CN108374861B - 双磁场耦合变向成链流变液阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双磁场耦合变向成链流变液阻尼器，包括活塞筒、套设在活塞筒外部的外筒中部设置有外筒励磁线圈，活塞筒内设置有活塞杆、活塞，活塞装在活塞杆上，活塞外周设置线圈槽，线圈槽内设置励磁线圈，活塞杆内部中空，励磁线圈的两端由活塞杆的中空引出到阻尼器外部，活塞筒内部其余空间充满磁流变液，活塞杆两端贯穿活塞筒并与外筒两端相连接，外筒内部填充或不填充磁流变液，外筒前端设置耳座，外筒后端设置吊环，本发明结构简单，设计合理，阻尼力大幅度可调、响应特性灵活可控，能改变阻尼通道内成链方向的，适用于需要大范围可调阻尼或者需要不同初始响应效果的场合。

Description

双磁场耦合变向成链流变液阻尼器

技术领域

本发明涉及一种双磁场耦合变向成链流变液阻尼器。

背景技术

磁流变液(MRF)作为一种新型智能材料，由微米级或者纳米级的导磁性颗粒、煤油或硅油等非导磁性载液和一些改性添加剂制成。由于其拥有能在磁场的作用下在毫秒级的时间内由流体状态转变呈类固体状态的独特性质而受到广泛关注。近年来，应用磁流变效应的装置，例如磁流变阻尼器、制动器、减震器、抛光装置等被不断研究出来，其在车辆工程、土木工程、航天航空、医学等领域都将有不错的应用前景。

阻尼液使用磁流变液的阻尼器称为磁流变液阻尼器，目前是磁流变各类装置中应用最多的一种智能设备。根据控制需要，磁流变阻尼器通过调整其内部励磁线圈的输入电流来改变阻尼通道中的磁流变液的成链状态，进而改变磁流变阻尼器的的剪切屈服强度也就是阻尼器的阻尼大小。到目前为止，磁流变阻尼器已在各类民用或军用车辆的悬挂系统、车辆座椅的避震系统、桥梁的斜拉索、直升机机炮的减震系统，外骨骼机器人的避震系统等领域得到初步应用。

对于现有的磁流变阻尼器来说，主要存在以下问题：

1)传统的磁流变阻尼器可以通过控制励磁线圈中的电流大小来改变阻尼通道中磁流变液的成链大小，但是却无法改变成链的方向。当阻尼器的安装部位发生振动而拉动阻尼器进行运动时，造成阻尼通道内的链状结构在阻尼通道壁的相对运动影响下而被拉伸延长最终断裂。但由于现有的磁流变阻尼器的初始成链方向只垂直于活塞和活塞筒的表面，因此其链状结构的断裂过程每次都是一样的。这一点如果从阻尼器的性能上来看，表现为阻尼器的初始响应特性不可改变。对于一些要求阻尼器响应特性比较特殊或者响应特性可变的使用场合来说，传统的磁流变阻尼器则不能满足要求。

2)现有的磁流变阻尼器大多结构固定不可改变，根据使用环境的要求设计阻尼器的外形结构尺寸这无疑限制了阻尼器的最大出力范围。因此，如果一个阻尼器能够根据使用需要灵活改变自身的尺寸大小和出力区域则能够扩大其应用范围。

3)到目前为止，磁流变阻尼器被制造出来的目的只是作为一种工程应用装置去改善或控制使用环境的振动情况，这无疑将阻尼器的应用领域限制住了。因磁流变材料的一些性质和相关的磁流变设备参数模型至今没有形成定论，还需要大量的理论和实验研究去总结归纳，因此若能依靠磁流变阻尼器形成逆向研究，从实验参数出发反过来研究基础理论说不定可以出现更加有益的效果。

发明内容

本发明提出一种双磁场耦合变向成链流变液阻尼器。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种双磁场耦合变向成链流变液阻尼器，包括活塞筒、套设在活塞筒外部的外筒中部设置有外筒励磁线圈，活塞筒内设置有活塞杆、活塞，活塞装在活塞杆上，活塞外周设置线圈槽，线圈槽内设置励磁线圈，活塞杆内部中空，励磁线圈的两端由活塞杆的中空引出到阻尼器外部，活塞筒内部其余空间充满磁流变液，活塞杆两端贯穿活塞筒并与外筒两端相连接，外筒内部填充或不填充磁流变液，外筒前端设置耳座，外筒后端设置吊环。

进一步的，所述外筒包括前筒体、中心环、后筒体、外筒固定套，中心环设置于活塞筒外中部，前筒体后端套设在活塞筒外前部，后筒体前端套设在活塞筒外后部，中心环与前后筒体之间均设置有外筒线圈，外筒固定套套设在前筒体、中心环、后筒体外，外筒固定套通过螺钉分别与前筒体、中心环、后筒体相连接。

