CN109210128A - 齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其特征是包含有齿轮齿条机构、圆盘式磁流变液阻尼器以及电机。齿轮齿条机构将齿条的往复直线运动转化为齿轮的旋转运动并传递给圆盘式磁流变液阻尼器，磁流变液阻尼器利用磁流变液的剪切模式进行工作，与阻尼器串联的电机可以将旋转动能转化为电能实现能量回收，也可以直接给磁流变液阻尼器的励磁线圈供电，还能通过电机实现对减振器的主动控制。本发明中的圆盘结构在旋转时会周向搅动阻尼器内的磁流变液，解决了磁流变液减振器中磁流变液易沉降从而导致性能降低的问题；除了通过改变励磁线圈数目和励磁电流大小，还可以通过改变磁流变液阻尼器的数目和阻尼器中圆盘的数目来改变阻尼力的大小。

Description

齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器

技术领域

本发明属于减振器技术领域，具体涉及一种齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器。

背景技术

随着国民生活水平的提高，人们对汽车的舒适性和安全性提出了更高要求，提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性是汽车设计过程中必须考虑的问题。

汽车悬架系统的功能是隔离、吸收来自路面的振动并保持车身姿态，提高汽车的乘坐舒适性。汽车悬架分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三类，被动悬架的刚度、阻尼等参数固定，不随汽车行驶工况和路面状况的变化而改变，无法满足不同行驶工况下的减振需求，但被动悬架成本低、可靠性高，因此是目前应用最广泛的悬架形式；半主动悬架和主动悬架能够实时地改变悬架的刚度或阻尼，能够根据路面激励变化或者驾驶策略进行调节，可以极大地提高汽车的平顺性和操稳性，但由于主动悬架的能耗和成本都较高，限制了它的应用；半主动悬架结合了两种悬架的优点，以较小的能耗获得较好的车辆控制效果。

减振器是悬架系统的关键部件，可以缓冲路面冲击，吸收车身的振动能量，被动悬架减振器的阻尼不可调。磁流变液减振器因其阻尼力连续可调、响应速度快、结构简单、功耗低等优点在近些年被成功应用于汽车悬架系统。

磁流变液是一种智能材料，是主要由承载液和铁磁颗粒组成的悬浮液，其特点是在没有磁场作用时，磁流变液表现出通常的牛顿流体特征；当在磁流变液两端施加磁场时，磁流变液内部的铁磁颗粒就沿磁力线方向整齐排列为链状结构，粘性比无磁场时提高，其大小则取决于施加磁场的强弱；当磁场消失时，磁流变液又迅速恢复到牛顿流体状态。磁流变液的可逆性好、响应速度快，应用于半主动悬架减振器中取得了很好的效果。

磁流变液应用于普通筒式减振器上时存在一个很大的缺陷，即磁流变液的沉降问题。筒式减振器在长期静置条件下，磁流变液中的铁磁颗粒会在重力作用下逐渐沉降到液体底部，造成磁流变液明显分层，即液体下层为铁磁颗粒，上层几乎只有承载液，磁流变液的沉降会极大影响减振器的性能，甚至造成减振器的损坏。

汽车在使用过程中，筒式磁流变液减振器的工作行程通常较短，在减振器活塞到达不了的区域内，磁流变液就会发生沉降；同时，汽车静止不动时，磁流变液减振器中的磁流变液也会发生沉降。沉降问题不仅仅影响了减振器的工作效能，还降低了磁流变液体的使用率。为了更大限度地利用磁流变液的效能，解决沉降问题，减振器就必须能够在工作过程中将磁流变液搅拌均匀，目前市场上的磁流变液减振器不具备此功能。

磁流变液减振器工作时电磁线圈需要能量供给，若能够将悬架往复运动的机械能转化为电能并供给电磁线圈使用，将使得半主动悬架更加节能。

发明内容

本发明针对上述现有筒式磁流变液减振器技术中存在的问题，提供了一种既能防止磁流变液沉降，还能实现励磁线圈自供能和悬架系统主动控制的磁流变液减振器。

本发明提供的技术方案为：采用齿轮齿条结构将减振器的直线往复运动转换为齿轮的往复旋转运动；齿轮的旋转运动带动圆盘和电机的往复旋转；圆盘在旋转过程中搅动磁流变液，通过励磁线圈改变磁流变液的粘度，从而实现阻尼可控；电机可以用于馈能和主动控制。

