CN108571558A - 一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，该装置包括上板、下板、中心阻尼结构以及均匀布置在中心阻尼结构周围且间隔分布的金属橡胶阻尼和弹簧阻尼；中心阻尼结构包括内腔充满巨电流变液的外筒部、设有且位于外筒部内的环形圆台的活塞杆、轴承部；活塞杆依次穿过上板、轴承部以及外筒部上端面；活塞嵌套在活塞杆上；金属橡胶阻尼的支撑轴上嵌套有金属橡胶；弹簧阻尼的支撑轴上嵌套有弹簧；活塞杆与外界电源的正极连接，外筒部与外界电源的负极连接。本发明提供的减振器装置的金属橡胶在被动隔振中起阻尼作用，巨电流变液阻尼器是在通电的条件下产生阻尼力，在半主动隔振、主动隔振中起到阻尼作用。

Description

一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置

技术领域

本发明涉及减振器技术领域，特别涉及一种混合式减振器装置。本发明同时涉及一种以单活塞剪切、流动混合式巨电流变液阻尼器，以及金属橡胶阻尼环的减振器装置。

背景技术

现有的减振器主要有以下几种。其一，对于弹簧减振器来说，由于存在自振现像，容易传递中频振动，阻尼太小，临界阻尼比一般只有0.005，因此在与设备频率接近区间会产生共振现象。其二，对于橡胶减振器来说，由于存在自振现像，容易传递中频振动。其三，对于空气阻尼减振器来说，充气式减振器的不足之处是充气工艺复杂，不易维修，当缸筒受外界较大冲击而变化时，则不能工作。其四，对于纯被动减振装置，其阻尼是确定的，一般不能改变减振装置的阻尼值。其五，对于主动或者半主动减振装置，其阻尼虽然可以随着外界调节，但是，对于高频部分的隔振效果就很差了。

理论和实验表明：在实际工程中，更需要一种既能在被动控制(零场，满场)，还能在半主动和主动控制领域发挥较好效果的减振装置，这就要求其减振装置的阻尼器无论是在被动控制还是在半主动/主动控制中均具有较适宜的粘滞阻尼力，并提供较大的屈服应力。因此，急需研发一种可以应对更多工况下的混合式减振装置。

发明内容

本发明提出了一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，此减振器装置既可以用于被动隔振，又能用于半主动隔振、主动隔振。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，所述减振器装置装置包括上板、中心阻尼结构、多个环形阻尼结构以及下板；所述中心阻尼结构的一端穿过所述上板的中心，另一端固定在所述下板的中心处；所述环形阻尼结构均匀的布置在所述中心阻尼结构的周围，且所述环形阻尼结构的一端穿过所述上板的周边区域，另一端固定在所述下板的周边区域；

所述中心阻尼结构包括活塞杆、外筒部以及固定安装在所述外筒部的上端面的轴承部；所述外筒部的内腔为封闭空间，所述封闭空间内充满巨电流变液；所述活塞杆的一端穿过所述上板并通过螺纹与固定在所述上板上的M12轴支座连接，所述活塞杆的另一端从上至下依次穿过所述轴承部和所述外筒部的上端面；所述活塞杆的外周壁上设有环形圆台；所述环形圆台位于所述外筒部内，活塞嵌套在所述活塞杆上，并通过活塞螺母使所述活塞固定在所述环形圆台的下端面；

每个所述环形阻尼结构均包括金属橡胶阻尼和弹簧阻尼，且一个所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼与相邻所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼之间布置有所述弹簧阻尼；所述金属橡胶阻尼和所述弹簧阻尼均包括支撑轴以及嵌套在所述支撑轴上的导向轴支座；所述支撑轴的一端穿过所述上板并通过螺纹与设置在所述上板上的法兰螺母连接，所述支撑轴的另一端通过螺纹与固定在所述下板上的M8轴支座连接；所述金属橡胶阻尼中的导向轴支座与所述上板之间设有嵌套在所述支撑轴上的金属橡胶；所述弹簧阻尼中的导向轴支座与所述上板之间设有嵌套在所述支撑轴上的弹簧；