进一步的，活塞外周对称设置两个线圈槽。

进一步的，前筒体前端设置环状连接部A，前筒体后端设置环状连接部B，后筒体前端设置环状连接部C，后筒体后端设置环状连接部D，环状连接部B、环状连接部C、中心环外周均布有螺钉孔，螺钉孔沿外筒体径向设置，外筒固定套前、中后部分设置于环状连接部B、环状连接部C、中心环上的螺钉孔对应配合的通孔，前筒体前端、后筒体后端均设置密封端盖，两个密封端盖分别经螺栓连接环状连接部A、环状连接部D。

进一步的，环状连接部A、环状连接部D上圆周均布有螺孔A，螺孔A与外筒体轴心平行，密封端盖外周设置与螺孔A对应配合的螺孔B，位于外筒前端的密封端盖中部设置中心通孔A，活塞杆前端由中心通孔A伸出并经固定螺母锁紧，位于外筒前端的密封端盖后侧中部设置有竖直柱，吊环设置在竖直柱外端，竖直柱内部设中心通孔B，活塞杆后端插入中心通孔B内。

进一步的，活塞筒前后两端分别设前端盖、后端盖，前端盖、后端盖经螺钉与活塞筒相连接，前端盖、后端盖经与活塞筒之间设有密封圈，前端盖、后端盖中部设利于活塞杆穿过的中心孔，前端盖外侧面对称设两个竖杆，外筒前端的密封端盖上设置两个利于两个竖杆穿的让位孔，让位孔、中心孔内均设环槽，环槽内设置YX型密封圈，竖杆前端连接耳座。

进一步的，安装在活塞上的两个励磁线圈与两个外筒励磁线圈关于活塞筒呈对称分布，外筒励磁线圈与活塞筒之间的间隙构成外阻尼通道，励磁线圈与活塞筒之间的间隙构成内阻尼通道，外阻尼通道、内阻尼通道宽度一样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，阻尼力大幅度可调、响应特性灵活可控，能改变阻尼通道内成链方向的，适用于需要大范围可调阻尼或者需要不同初始响应效果的场合。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是阻尼器的结构示意图；

图2的阻尼器工作部分及磁路示意图。

图中：

1-励磁线圈，2-活塞，3-YX型密封圈，4-吊环，4A-固定螺母，5-螺栓，6-活塞杆，7-螺钉，8-后端盖，9-外筒固定套，10-中心环，11-前筒体，12-前端盖，13-耳座，14-螺母，15-密封端盖；16-活塞筒；17-O型密封圈；18-后筒体；19-外筒励磁线圈；1D-内筒磁流变液,1E-外筒磁流变液,1F-外阻尼通道,1G-内阻尼通道,1K-磁路,1L-挡环，1M-励磁线圈的小循环磁感线,1N-外筒励磁线圈的小循环磁感线,1P-励磁线圈的斜向磁感线,1Q-外筒励磁线圈的斜向磁感线,1R-励磁线圈与外筒励磁线圈的大循环磁感线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-2所示，种双磁场耦合变向成链流变液阻尼器，包括活塞筒16、套设在活塞筒16外部的外筒，外筒中部设置有外筒励磁线圈19，活塞筒16内设置有活塞杆6、活塞2，活塞2装在活塞杆6上，活塞2通过渡配合装配在活塞杆6上，活塞2的一端用活塞杆6的轴肩定位，另一端用一挡环固定，活塞2外周设置线圈槽，线圈槽内缠绕有励磁线圈1，活塞杆6内部中空，励磁线圈1的两端由活塞杆6的中空引出到阻尼器外部，活塞筒16内部其余空间充满磁流变液，活塞杆6两端贯穿活塞筒16并与外筒两端相连接，外筒内部可根据不同要求填充或不填充磁流变液，外筒前端设置耳座13，耳座13用于连接机架，外筒后端设置吊环4，拉动吊环4，活塞筒16和外筒的励磁结构将同步运动，向励磁线圈1、外筒励磁线圈19通入不同流向与大小的电流，就能使阻尼通道内的磁流变液生成不同强度和方向的链状结构以满足各种各样的工况和实验要求。

在本实施例中，所述外筒包括前筒体11、中心环10、后筒体18、外筒固定套9，中心环10设置于活塞筒16外中部，前筒体11后端套设在活塞筒16外后部，后筒体18前端套设在活塞筒16外前部，中心环10与前后筒体之间均设置有外筒线圈，外筒固定套9套设在前筒体11、中心环10、后筒体18外，外筒固定套9通过螺钉分别与前筒体11、中心环10、后筒体18相连接。

