CN108775371B - 阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，包括缸筒组件、以单自由度的方式转动设置于缸筒组件内的转动活塞和与转动活塞配合的滚珠丝杠副；所述缸筒组件包括转动外套于转动活塞的内缸筒和转动外套于内缸筒的外缸筒，所述转动活塞与内缸筒沿径向间隔设置并形成第一磁流变液腔，所述内缸筒与外缸筒沿径向之间间隔设置并形成第二磁流变液腔。通过控制输入到转动活塞和外缸筒上励磁线圈的电流大小，可以改变第一、第二磁流变液腔内磁流变液的剪切屈服力，进一步影响内缸筒的转动状态，在实现可控阻尼力的同时，利用转动惯量实现阻尼器的可控负刚度的特性，进而实现阻尼和刚度的可控，改善减/隔振系统的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变减振领域，具体涉及一种阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变液是一种智能液体，可以在毫秒级的时间内实现液体和半固体之间的转换。以磁流变液为介质的磁流变阻尼器通常用来实现阻尼的可控。虽然阻尼可控在一定程度上可以改善被动阻尼器所不能实现的控制效果和适应性，但刚度的不可调节限制了半主动控制性能的进一步改善。传统的刚度调节较多的属于主动控制的范畴，存在结构复杂，能耗大等缺点，应用受到限制。本发明则提供一种阻尼与刚度均由励磁线圈的电流控制的磁流变阻尼器，利用转动惯量实现与相对位移呈负线性相关关系的阻尼力输出，即负刚度特性，来改善能够改善减/隔振系统的控制效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，具有剪切模式下磁流变阻尼器较大阻尼调节范围的特点和负刚度的特性。
本发明的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，包括缸筒组件、以单自由度的方式转动设置于缸筒组件内的转动活塞和与转动活塞配合的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杠和螺母，螺母与转动活塞固连并同步转动；所述缸筒组件包括转动外套于转动活塞的内缸筒和转动外套于内缸筒的外缸筒，所述转动活塞与内缸筒沿径向间隔设置并形成第一磁流变液腔，所述内缸筒与外缸筒沿径向间隔设置并形成第二磁流变液腔，还包括用于控制第一、第二磁流变液腔内磁流变剪切应力的励磁线圈，所述励磁线圈包括设置于转动活塞内的内励磁线圈和设置于外缸筒内的外励磁线圈，所述励磁线圈用于控制内缸筒的转动状态，可使其相对于外缸筒固定或使其相对于外缸筒转动。
进一步，所述转动活塞的外圆沿径向向内凹陷形成内励磁线圈安装槽，所述外缸筒的内圆沿径向向外凹陷形成外励磁线圈安装槽，内励磁线圈和外励磁线圈对应分别固定安装于内励磁线圈安装槽和外励磁线圈安装槽。
进一步，所述转动活塞与内缸筒之间的第一磁流变液腔内和所述内缸筒与外缸筒之间的第二磁流变液腔内均灌装有磁流变液，并设置有密封。
进一步，所述外缸筒轴向的两端分别设置有前、后端盖，滚珠丝杠副的螺母的顶部设置有轴承定位座,所述前端盖与轴承定位座之间安装有前推力轴承，所述后端盖与转动活塞之间安装有后推力轴承。
进一步，所述转动活塞与内缸筒在轴向前后端设置有前、后深沟球轴承，所述前、后深沟球轴承沿径向支撑于转动活塞与内缸筒之间。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，通过控制内缸筒的转动状态实现负刚度特性：当通过对转动活塞和外缸筒上励磁线圈施加适当的电流实现内缸筒与外缸筒的相对固定后，滚珠丝杠副丝杠的直线运动会引起滚珠丝杠副螺母及转动活塞的转动，利用转动惯量可以实现负刚度特性，同时对励磁线圈施加对应的电流，可以使阻尼器输出可控阻尼力；当通过对转动活塞和外缸筒上的励磁线圈施加适当的电流实现内缸筒与外缸筒的相对转动后，滚珠丝杠副丝杠的直线运动会引起滚珠丝杠副螺母、转动活塞的转动，利用转动惯量可以实现负刚度特性，此时负刚度值比内外缸筒相对固定时的负刚度值大，同时对励磁线圈施加对应的电流，可以使阻尼器输出可控阻尼力。故此阻尼器具有剪切模式磁流变阻尼器较大的阻尼可调范围和负刚度特性。
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，本实施例中的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，包括缸筒组件、以单自由度的方式转动设置于缸筒组件内的转动活塞1和与转动活塞1配合的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杠2和螺母3，螺母3与转动活塞1固连并同步转动；所述缸筒组件包括转动外套于转动活塞1的内缸筒4和转动外套于内缸筒4的外缸筒5，所述内缸筒4与转动活塞1沿径向间隔设置并形成第一磁流变液腔6，所述内缸筒4与外缸筒5沿径向间隔设置并形成第二磁流变液腔7，还包括用于控制第一、第二磁流变液腔内磁流变剪切应力的励磁线圈，所述励磁线圈包括设置于转动活塞内的内励磁线圈8和设置于外缸筒内的外励磁线圈9，所述励磁线圈用于控制内缸筒4的转动状态，可使其相对于外缸筒5固定或使其相对于外缸筒5转动。