所述活塞杆11与外界电源的正极连接；所述外筒部与所述外界电源的负极连接。

可选的，所述外筒部包括上端盖、下端盖以及两端开口且结构为圆柱形的外筒；所述上端盖和所述下端盖通过内六角螺栓与所述外筒连接在一起形成封闭空间，所述下端盖通过内六角螺栓和螺母相互配合固定在所述下板的中心处。

可选的，所述上端盖开设有注液孔；通过注液孔将所述巨电流变液注入所述外筒内部。

可选的，所述轴承部包括轴承座、轴承端盖以及位于所述轴承端盖与所述轴承座之间的轴承；所述轴承座与所述上端盖通过内六角螺栓连接在一起；所述轴承端盖与所述轴承座通过内六角螺栓连接在一起，且所述轴承被所述轴承端盖固定在所述轴承座内部。

可选的，所述轴承部还包括第一O型密封圈和第二O型密封圈；所述第一O型密封圈设置在所述轴承座与所述轴承之间；所述第二O型密封圈设置在所述外筒与所述轴承座之间。

可选的，所述环形阻尼结构的数目由外加负载确定。

可选的，所述活塞的表面和所述外筒的内表面均通过物理工艺或者化学工艺进行微孔凹坑化处理。

可选的，所述M8轴支座与所述下板是通过内六角螺栓连接在一起；所述M12轴支座位于所述上板的正中心，并通过内六角螺栓将所述M12轴支座与所述上板连接在一起。

可选的，所述上板和所述下板均为圆形薄板。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，所述减振器装置包括上板、中心阻尼结构、多个环形阻尼结构以及下板；环形阻尼结构均匀的布置在中心阻尼结构的周围；中心阻尼结构包括活塞杆、外筒部以及固定安装在外筒部的上端面的轴承部；外筒部的内腔为充满巨电流变液的封闭空间；活塞杆的一端固定在上板上，另一端穿过轴承部和外筒部的上端面；活塞杆的外周壁上设有且位于外筒部内的环形圆台，活塞嵌套在活塞杆上并通过活塞螺母使活塞固定在环形圆台的下端面；每个环形阻尼结构均包括金属橡胶阻尼和弹簧阻尼，且金属橡胶阻尼和弹簧阻尼间隔分布；金属橡胶阻尼和弹簧阻尼均包括支撑轴以及嵌套在支撑轴上的导向轴支座；金属橡胶阻尼中的导向轴支座与上板之间设有嵌套在支撑轴上的金属橡胶；弹簧阻尼中的导向轴支座与上板之间设有嵌套在支撑轴上的弹簧；活塞杆与外界电源的正极连接，外筒部与外界电源的负极连接。本发明提供的减振器装置利用了巨电流变液的巨电流变效应与金属橡胶的阻尼效应，金属橡胶在被动隔振中起阻尼作用，巨电流变液阻尼器是在通电的条件下产生阻尼力，在半主动隔振、主动隔振中起到阻尼作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的正视图；

图2为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的剖面示意图；

图3为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的俯视图；

图4为本发明实施例中心阻尼结构的正视图；

图5为本发明实施例中心阻尼结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，此减振器装置既可以用于被动隔振，又能用于半主动隔振、主动隔振。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

电流变体是由高介电常数的小颗粒分散在低介电常数的溶剂中形成的悬浮液体。这种悬浮液体在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级。这种使流体改变状态的效应叫做电流变效应。

电流变阻尼器是一种应用非常广泛的消能减振控制装置，可用于机械、建筑等领域。其控制机理是通过对阻尼器中的电流变效应，将结构的部分振动能量通过阻尼材料耗散掉，达到缓解外载的冲击、减小结构振动、保护结构安全的目的。

巨电流变液是由可极化介电微粒均匀分散于巨电流变液的基液中形成的一种悬浮液，当对其施加电场时，其粘度、剪切强度等性能瞬时变化，其粘度、强度等大小随电场调节连续可调，可调范围大，甚至达到几个数量级，可由低粘度流体转换为高粘度流体，甚至固体。当外加电场撤去以后，它又可以在毫秒时间内恢复到流体状态，这种介于液体和固体的属性间可控、可逆、连续的转变，可以通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，能替代传统的电一机械转换元器件，在机电一体化的自适应控制机构工业领域有着广泛的应用前景，特别在国防建设、交通工具、液压设备、机械制造业、传感器技术等领域具有更为广阔的应用基础和应用需求，是阻尼减振领域急需发展的关键材料之一。