在本实施例中，活塞2外周对称设置两个线圈槽。

在本实施例中，前筒体11前端设置环状连接部A，前筒体11后端设置环状连接部B，后筒体18前端设置环状连接部C，后筒体18后端设置环状连接部D，环状连接部B、环状连接部C、中心环10外周均布有螺钉孔，螺钉孔沿外筒体径向设置，外筒固定套9前、中后部分设置于环状连接部B、环状连接部C、中心环10上的螺钉孔对应配合的通孔，前筒体11前端、后筒体18后端均设置密封端盖15，前后两个密封端盖15的后前侧面上均开有密封圈槽，前后两个密封端盖15的密封圈槽内设置O型密封圈17，前后两个密封端盖15经O型密封圈与外筒两端进行密封，两个密封端盖15分别经螺栓5连接环状连接部A、环状连接部D。

在本实施例中，外筒固定套9与前筒体11、后筒体18之间设置O型密封圈17。

在本实施例中，环状连接部A、环状连接部D上圆周均布有螺孔A，螺孔A与外筒体轴心平行，密封端盖15外周设置与螺孔A对应配合的螺孔B，位于外筒前端的密封端盖15中部设置中心通孔A，活塞杆6前端由中心通孔A伸出并经固定螺母4A锁紧，位于外筒后端的密封端盖15后侧中部设置有竖直柱，吊环4设置在竖直柱外端，竖直柱内部设中心通孔B，活塞杆6后端插入中心通孔B内，活塞杆6后端的轴肩与中心通孔B接触进行定位。

在本实施例中，活塞筒16前后两端分别设前端盖12、后端盖8，前端盖12、后端盖8经螺钉6与活塞筒16相连接，前端盖12、后端盖8与活塞筒16之间设有密封圈，前端盖12、后端盖8中部设利于活塞杆6穿过的中心孔，前端盖12外侧面对称设两个竖杆，外筒前端的密封端盖15上设置两个利于两个竖杆穿的让位孔，让位孔、中心孔内均设环槽，环槽内设置YX型密封圈3，竖杆前端连接耳座13。

在本实施例中，安装在活塞上的两个励磁线圈1与两个外筒励磁线圈19关于活塞筒16呈对称分布，外筒励磁线圈19与活塞筒16之间的间隙构成外阻尼通道，励磁线圈与活塞筒16之间的间隙构成内阻尼通道，外阻尼通道、内阻尼通道宽度一样。

当向励磁线圈1、外筒励磁线圈19通入同向电流时，外阻尼通道、内阻尼通道内的磁流变液生成垂于活塞筒16表面的链状结构；当向励磁线圈1、外筒励磁线圈19通入方向相反的电流时，在阻尼通道内生成与活塞筒16表面呈一定斜度的链状结构，此时磁感线将不会垂直穿过外阻尼通道、内阻尼通道，而是与外阻尼通道、内阻尼通道道壁形成一定的夹角，夹角的大小由两端励磁线圈的电流大小决定。

在本实施例中，可拆除外筒，单独使用活塞筒16部分进行工作。

工作原理

由本磁流变阻尼器活塞筒16内的励磁部分和外筒励磁部分共同实现阻尼通道中的磁流变液变向成链和阻尼器出力变化的功能。由于磁流变液具有磁流变效应，当向励磁线圈1、外筒励磁线圈19中通入电流时会在阻尼器的阻尼通道内生成链状结构。根据阻尼器的使用环境要求，由外部控制器发送不同的控制命令给电流发生器，使电流发生器不断调整输入到励磁线圈的电流大小和方向进而影响外阻尼通道、内阻尼通道内的成链状态。

根据本磁流变阻尼器对称式励磁线圈的结构设计特点，取同侧的励磁线圈1和外筒励磁线圈19为例说明其产生的磁场特点。

如说明书附图2所示，当同时向活塞筒16两边同侧且的对称的励磁线圈1和外筒励磁线圈19通入垂直纸面向里的电流时会产生两种形式的磁场，由导流线圈产生磁场的右手定则可知这两种磁场的方向都为顺时针方向。其中一种磁场为小循环磁场：励磁线圈1产生的小循环磁场的磁路如磁感线(1M)所示；外筒励磁线圈19产生的小循环磁场的磁路如磁感线所示，由于两个线圈在活塞筒16中的磁场方向相反因此抵消了一部分。另一种磁场为大循环磁场，由励磁线圈1和外筒励磁线圈19共同产生，其磁路如磁感线(1R)所示。由阻尼器的结构特点可知，以上两种磁场的磁感线均垂直穿过阻尼通道，由于磁流变液在受到磁场作用时其成链方向与磁场方向平行，因此在这种情况下磁流变液所生成的链状结构也都垂直于阻尼通道。当向励磁线圈1通入垂直纸面向里的电流，向外筒励磁线圈19通入垂直纸面向外的电流，此时两个线圈产生的大循环磁场由于方向相反而相互抵消，只剩下围绕线圈自身四周的小循环磁场。而两个线圈的小循环磁路都要通过活塞筒16且在其中的方向一样。根据同性相斥原理这两个磁场将会相互排斥而影响对方的磁感线方向，最终会形成如(1P)和(1Q)所示的磁感线，此时磁感线将不会垂直穿过阻尼通过，而是与阻尼通道壁形成一定的夹角，夹角的大小由两端励磁线圈的电流大小决定。

