尼活塞的后端沿轴向设置有用于安装内分布式拓扑永磁体的阻尼孔，所述外分布式拓扑永磁体的内圆和内分布式拓扑永磁体的外圆直径沿轴向渐变，所述阻尼活塞的外圆与外分布式拓扑永磁体的内圆之间和阻尼活塞的内圆与内分布式拓扑永磁体的外圆之间分别形成变截面环形阻尼通道；所述内、外分布式拓扑永磁体均为由多个永磁环和多个导磁环交错重叠形成，轴向相邻的两个永磁环轴向相对面磁性相同。
2.根据权利要求1所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述阻尼活塞内沿轴向贯通设置有回流孔，所述回流孔内设置有用于使磁流变液只能向后通过回流孔的单向阀。
3.根据权利要求2所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述回流孔沿周向均匀分布设置。
4.根据权利要求1所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述磁流变液腔内还固定设置有导向架，所述导向架包括前支撑环、后支撑环和固定连接于前、后支撑环之间的导向杆，所述导向杆沿轴向贯穿阻尼活塞并与阻尼活塞滑动配合。
5.根据权利要求4所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述导向杆沿周向均匀分布设置。
6.根据权利要求1所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述缸筒包括筒体和设置于筒体前、后端的前、后端盖，所述前、后端盖分别与筒体螺纹连接固定，所述后端盖固定设置用沿轴向布置的浮动活塞导向柱，所述浮动活塞外套于浮动活塞导向柱且浮动活塞的内圆与浮动活塞导向柱的外圆之间沿轴向密封配合，浮动活塞的外圆与筒体的内圆之间沿轴向密封配合。
7.根据权利要求6所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述浮动活塞导向柱的前端设置有用于结合锁紧螺钉固定内分布式拓扑永磁体的固定螺孔，所述内分布式拓扑永磁体同轴设置于浮动活塞导向柱前端面，所述锁紧螺钉前端贯穿内分布式拓扑永磁体并与固定螺孔螺纹配合实现锁紧螺钉的螺帽轴向压紧固定于内分布式拓扑永磁体。
8.根据权利要求7所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述后端盖内端面一体成型形成安装螺柱，所述浮动活塞导向柱后端轴向设置有螺纹外套于安装螺柱的安装螺孔。
9.根据权利要求1所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述缸筒内前端还设置用于对阻尼杆沿径向限位的导向座。
10.根据权利要求1所述的基于分布式拓扑永磁体结构的筒式磁流变缓冲器，其特征在于：所述缸筒内前端还设置有外套于阻尼杆并用于对阻尼杆外圆沿轴向密封的密封机构。
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