本发明齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其结构特点是所述磁流变液减振器包括有齿轮齿条机构、圆盘式磁流变液阻尼器以及与圆盘式磁流变液阻尼器串联的电机。

所述齿轮齿条机构包括齿条、齿轮以及齿轮轴，所述齿条与悬下质量相连，所述齿轮轴与悬上质量相连，所述齿轮、所述齿轮轴成对存在，布置于齿条两侧。

所述圆盘式磁流变液阻尼器与齿轮串联，由剪切圆盘、齿轮轴、腔体、电磁线圈以及磁流变液构成，所述剪切圆盘固定于齿轮轴上，齿轮轴上布置有多片剪切圆盘，所述腔体固定于机架上，由腔体的内侧壁与圆盘轴的外侧壁构成封闭腔体，所述磁流变液填充在封闭腔体中，所述电磁线圈布置于腔体两侧。

所述电机通过联轴器与齿轮轴固连，用于将机械能转化为电能，或者可以通过控制电机来对悬架进行主动控制。

本发明齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器的结构特点也在于：

所述齿轮、齿轮轴成对存在，对称地布置于齿条两侧。

所述成对的齿轮、齿轮轴可以存在多对，所述圆盘式磁流变液阻尼器、电机可以存在多个，其具体数目取决于齿条长度以及车辆的使用需求。

所述圆盘式磁流变液阻尼器中的剪切圆盘至少为一片，具体片数取决于车辆对减振器阻尼力的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明利用齿轮齿条机构将齿条的往复直线运动转化为旋转运动并传递给圆盘式磁流变液阻尼器，充分利用了磁流变液工作模式中的剪切模式，通过剪切圆盘和相应的电磁线圈实现阻尼力的无级可控。

2.本发明中，圆盘式磁流变液阻尼器中的剪切圆盘可以设置多片，同时可以改变剪切圆盘上凹槽的形状和数目，以适应不同车型对阻尼力的需求。

3.本发明中，圆盘式磁流变液阻尼器中的剪切圆盘在旋转时可以搅拌磁流变液，即使磁流变液发生沉降，剪切圆盘也可以将其重新搅拌均匀，有利于保持减振器性能的稳定性。

4.本发明中电机与圆盘式磁流变液阻尼器串联，可以将各个部件运动的机械能转化为电能进行存储。

5.本发明中电机与圆盘式磁流变液阻尼器串联，可以通过主动控制电机来控制齿条的上下运动，从而对悬架系统进行主动控制。

附图说明

图1为齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器整体剖视图；

图2为圆盘式磁流变液阻尼器剖视图；

图3为一种带沟槽的剪切圆盘示意图；

图4为一种带叶片的剪切圆盘示意图。

图中标号：1为减振器壳，2为齿轮轴，3为齿轮，4为齿条，5为圆盘式磁流变液阻尼器，6为齿轮齿条传动机构，7为电机，8为阻尼器右壳体，9为励磁线圈，10为剪切圆盘，11为阻尼器左壳体，12为磁流变液。

具体实施方法

为了对本发明的技术特征进行更加清楚的阐释，现对照附图说明本发明的具体实施方式，为使图面简洁，各附图只示意性地表达出了与本发明相关的部分，它们不代表作为产品的实际结构。

如图1、2所示，本发明为一种齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，包括齿轮齿条机构6、圆盘式磁流变液阻尼器5、电机7。所述齿轮齿条机构6由齿条4、齿轮3和齿轮轴2组成，所述圆盘式磁流变液阻尼器5由剪切圆盘10、齿轮轴2、阻尼器左壳体11、阻尼器右壳体8、励磁线圈9及磁流变液12组成。

如图1所示，齿轮齿条机构6中的齿轮3通过齿轮轴2与减振器壳1相连，减振器壳1通过上部吊耳与车身相连，齿轮齿条机构6中的齿条4通过下部吊耳与车轮相连，车轮与车身的相对运动通过齿轮齿条机构转化为旋转运动。

