CN109578499B - 一种双出杆磁流变液阻尼器及其磁流变液的防沉淀方法 - Google Patents
一种双出杆磁流变液阻尼器及其磁流变液的防沉淀方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种双出杆磁流变液阻尼器及其防沉淀的方法，双出杆磁流变液阻尼器包括活塞杆通轴、励磁线圈、回转缸筒、支撑缸筒、丝杠轴套、丝杠螺母、活塞杆轴套、旋转密封组件、往复密封组件和端盖。所述的励磁线圈缠绕于活塞杆通轴上，活塞杆轴套通过螺纹配合于活塞杆通轴上，丝杠螺母与回转缸筒固定连接，所述的往复密封组件通过锯齿形磁极密封位于端盖内侧，所述的旋转密封组件通过磁性橡胶密封位于回转缸筒两端。利用活塞杆通轴的往复直线运动，通过丝杠轴套与丝杠螺母的传动来带动回转缸筒的转动，能防止磁流变液的沉淀。与现有技术相比，本发明具有磁流变液稳定性好、阻尼器磁极密封性好、阻尼力无极可调、操作简单易行等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻尼器，尤其是涉及一种双出杆磁流变液阻尼器及其磁流变液的防沉淀方法。
背景技术
振动广泛地存在于工程技术与日常生活中，这一普遍存在的现象正日益受到人们的关注。工程中人们利用振动的有利一面开发了振动设备，如振动输送、振动筛选、振动研磨等，极大地改善了劳动条件，提高了生产率。但是，振动也存在着不利的一面，不仅影响到机器设备的使用寿命，仪表器械的使用性能，及建筑结构的稳定程度，而且由振动产生的噪声也同时影响着人们的工作、生活和健康。对振动进行有效的隔离控制是当务之急。如何保证一些高、精、尖技术设备在振动干扰下能正常运行，如何消除振动对人们生产生活的影响等等，是科技工作者急需解决的瓶颈问题。
目前，在减、隔振领域，人们也取得了丰硕成果，但是常见的减、隔振产品都或多或少地存在着缺陷，比如粘滞阻尼器、气液压阻尼器存在着泄漏密封和介质沉降等问题；电流变液阻尼器存在着成本高、耗电高等缺点；各类隔振支座存在着体积庞大、橡胶老化和被动复位等弊端；各种机械式阻尼隔振器虽具有长寿命、易维护等优点，但是多半呈现被动式为主，不具备根据外界受载反馈自动或半自动调节的优点，无法更好的满足半主动式阻尼器的需求。
磁流变液是将微纳米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体(矿物油、硅油等)中形成的悬浮液；在零磁场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间(毫秒级)内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类固体特性；而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的状态。磁流变液阻尼器是一种利用智能材料的半主动阻尼器，具有体积小、承载能力大、阻尼变化速率快、缓冲和减震能力强等特点。随着现代工程实践中对减隔振器的工作频带、安装空间和耐温耐候环境等的能力要求却越来越高，常规的线性减振器往往不能兼顾多项技术指标。因此，开发一种具有减、隔振效应的可变阻尼力的磁流变液阻尼器非常重要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双出杆磁流变液阻尼器及其磁流变液的防沉淀方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种双出杆磁流变液阻尼器，包括活塞杆通轴、励磁线圈、回转缸筒、支撑缸筒、丝杠轴套、丝杠螺母、活塞杆轴套、旋转密封组件、往复密封组件和端盖，所述回转缸筒位于支撑缸筒内，所述回转缸筒与支撑缸筒的两端均与端盖连接，所述回转缸筒与端盖之间通过旋转密封组件实现密封，所述活塞杆通轴置于回转缸筒内，且两端均穿过端盖，所述活塞杆通轴与端盖之间通过往复密封组件实现密封，所述活塞杆通轴与回转缸筒之间设置有磁流变液，所述励磁线圈缠绕于位于回转缸筒内的活塞杆通轴上，通过对所述励磁线圈通电使磁流变液产生磁流变效应，所述丝杠轴套套设在位于回转缸筒内的活塞杆通轴上，所述丝杠螺母内侧套设在丝杠轴套上，与丝杠轴套螺纹连接，所述丝杠螺母外侧与回转缸筒固定连接，所述活塞杆轴套通过螺纹配合于位于回转缸筒内的活塞杆通轴上，所述活塞杆轴套穿过一侧的端盖。