当需要较小负刚度值时，采用控制策略施加一定电流给内、外励磁线圈，此时需要保证无论内励磁线圈8施加多大电流，内缸筒4均相对于外缸筒5固定不动，即使内缸筒4与外缸筒5始终保持静止状态，当丝杠2相对外缸筒直线运动时，转动活塞1被驱动旋转运动，此时阻尼器的输出阻尼为或其中P为滚珠丝杠导程、J为转动活塞的转动惯量，和x分别为丝杠与外缸筒之间相对加速度和位移，f是阻尼器运动频率，TMRD为剪切模式下由第一磁流变液腔6产生的可控扭矩，由上述公式可知，在TMRD一定时，阻尼器的力随位移增加而降低，体现出负刚度特性，其负刚度值为
当需要较大负刚度值时，采用控制策略施加一定电流给内、外励磁线圈，此时需要保证无论外励磁线圈9施加多大电流，在工作时内缸筒4均会相对于外缸筒5相对转动，此时阻尼器的转动部分包括了转动活塞1和内缸筒4，则转动惯量值J增加，则施加相同激励时，阻尼器的负刚度值会增加，通过调节施加到励磁线圈的电流，可以使阻尼器输出可控阻尼力。综合来看，此磁流变阻尼器表现出了可调阻尼力和负刚度的特性。
本实施例中，所述转动活塞1的外圆沿径向向内凹陷形成内励磁线圈安装槽，内励磁线圈8安装于内励磁线圈安装槽，所述外缸筒由左部分5a、中间部分5b、右部分5c三部分连接而成，外缸筒中间部分5a有非导磁线圈安装槽10，外励磁线圈固定于非导磁线圈安装槽10。
本实施例中，所述转动活塞1与内缸筒4之间的第一磁流变液腔6内和所述内缸筒4与外缸筒之间的第二磁流变液腔7内均灌装有磁流变液，并设置有密封，密封包括密封圈11、密封圈12、密封圈13和密封圈14。密封圈安装槽属于现有技术，在此不再赘述；通过密封圈实现密封形成磁流变液腔，结构简单、紧凑。
本实施例中，所述外缸筒5轴向的前、后端分别设置有前端盖15、后端盖16，滚珠丝杠副的螺母3的顶部设置有轴承定位座17，所述前端盖15与轴承定位座17之间安装有前推力轴承18，所述后端盖与转动活塞之间安装有后推力轴承19。轴承定位座的设置是为了避免螺母3与转动活塞1的固定螺丝影响轴承端面的平面度，利于保证阻尼器的结构稳固，同时避免卡涩，保证转动活塞1转动顺畅。
本实施例中，所述转动活塞1与内缸筒4在轴向前后端设置有前深沟球轴承20与后深沟球轴承21，所述前、后深沟球轴承沿径向支撑于转动活塞1与内缸筒4之间，有利于内缸筒4的顺畅转动。
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 (5)
1.一种阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，包括缸筒组件、以单自由度的方式转动设置于缸筒组件内的转动活塞和与转动活塞配合的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杠和螺母，螺母与转动活塞固连并同步转动，其特征在于：所述缸筒组件包括转动外套于转动活塞的内缸筒和转动外套于内缸筒的外缸筒，所述转动活塞与内缸筒沿径向间隔设置并形成第一磁流变液腔，所述内缸筒与外缸筒沿径向间隔设置并形成第二磁流变液腔，还包括用于控制第一、第二磁流变液腔内磁流变剪切应力的励磁线圈，所述励磁线圈包括设置于转动活塞内的内励磁线圈和设置于外缸筒内的外励磁线圈，所述励磁线圈用于控制内缸筒的转动状态，可使其相对于外缸筒固定或使其相对于外缸筒转动。
2.根据权利要求1所述的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，其特征在于：所述转动活塞的外圆沿径向向内凹陷形成内励磁线圈安装槽，内励磁线圈安装于内励磁线圈安装槽，所述外缸筒由左、中、右三部分连接而成，外缸筒中间部分有非导磁线圈安装槽，外励磁线圈固定于非导磁线圈安装槽。
3.根据权利要求2所述的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，其特征在于：所述转动活塞与内缸筒之间的第一磁流变液腔内和所述内缸筒与外缸筒之间的第二磁流变液腔内均灌装有磁流变液，并设置有密封。
4.根据权利要求3所述的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，其特征在于：所述外缸筒轴向的两端分别设置有前、后端盖，滚珠丝杠副的螺母的顶部设置有轴承定位座,所述前端盖与轴承定位座之间安装有前推力轴承，所述后端盖与转动活塞之间安装有后推力轴承。
5.根据权利要求4所述的阻尼与负刚度可控的磁流变阻尼器，其特征在于：所述转动活塞与内缸筒之间在轴向前后端设置有前、后深沟球轴承，所述前、后深沟球轴承沿径向支撑于转动活塞与内缸筒之间。
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