目前新型巨电流变液在5KV/mm的电场强度下可以达到130kPa以上的屈服强度，完全可以满足工程需要。但是，这种新型的巨电流变液的粘滞系数仅为普通电流变液的1/10，仅仅为0.1Pa s，而一般的电流变液的粘滞系数为1Pa·s。因此，同样条件下，普通电流变液提供的粘滞阻尼力远远大于新型巨电流变液提供的粘性阻尼力。根据工作原理，电流变阻尼器分为剪切模式、流动模式和复合模式。

金属橡胶是一种新型均质的弹性多孔材料。经特殊的工艺方法将一定质量的、拉伸开的、螺旋状的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中，通过冷冲压成型的方法制成。其内部有很多孔洞，既呈现类似橡胶材料的弹性和阻尼性能，同时又保持金属的优异特性，俗称金属橡胶(Metal Rubber)。由金属丝作为原材料，使其具有耐高温、高压、高真空、超低温的特点，且在空间环境下不挥发，不怕辐射和粒子的撞击。选择特殊的金属丝还可以工作在腐蚀环境中，不会产生老化现象，是一种使用范围广泛的新型高弹性、大阻尼材料。目前金属橡胶材料在国外的应用已十分广泛，涉及到减振隔振装置、大载荷对象的热防护装置、表面包裹耐磨材料的密封装置、各类热管、过滤器、调压节流阀、弹性塑料轴瓦、航空管道防介质振荡装置等领域。金属橡胶材料的硬度、几何特性与稳定性保证了弹性、阻尼特性受环境温度的影响非常小。如果载倚、振动频率等条件保持不变，弹性、阻尼特性在很宽的范闱内基本保持恒定。大量的实验表明，金属橡胶的弹性、阻尼特性主要受变形幅值和载衙频率的影响。

图1为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的正视图；图2为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的剖面示意图；图3为本发明实施例巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置的俯视图。

参见图1至图3，本发明实施例提供的巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置包括上板1、中心阻尼结构、多个环形阻尼结构以及下板2；所述中心阻尼结构的一端穿过所述上板1的中心，另一端固定在所述下板2的中心处；所述环形阻尼结构均匀的布置在所述中心阻尼结构的周围，且所述环形阻尼结构的一端穿过所述上板1的周边区域，另一端固定在所述下板2的周边区域。所述上板1和所述下板2均为圆形薄板。

所述环形阻尼结构的数目由外加负载确定，在本发明实施例中所述环形阻尼结构的数目为3个。

每个所述环形阻尼结构均包括金属橡胶阻尼和弹簧阻尼，且其中一个所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼与相邻所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼之间布置有所述弹簧阻尼，即金属橡胶阻尼和弹簧阻尼间隔分布在所述中心阻尼结构的周围；所述金属橡胶阻尼和所述弹簧阻尼均包括支撑轴3以及嵌套在所述支撑轴上的导向轴支座4；所述支撑轴3的一端穿过所述上板1并通过螺纹与设置在所述上板上的法兰螺母5连接，所述支撑轴3的另一端通过螺纹与固定在所述下板2上的M8轴支座6连接；所述金属橡胶阻尼中的导向轴支座4与所述上板1之间设有嵌套在所述支撑轴3上的金属橡胶7；所述弹簧阻尼中的导向轴支座4与所述上板1之间设有嵌套在所述支撑轴3上的弹簧8；在本发明实施例中有6个支撑轴3和6个M8轴支座6，即下板2上均匀的分布着6个M8轴支座6；每个M8轴支座6与所述下板2是通过内六角螺栓9连接在一起。

支撑轴3插在M8轴支座6上即通过M8轴支座6上的螺栓来固定支撑轴3。在支撑轴3上套有导向轴支座4，其作用主要是用于固定弹簧8和金属橡胶7。法兰螺母5连接在支撑轴6上，其作用是防止上板1因振动幅度过大与弹簧8脱离。