在本发明的一个实施方式中，所述回转缸筒外壁和支撑缸筒内壁之间置有摩擦阻尼材料。摩擦阻尼材料参与摩擦耗能，最终可以将部分转动动能转化为热能散失达到耗能效果。摩擦阻尼材料可以采用半金属材料。
在本发明的一个实施方式中，所述活塞杆通轴一端穿过支撑缸筒一端的端盖，另一端加工有外螺纹，所述活塞杆轴套通过螺纹配合于活塞杆通轴上，所述活塞杆轴套穿过支撑缸筒另一端的端盖，所述励磁线圈、丝杠轴套、活塞杆轴套在活塞杆通轴顺序设置，且所述丝杠轴套与活塞杆轴套之间设有限位环。
在本发明的一个实施方式中，所述活塞杆通轴的一端轴向钻深孔至励磁线圈缠绕处，同时该线圈缠绕处径向钻孔，以便励磁线圈引出与外部电源形成回路。
在本发明的一个实施方式中，所述往复密封组件包括环形磁体与锯齿形磁靴，所述锯齿形磁靴分布于环形磁体两侧，位于环形磁体一侧的锯齿形磁靴密封位于端盖内侧，位于环形磁体另一侧的锯齿形磁靴通过挡圈和孔用弹性挡圈进行限位，来实现往磁流变液往复运动的密封，所述环形磁体与锯齿形磁靴的内侧紧贴活塞杆轴套，所述环形磁体与锯齿形磁靴的外侧紧贴端盖。
在本发明的一个实施方式中，所述锯齿形磁靴采用两级单槽径向半径间隙为0.3mm的锯齿形磁靴。
在本发明的一个实施方式中，所述旋转密封组件包括骨架、环形磁铁、导磁性橡胶油封、套筒，所述环形磁铁设在两个骨架之间，其中一个骨架的外侧通过套筒进行限位，所述套筒紧靠端盖设置，另一个骨架的外侧通过油封固定端盖限位，所述油封固定端盖与端盖采用螺钉连接，两个骨架之间设置导磁性橡胶油封，所述导磁性橡胶油封同时与回转缸筒内侧、骨架以及环形磁铁接触，在回转缸筒内侧与导磁性橡胶油封接触处开有沟槽。
在本发明的一个实施方式中，所述骨架采用碳钢材质。
采用碳骨架单侧包络固定导磁性橡胶油封和环形磁铁两侧，进行磁流变液旋转运动的磁极密封；这种磁极密封结构能改善油封的冷却和润滑，又能减少磁性液体的损失，所以能够达到提高使用寿命、增加安全可靠性的目的。
在本发明的一个实施方式中，所述励磁线圈有序致密地缠绕在活塞杆通轴上，绕制完成在其表面均匀涂抹耐高温聚四氟乙烯树脂待凝固，可以通过改变线圈匝数和通电电流大小来调节阻尼力。
在本发明的一个实施方式中，为避免两侧端盖使活塞产生不平衡轴向力，同时考虑阻尼器整体的重量，所述端盖采用不导磁的铝材料。
在本发明的一个实施方式中，所述支撑缸筒与端盖通过螺钉连接，有利于装拆维护。
所述双出杆磁流变液阻尼器防沉淀的方法，利用活塞杆通轴的往复直线运动，通过丝杠轴套与丝杠螺母的传动来带动回转缸筒的转动，能防止磁流变液的沉淀。
所述励磁线圈作为磁流变液阻尼器活塞，通电时产生的磁感线方向平行于活塞杆通轴的轴线，回转缸筒的运动带动剪切间隙处磁流变液沿活塞半径的切向运动，垂直于磁力线方向，即活塞与回转缸筒间隙处磁流变液运动方向和通电励磁线圈产生的磁感线方向垂直，可以产生更大的磁流变效应，产生更大阻尼力。
本发明工作原理如下：磁流变液是一种具有磁流变效应的智能材料，其流动状态可通过外加磁感应强度进行调节，具有响应速度快、阻尼无极可调、承载能力大能优点，被广泛应用于缓冲隔振等机械、建筑领域。