如图1、2所示，圆盘式磁流变液阻尼器5与齿轮齿条机构6共用一根齿轮轴2，剪切圆盘10与齿轮轴2固连，阻尼器右壳体8与减振器壳1固连，阻尼器左壳体11与阻尼器右壳体8固连，二者形成封闭腔体，磁流变液12填充于封闭腔体中，齿轮3的旋转通过齿轮轴2带动剪切圆盘10旋转，搅动磁流变液12形成阻尼力。

如图3、4所示，剪切圆盘10搅动磁流变液12时，为增强搅动效果和增大阻尼力，可以在剪切圆盘10上设置沟槽或叶片，具体实施方式视实际需求而定。

如图2所示，阻尼器右壳体8和阻尼器左壳体11上周向均匀安装有励磁线圈9，励磁线圈9通电后，将在封闭腔体中形成磁场，改变磁流变液12的粘性，从而改变阻尼力的大小。

如图1所示，电机7的电机轴与齿轮轴2固连，齿轮3的旋转运动通过齿轮轴2传递到电机，可以将机械能转化为电能；同时，若给电机7通电，控制电机7的输出扭矩，将实现对悬架系统的主动控制。

本发明的特点有：

其一，所述齿轮3应成对存在于齿条4的两侧，使齿条受力相对均匀。

其二，所述圆盘式磁流变液阻尼器5和电机7可以在齿条4轴向上布置多个，具体数目取决于齿条4的长度和实际使用需求。

其三，所述圆盘式磁流变液阻尼器5中的剪切圆盘10可以设置多片，具体数目取决于车辆对阻尼力的实际需求。

本发明的优势在于：

其一，剪切圆盘10的旋转将搅动磁流变液12，防止磁流变液12出现沉降，保证减振器的性能。

其二，电机7与齿轮3串联，可以将车轮相对于车身往复运动的机械能转化为电能，使此悬架系统更加节能。

其三，电机7与齿轮3串联，可以通过控制电机7的输出力矩来实现悬架系统的主动控制，具备主动悬架的使用潜力。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“固连”、“安装”、“设置”等应做广义理解，例如其可以是一体式连接，也可以是可拆卸式连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接。同时，上文的说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神的等效实施方式、变更和改造均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其特征是：所述磁流变液减振器包括有齿轮齿条机构(6)、圆盘式磁流变液阻尼器(5)以及与圆盘式磁流变液阻尼器串联的电机(7)；

所述齿轮齿条机构(6)包括齿条(4)、齿轮(3)以及齿轮轴(2)，所述齿轮(3)、所述齿轮轴(2)成对布置于齿条(4)两侧；

所述圆盘式磁流变液阻尼器(5)与齿轮(3)串联，由剪切圆盘(10)、齿轮轴(2)、阻尼器右壳体(8)、阻尼器左壳体(11)、励磁线圈(9)及磁流变液(12)组成，剪切圆盘(10)固连在齿轮轴(2)上，齿轮轴(2)上可以布置多片剪切圆盘(10)；

所述阻尼器右壳体(8)固定于减振器壳(1)上，阻尼器右壳体(8)与阻尼器左壳体(11)形成封闭腔体，磁流变液(12)填充在封闭腔体中，励磁线圈(9)布置于阻尼器右壳体(8)和阻尼器左壳体(11)两侧；

所述电机(7)与减振器壳(1)固连，电机轴与齿轮轴(2)固连，用于将机械能转化为电能，或者可以通过控制电机(7)来对减振器进行主动控制。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其特征是：所述齿轮(3)和齿轮轴(2)成对布置于齿条(4)两侧，圆盘式磁流变液阻尼器(5)和电机(7)布置于减振器壳(1)两侧。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其特征是：所述齿轮(3)、齿轮轴(2)、圆盘式磁流变液阻尼器(5)、电机(7)可以存在多组，具体数目取决于齿条长度及实际使用需求。

4.根据权利要求1所述的齿轮齿条传动盘式磁流变液减振器，其特征是：圆盘式磁流变液阻尼器(5)中的剪切圆盘(10)至少为一片，具体数目由车辆对减振器阻尼力的需求确定。