与现有技术相比，本发明专利的创新在于：

1、现有的磁流变阻尼器仅能产生垂直于阻尼通道壁的磁场，因此也只能生成垂直于阻尼通道壁的链状结构。而本发明能通过调节活塞筒、外筒中两组相互对称的励磁线圈中所通过的电流大小和方向使阻尼通道内生成与阻尼通道壁呈各种角度关系的链状结构。这使得本发明在刚开始发生剪切运动时，其阻尼通道中链状结构断裂所需要的时间和能量可以通过改变励磁线圈的通入电流来调整，也就是说本发明的初始响应特性可根据实际需要进行调控，这一点对于一般的磁流变阻尼器来说是无法做到的。

2、根据内外筒的不同组合形式本发明拥有三种工作方式分别为：(1)仅活塞筒工作；(2)活塞筒、外筒同时进行工作但外筒的内部不填充磁流变液；(3)同时使用活塞筒、外筒进行工作并且外筒内部填充磁流变液。在这三种组合下的本发明将一般磁流变阻尼器的单出力区域增加为三个出力区域，可灵活应用于不同出力要求的工况，这是其他固定结构类阻尼器所不具备的特点。

3、现有的磁流变阻尼器大多作为某一种工程应用装置而被制造出来，而本发明可使磁流变液生成形态各异的链状结构，因此可作为磁流变成链机理和链状结构能量分析等相关领域的研究。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双磁场耦合变向成链流变液阻尼器，其特征在于：包括活塞筒、套设在活塞筒外部的外筒，外筒中部设置有外筒励磁线圈，活塞筒内设置有活塞杆、活塞，活塞装在活塞杆上，活塞外周设置线圈槽，线圈槽内设置励磁线圈，活塞杆内部中空，励磁线圈的两端由活塞杆的中空引出到阻尼器外部，活塞筒内部其余空间充满磁流变液，活塞杆两端贯穿活塞筒并与外筒两端相连接，外筒内部填充或不填充磁流变液，外筒前端设置耳座，外筒后端设置吊环；

所述外筒包括前筒体、中心环、后筒体、外筒固定套，中心环设置于活塞筒外中部，前筒体后端套设在活塞筒外前部，后筒体前端套设在活塞筒外后部，中心环与前后筒体之间均设置有外筒线圈，外筒固定套套设在前筒体、中心环、后筒体外，外筒固定套通过螺钉分别与前筒体、中心环、后筒体相连接；

活塞外周对称设置两个线圈槽；

前筒体前端设置环状连接部A，前筒体后端设置环状连接部B，后筒体前端设置环状连接部C，后筒体后端设置环状连接部D，环状连接部B、环状连接部C、中心环外周均布有螺钉孔，螺钉孔沿外筒体径向设置，外筒固定套前、中后部分设置于环状连接部B、环状连接部C、中心环上的螺钉孔对应配合的通孔，前筒体前端、后筒体后端均设置密封端盖，两个密封端盖分别经螺栓连接环状连接部A、环状连接部D；

环状连接部A、环状连接部D上圆周均布有螺孔A，螺孔A与外筒体轴心平行，密封端盖外周设置与螺孔A对应配合的螺孔B，位于外筒前端的密封端盖中部设置中心通孔A，活塞杆前端由中心通孔A伸出并经固定螺母锁紧，位于外筒后端的密封端盖后侧中部设置有竖直柱，吊环设置在竖直柱外端，竖直柱内部设中心通孔B，活塞杆后端插入中心通孔B内；

活塞筒前后两端分别设前端盖、后端盖，前端盖、后端盖经螺钉与活塞筒相连接，前端盖、后端盖经与活塞筒之间设有密封圈，前端盖、后端盖中部设利于活塞杆穿过的中心孔，前端盖外侧面对称设两个竖杆，外筒前端的密封端盖上设置两个利于两个竖杆穿的让位孔，让位孔、中心孔内均设环槽，环槽内设置YX型密封圈，竖杆前端连接耳座；

安装在活塞上的两个励磁线圈与两个外筒励磁线圈关于活塞筒呈对称分布，外筒励磁线圈与活塞筒之间的间隙构成外阻尼通道，励磁线圈与活塞筒之间的间隙构成内阻尼通道，外阻尼通道、内阻尼通道宽度一样。