本发明专利采用磁流变液作为阻尼器工作介质，其中阻尼力主要由两部分构成：a.活塞与回转缸筒内壁剪切间隙处磁流变液产生的阻尼力，b.回转缸筒外壁与支撑缸筒内壁处相对转动产生的摩擦力。当活塞往复直线运动时，丝杠螺母将在丝杠轴套上相对转动，带动回转缸筒运动，从而达到阻尼耗能的效果，此外，还可通过改变励磁线圈通电电流的大小来调节磁流变液的流动状态，进而达到阻尼力可调的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一、本发明的双出杆磁流变液阻尼器，通过采用丝杠轴套与丝杠螺母间配合传动来实现直线运动与转动间的转换，具有结构紧凑，操作方便等优点。
第二、本发明的双出杆磁流变液阻尼器，通过丝杠螺母的转动来带动回转缸筒的运动，不仅能防止剪切间隙处磁流变液的沉淀，而且回转缸筒与支撑缸筒的相对运动，可达到摩擦阻尼的效果。
第三、本发明的双出杆磁流变液阻尼器，通过回转缸筒的转动带动剪切间隙处磁流变液垂直于磁感线方向运动，达到增强安培力，增大磁流变效应的效果。
第四、本发明的双出杆磁流变液阻尼器，通过采用锯齿形磁靴和环形磁体，进行磁流变液往复运动的磁极密封；采用碳钢骨架单侧包络固定导磁性橡胶油封和形磁铁两侧，进行磁流变液旋转运动的磁极密封；这种磁极密封结构能改善油封的冷却和润滑，又能减少磁性液体的损失，所以能够达到提高使用寿命、增加安全可靠性的目的。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为实施例1中一种双出杆磁流变液阻尼器结构示意图；
图2为图1中A处局部放大结构示意图；
图中标号：1、活塞杆通轴，2、励磁线圈，3、回转缸筒，4、支撑缸筒，5、丝杠轴套，6、丝杠螺母，7、限位环，8、活塞杆轴套，9、孔用弹性挡圈，10、油封固定端盖，11、挡圈，12、旋转密封组件，13、往复密封组件，14、端盖；
12-1、骨架，12-2、环形磁铁，12-3、导磁性橡胶油封，12-4、套筒，13-1、环形磁体，13-2、锯齿形磁靴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1、图2，一种双出杆磁流变液阻尼器，包括活塞杆通轴1、励磁线圈2、回转缸筒3、支撑缸筒4、丝杠轴套5、丝杠螺母6、活塞杆轴套8、旋转密封组件12、往复密封组件13和端盖14，所述回转缸筒3位于支撑缸筒4内，所述回转缸筒3与支撑缸筒4的两端均与端盖14连接，所述回转缸筒3与端盖14之间通过旋转密封组件12实现密封，所述活塞杆通轴1置于回转缸筒3内，且两端均穿过端盖14，所述活塞杆通轴1与端盖14之间通过往复密封组件13实现密封，所述活塞杆通轴1与回转缸筒3之间设置有磁流变液，所述励磁线圈2缠绕于位于回转缸筒3内的活塞杆通轴1上，通过对所述励磁线圈2通电使磁流变液产生磁流变效应，所述丝杠轴套5套设在位于回转缸筒3内的活塞杆通轴1上，所述丝杠螺母6内侧套设在丝杠轴套5上，与丝杠轴套5螺纹连接，所述丝杠螺母6外侧与回转缸筒3固定连接，所述活塞杆轴套8通过螺纹配合于位于回转缸筒3内的活塞杆通轴1上，所述活塞杆轴套8穿过一侧的端盖14。
本实施例中，所述回转缸筒3外壁和支撑缸筒4内壁之间置有摩擦阻尼材料。摩擦阻尼材料参与摩擦耗能，最终可以将部分转动动能转化为热能散失达到耗能效果。摩擦阻尼材料可以采用半金属材料。
本实施例中，所述活塞杆通轴1一端穿过支撑缸筒4一端的端盖14，另一端加工有外螺纹，所述活塞杆轴套8通过螺纹配合于活塞杆通轴1上，所述活塞杆轴套8穿过支撑缸筒4另一端的端盖14，所述励磁线圈2、丝杠轴套5、活塞杆轴套8在活塞杆通轴1顺序设置，且所述丝杠轴套5与活塞杆轴套8之间设有限位环7。
本实施例中，所述活塞杆通轴1的一端轴向钻深孔至励磁线圈2缠绕处，同时该线圈缠绕处径向钻孔，以便励磁线圈2引出与外部电源形成回路。
本实施例中，所述励磁线圈2有序致密地缠绕在活塞杆通轴1上，绕制完成在其表面均匀涂抹耐高温聚四氟乙烯树脂待凝固，可以通过改变线圈匝数和通电电流大小来调节阻尼力。