图4为本发明实施例中心阻尼结构的正视图；图5为本发明实施例中心阻尼结构的剖面示意图。

参见图4和图5，所述中心阻尼结构包括活塞杆11、外筒部以及固定安装在所述外筒部的上端面的轴承部；所述外筒部的内腔为封闭空间，所述封闭空间内充满巨电流变液；所述活塞杆11的一端穿过所述上板1并通过螺纹与固定在所述上板上的M12轴支座12连接。所述活塞杆11的另一端从上至下依次穿过所述轴承部和所述外筒部的上端面。所述活塞杆11的外周壁上设有环形圆台；所述环形圆台位于所述外筒部内，活塞13嵌套在所述活塞杆11上，并通过活塞螺母14使所述活塞13固定在所述环形圆台的下端面。

所述M12轴支座12位于所述上板1的正中心，并通过内六角螺栓9将所述M12轴支座12与所述上板1连接在一起，那么，活塞杆11通过M12轴支座12与上板1固结，这样，上板1能带动活塞13同步运动。

所述活塞杆11与外界电源的正极连接；所述外筒部与所述外界电源的负极连接。

其中，所述外筒部包括上端盖15、下端盖16以及两端开口且结构为圆柱形的外筒17；所述上端盖15和所述下端盖16通过内六角螺栓9与所述外筒17连接在一起形成封闭空间，所述下端盖16通过内六角螺栓9和螺母10相互配合固定在所述下板2的中心处。

所述上端盖15开设有注液孔；通过注液孔将所述巨电流变液注入所述外筒17内部。

所述轴承部包括轴承座18、轴承端盖19以及位于所述轴承端盖19与所述轴承座18之间的轴承20；所述轴承座18与所述上端盖15通过内六角螺栓9连接在一起；所述轴承端盖19与所述轴承座18通过内六角螺栓9连接在一起，且所述轴承20被所述轴承端盖19固定在所述轴承座18内部。

所述轴承部还包括第一O型密封圈21和第二O型密封圈22；所述第一O型密封圈21设置在所述轴承座18与所述轴承20之间；所述第二O型密封圈22设置在所述外筒17与所述轴承座18之间。第一O型密封圈21和第二O型密封圈22作用是防止巨电流变液从外筒17里泄露出来。

所述轴承20对所述活塞杆11起导向作用，并减少所述活塞杆11与所述轴承端盖19、所述第一O型密封圈21、所述轴承座18之间的摩擦。

所述活塞13的表面和所述外筒17的内表面均通过物理工艺或者化学工艺进行微孔凹坑化处理，有限的空间内增加了阻尼通道的面积，并显著降低巨电流变液与极板表面间的滑移，具有构造简单响应速度快、质量轻、体积小、出力大等优点。

本发明实施例减振器装置的工作原理是根据巨电流变液与金属橡胶的阻尼效应来实现减振的，具体为上板可以通过螺栓等零部件与需要减振的装置相连，并在上板承载之前，通过上端盖上的注液孔注入巨电流变液，巨电流变液充斥在外筒和上端盖、下端盖压紧形成的空腔里，在活塞杆上加正电源正极，在外筒上加电源负极。这样，两者之间的间隙之间就会形成电场。活塞和外筒之间的液体在外加电场的作用下，活塞做上下运动，两极板开始相互运动，使巨电流变液的流变性能发生改变，粘度增加，进而中心阻尼结构的阻尼系数变大，产生阻尼力。同时，金属橡胶也可以产生一定的阻尼效果。

与现有技术相比，本发明提供的装置的以下优点：

1、采用环形面的形式，形成电极间隙。

2、采用巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合，补充了巨电流变液阻尼效果不稳定的缺点。

3、工作模式多样；由于金属橡胶是一种新型的高弹性、高阻尼的材料，在被动隔振中起阻尼作用，巨电流变液阻尼器是在通电的条件下同样也产生阻尼力，并在半主动隔振、主动隔振中起到阻尼作用，故将巨电流变液阻尼器和金属橡胶阻尼器混合在一起，使减振器装置的减振效果增强，使减振器装置既可以用于被动隔振，又能用于半主动隔振、主动隔振。