本实施例中，所述往复密封组件13包括环形磁体13-1与锯齿形磁靴13-2，所述锯齿形磁靴13-2分布于环形磁体13-1两侧，位于环形磁体13-1一侧的锯齿形磁靴13-2密封位于端盖14内侧，位于环形磁体13-1另一侧的锯齿形磁靴13-2通过挡圈11和孔用弹性挡圈9进行限位，来实现往磁流变液往复运动的密封，所述环形磁体13-1与锯齿形磁靴13-2的内侧紧贴活塞杆轴套8，所述环形磁体13-1与锯齿形磁靴13-2的外侧紧贴端盖14。
本实施例中，所述锯齿形磁靴13-2采用两级单槽径向半径间隙为0.3mm的锯齿形磁靴。
本实施例中，所述旋转密封组件12包括骨架12-1、环形磁铁12-2、导磁性橡胶油封12-3、套筒12-4，所述环形磁铁12-2设在两个骨架12-1之间，其中一个骨架12-1的外侧通过套筒12-4进行限位，所述套筒12-4紧靠端盖14设置，另一个骨架12-1的外侧通过油封固定端盖10限位，所述油封固定端盖10与端盖14采用螺钉连接，两个骨架12-1之间设置导磁性橡胶油封12-3，所述导磁性橡胶油封12-3同时与回转缸筒3内侧、骨架12-1以及环形磁铁12-2接触，在回转缸筒3内侧与导磁性橡胶油封12-3接触处开有沟槽。
本实施例中，所述骨架12-1采用碳钢材质。
采用碳骨架单侧包络固定导磁性橡胶油封和环形磁铁两侧，进行磁流变液旋转运动的磁极密封；这种磁极密封结构能改善油封的冷却和润滑，又能减少磁性液体的损失，所以能够达到提高使用寿命、增加安全可靠性的目的。
本实施例中，为避免两侧端盖14使活塞产生不平衡轴向力，同时考虑阻尼器整体的重量，所述端盖14采用不导磁的铝材料。
本实施例中，所述支撑缸筒4与端盖14通过螺钉连接，有利于装拆维护。
本实施例中，双出杆磁流变液阻尼器防沉淀的方法，利用活塞杆通轴1的往复直线运动，通过丝杠轴套5与丝杠螺母6的传动来带动回转缸筒3的转动，能防止磁流变液的沉淀。
所述励磁线圈2作为磁流变液阻尼器活塞，通电时产生的磁感线方向平行于活塞杆通轴1的轴线，回转缸筒3的运动带动剪切间隙处磁流变液沿活塞半径的切向运动，垂直于磁力线方向，即活塞与回转缸筒间隙处磁流变液运动方向和通电励磁线圈产生的磁感线方向垂直，可以产生更大的磁流变效应，产生更大阻尼力。
本发明工作原理如下：磁流变液是一种具有磁流变效应的智能材料，其流动状态可通过外加磁感应强度进行调节，具有响应速度快、阻尼无极可调、承载能力大能优点，被广泛应用于缓冲隔振等机械、建筑领域。
本发明采用磁流变液作为阻尼器工作介质，其中阻尼力主要由两部分构成：a.活塞与回转缸筒内壁剪切间隙处磁流变液产生的阻尼力，b.回转缸筒外壁与支撑缸筒内壁处相对转动产生的摩擦力。当活塞往复直线运动时，丝杠螺母将在丝杠轴套上相对转动，带动回转缸筒运动，从而达到阻尼耗能的效果，此外，还可通过改变励磁线圈通电电流的大小来调节磁流变液的流动状态，进而达到阻尼力可调的目的。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，包括活塞杆通轴(1)、励磁线圈(2)、回转缸筒(3)、支撑缸筒(4)、丝杠轴套(5)、丝杠螺母(6)、活塞杆轴套(8)、旋转密封组件(12)、往复密封组件(13)和端盖(14)，所述回转缸筒(3)位于支撑缸筒(4)内，所述回转缸筒(3)与支撑缸筒(4)的两端均与端盖(14)连接，所述回转缸筒(3)与端盖(14)之间通过旋转密封组件(12)实现密封，所述活塞杆通轴(1)置于回转缸筒(3)内，且两端均穿过端盖(14)，所述活塞杆通轴(1)与端盖(14)之间通过往复密封组件(13)实现密封，所述活塞杆通轴(1)与回转缸筒(3)之间设置有磁流变液，所述励磁线圈(2)缠绕于位于回转缸筒(3)内的活塞杆通轴(1)上，通过对所述励磁线圈(2)通电使磁流变液产生磁流变效应，所述丝杠轴套(5)套设在位于回转缸筒(3)内的活塞杆通轴(1)上，所述丝杠螺母(6)内侧套设在丝杠轴套(5)上，与丝杠轴套(5)螺纹连接，所述丝杠螺母(6)外侧与回转缸筒(3)固定连接，所述活塞杆轴套(8)通过螺纹配合于位于回转缸筒(3)内的活塞杆通轴(1)上，所述活塞杆轴套(8)穿过一侧的端盖(14)；
所述回转缸筒(3)外壁和支撑缸筒(4)内壁之间置有摩擦阻尼材料，摩擦阻尼材料参与摩擦耗能，最终将部分转动动能转化为热能散失达到耗能效果；
所述活塞杆通轴(1)一端穿过支撑缸筒(4)一端的端盖(14)，另一端加工有外螺纹，所述活塞杆轴套(8)通过螺纹配合于活塞杆通轴(1)上，所述活塞杆轴套(8)穿过支撑缸筒(4)另一端的端盖(14)，所述励磁线圈(2)、丝杠轴套(5)、活塞杆轴套(8)在活塞杆通轴(1)顺序设置。
2.根据权利要求1所述的一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，所述活塞杆通轴(1)的一端轴向钻深孔至励磁线圈(2)缠绕处，同时该线圈缠绕处径向钻孔，以便励磁线圈(2)引出与外部电源形成回路。
3.根据权利要求1所述的一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，所述往复密封组件(13)包括环形磁体(13-1)与锯齿形磁靴(13-2)，所述锯齿形磁靴(13-2)分布于环形磁体(13-1)两侧，位于环形磁体(13-1)一侧的锯齿形磁靴(13-2)密封位于端盖(14)内侧，位于环形磁体(13-1)另一侧的锯齿形磁靴(13-2)通过挡圈(11)和孔用弹性挡圈(9)进行限位，所述环形磁体(13-1)与锯齿形磁靴(13-2)的内侧紧贴活塞杆轴套(8)，所述环形磁体(13-1)与锯齿形磁靴(13-2)的外侧紧贴端盖(14)。
4.根据权利要求1所述的一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，所述旋转密封组件(12)包括骨架(12-1)、环形磁铁(12-2)、导磁性橡胶油封(12-3)、套筒(12-4)，所述环形磁铁(12-2)设在两个骨架(12-1)之间，其中一个骨架(12-1)的外侧通过套筒(12-4)进行限位，所述套筒(12-4)紧靠端盖(14)设置，另一个骨架(12-1)的外侧通过油封固定端盖(10)限位，所述油封固定端盖(10)与端盖(14)采用螺钉连接，两个骨架(12-1)之间设置导磁性橡胶油封(12-3)，所述导磁性橡胶油封(12-3)同时与回转缸筒(3)内侧、骨架(12-1)以及环形磁铁(12-2)接触，在回转缸筒(3)内侧与导磁性橡胶油封(12-3)接触处开有沟槽。
5.根据权利要求1所述的一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，所述励磁线圈(2)有序致密地缠绕在活塞杆通轴(1)上，绕制完成在其表面均匀涂抹耐高温聚四氟乙烯树脂使其凝固。
6.根据权利要求1所述的一种双出杆磁流变液阻尼器，其特征在于，所述端盖(14)采用不导磁的铝材料。
7.如权利要求1-6中任一项所述的双出杆磁流变液阻尼器中的磁流变液的防沉淀方法，其特征在于，利用活塞杆通轴(1)的往复直线运动，通过丝杠轴套(5)与丝杠螺母(6)的传动来带动回转缸筒(3)的转动，能防止磁流变液的沉淀。
8.根据权利要求7所述的双出杆磁流变液阻尼器中的磁流变液的防沉淀方法，其特征在于，所述励磁线圈(2)作为磁流变液阻尼器活塞，通电时产生的磁感线方向平行于活塞杆通轴(1)的轴线，回转缸筒(3)的运动带动剪切间隙处磁流变液沿活塞半径的切向运动，垂直于磁力线方向。
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