4、活塞表面与外筒内表面凹坑化处理，在有限的空间内增加了阻尼通道的面积，并显著降低巨电流变液与极板表面间的滑移，具有构造简单响应速度快、质量轻、体积小、出力大等优点。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种巨电流变液阻尼与金属橡胶阻尼混合的减振器装置，其特征在于，所述减振器装置包括上板、中心阻尼结构、多个环形阻尼结构以及下板；所述中心阻尼结构的一端穿过所述上板的中心，另一端固定在所述下板的中心处；所述环形阻尼结构均匀的布置在所述中心阻尼结构的周围，且所述环形阻尼结构的一端穿过所述上板的周边区域，另一端固定在所述下板的周边区域；

所述中心阻尼结构包括活塞杆、外筒部以及固定安装在所述外筒部的上端面的轴承部；所述外筒部的内腔为封闭空间，所述封闭空间内充满巨电流变液；所述活塞杆的一端穿过所述上板并通过螺纹与固定在所述上板上的M12轴支座连接，所述活塞杆的另一端从上至下依次穿过所述轴承部和所述外筒部的上端面；所述活塞杆的外周壁上设有环形圆台；所述环形圆台位于所述外筒部内，活塞嵌套在所述活塞杆上，并通过活塞螺母使所述活塞固定在所述环形圆台的下端面；

每个所述环形阻尼结构均包括金属橡胶阻尼和弹簧阻尼，且一个所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼与相邻所述环形阻尼结构中的金属橡胶阻尼之间布置有所述弹簧阻尼；所述金属橡胶阻尼和所述弹簧阻尼均包括支撑轴以及嵌套在所述支撑轴上的导向轴支座；所述支撑轴的一端穿过所述上板并通过螺纹与设置在所述上板上的法兰螺母连接，所述支撑轴的另一端通过螺纹与固定在所述下板上的M8轴支座连接；所述金属橡胶阻尼中的导向轴支座与所述上板之间设有嵌套在所述支撑轴上的金属橡胶；所述弹簧阻尼中的导向轴支座与所述上板之间设有嵌套在所述支撑轴上的弹簧；

所述活塞杆11与外界电源的正极连接；所述外筒部与所述外界电源的负极连接。

2.根据权利要求1所述的减振器装置，其特征在于，所述外筒部包括上端盖、下端盖以及两端开口且结构为圆柱形的外筒；所述上端盖和所述下端盖通过内六角螺栓与所述外筒连接在一起形成封闭空间，所述下端盖通过内六角螺栓和螺母相互配合固定在所述下板的中心处。

3.根据权利要求2所述的减振器装置，其特征在于，所述上端盖开设有注液孔；通过注液孔将所述巨电流变液注入所述外筒内部。

4.根据权利要求2所述的减振器装置，其特征在于，所述轴承部包括轴承座、轴承端盖以及位于所述轴承端盖与所述轴承座之间的轴承；所述轴承座与所述上端盖通过内六角螺栓连接在一起；所述轴承端盖与所述轴承座通过内六角螺栓连接在一起，且所述轴承被所述轴承端盖固定在所述轴承座内部。

5.根据权利要求4所述的减振器装置，其特征在于，所述轴承部还包括第一O型密封圈和第二O型密封圈；所述第一O型密封圈设置在所述轴承座与所述轴承之间；所述第二O型密封圈设置在所述外筒与所述轴承座之间。

6.根据权利要求1所述的减振器装置，其特征在于，所述环形阻尼结构的数目由外加负载确定。

7.根据权利要求2所述的减振器装置，其特征在于，所述活塞的表面和所述外筒的内表面均通过物理工艺或者化学工艺进行微孔凹坑化处理。

8.根据权利要求1所述的减振器装置，其特征在于，所述M8轴支座与所述下板是通过内六角螺栓连接在一起；所述M12轴支座位于所述上板的正中心，并通过内六角螺栓将所述M12轴支座与所述上板连接在一起。

9.根据权利要求1所述的减振器装置，其特征在于，所述上板和所述下板均为圆形薄板。