CN110043598B - 一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以磁流变胶泥作为工作部件，并以金属橡胶作为补偿的自适应隔振装置。该自适应隔振器有补偿装置、阻尼缓冲装置、电磁发生装置、加速度传感器、以及隔振器控制装置组成。本装置安置的加速度传感器采集发动机的振动信息，并将采集到的信号传递给控制器，控制器通过对加速度传感器采集到的信号进行处理以控制电磁发生装置中电磁线圈流通电流的大小，进而改变磁场的强弱，最终达到改变磁流变胶泥刚度的变化，达到隔振的效果。本发明方案解决了以往隔振器的获得较大磁场强度难的问题，结构简单，安装方便，有较强的互换性，工作频率带宽广等优点。

Description

一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器

技术领域

本发明涉及振动缓冲、金属橡胶、磁流变弹性体等领域，具体为一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，应用于各种军民用车辆的发动机、航空、航天及各种船舶发动机的主动隔振、混合式隔振与振动噪声控制。

背景技术

机械动力系统在正常工作过程中，会伴随着激烈、变频的高频激励，这种激励将会直接传递给基体造成剧烈的振动，对其机械结构造成一定的损坏。对于车辆发动机产生的振动不仅会对车辆架体、发动机本身产生一定损坏，而且还会严重影响乘客的舒适性。因此为了减小甚至消除这种激励振动，都会在基体与动力装置之间安装减振装置。理想的减振装置对于动力系统产生的高频、低频振动都有良好的隔振效果。

然而，现有的隔振装置大多为被动式的隔振装置，这种被动式的隔振装置结构简单，容易实现，但是其刚度和阻尼不可调节，这也就意味着被动式的隔振器工作带频小，隔振效果差，远不能满足目前冲击振动控制的需要。所以一种刚度可调、工作带频宽的隔振器就显得非常的迫切，然而现有的主动式隔振器中多为电磁主动器与被动隔振器并联，这类隔振器虽然刚度可调，隔振效果明显，但系统参数无法随时间和激励变化自适应调节。而采用磁流变弹性体的隔振器由于磁流变弹性体的磁致效应以及磁场在弹性体的磁场损失比较大，效率比较低，隔振器的整体功率较大。并且现有的磁流变隔振器或磁流变弹性体隔振器补偿结构大多采用橡胶主簧，这种结构的互换性极低，使得整体的隔振器寿命较低。因此开发一种可靠性高、性能高、节能、寿命高的隔振器尤为重要。

发明内容

为弥补和解决现有被动式隔振器工作带频窄，隔振效果不佳，主动式磁流变弹性体隔振器可调刚度小、磁场利用率低、隔振器的功耗大的问题，本发明提出了一种以磁流变胶泥为工作介质、与金属橡胶复合的主动隔振器，实现低频与高频振动、系统参数可以随时间和激励变化自适应调节的主动振动噪声控制。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，包括上缸盖、外缸筒、下缸盖及压缩杆，所述外缸筒底端通过螺纹结构安装下缸盖，所述下缸盖中心通过螺纹结构安装磁芯，所述磁芯外壁开有上下两个线圈凹槽，所述线圈凹槽内缠绕有电磁线圈，所述磁芯内设有线圈引线孔，位于下方的电磁线圈外装有阻磁套环，位于上方的电磁线圈外装有引磁套环，所述外缸筒内壁和磁芯之间安装磁流变胶泥件；所述压缩杆包括杆座和中间为阶梯状态的杆体，所述外缸筒内壁设有内隔板，所述压缩杆的杆体下部穿过内隔板的中孔后伸出，位于压缩杆的杆座和内隔板之间安装下金属橡胶，所述压缩杆的杆座底面为圆环状、并正好位于磁流变胶泥件上；所述压缩杆的杆体上部通过螺纹结构安装上缸盖，所述上缸盖位于压缩杆的杆体中部台阶处，所述上缸盖与外缸筒的内隔板之间安装上金属橡胶，所述上缸盖与外缸筒之前设有防尘圈，所述上缸盖表面安装加速度传感器；所述压缩杆中心开有引线孔，所述电磁线圈通过引线与控制器连接。

使用时，例如将隔振器安装于发动机四角，隔振器通过其下缸盖的安装孔安装于机架上。工作时，发动机振动带动上缸盖振动，从而加速度传感器采集到振动的加速度信号并将信号传递给控制器，控制器对信号进行处理并控制电磁线圈上的电流输出，从而电磁线圈产生磁场，通过使用引磁套环和阻磁套环增加了磁流胶泥内的磁场强度。当上缸盖振动在压缩上金属橡胶振动的同时也带动压缩杆压缩磁流变弹性体，从而起到隔振作用，由于磁流变胶泥件的磁流变弹性体的刚度随着弹性体内的磁场强度也就电流的改变而改变，从而达到较宽的振动频率的主动隔振。

所以，该隔振器有补偿装置、阻尼缓冲装置、电磁发生装置、加速度传感器、以及隔振器控制装置组成。本装置安装的加速度传感器采集发动机的振动信息，并将采集到的信号传递给控制器，控制器通过对加速度传感器采集到的信号进行处理以控制电磁发生装置中电磁线圈流通电流的大小，进而改变磁场的强弱，最终达到改变弹性体刚度的变化，达到隔振的效果。

本发明装置具有如下优点：

1、由于本发明采用了磁流变胶泥材料，使得本发明无需过多的考虑装置的密封以及材料的问题，极大的降低了装置的成本，推进了装置的工程化应用。

2、由于本发明采用了金属性橡胶作为补偿装置，极大的发挥了金属橡胶小位移、大载荷、高寿命的优势，并且本发明装置将金属橡胶与磁流变胶泥分置在不同的缸筒内，极大的加强了装置的互换性，增强了装置寿命。

3、本发明采用了金属橡胶与磁流变胶泥的并联的工作方式，极大增加了空间的利用率并且极大的降低了装置的响应时间。

4、由于本发明采用了磁流变胶泥作为工作介质，并且采用双级励磁线圈，在两级励磁线圈中通反向的电流，采用引磁环和隔磁环这种方案极大的提高了磁场的利用率。

本发明设计合理，解决了以往隔振器的获得较大磁场强度难的问题，结构简单，安装方便，有较强的互换性，工作频率带宽广等优点，具有很好的实际应用与推广价值。

附图说明

图1表示本发明的整体结构图。

图2表示本发明的上盖结构图。

图3表示本发明的外缸筒结构图。

图4表示本发明的压缩杆结构图。

图5表示本发明引磁套环结构图。

图6表示本发明阻磁套环结构图。

图7表示本发明下缸盖结构图。

图8表示本发明磁芯结构图。

图中：1-加速度传感器，2-上缸盖，3-防尘圈，4-引磁套环，5-电磁线圈，6-外缸筒，6a-内隔板，7-下缸盖，7a-安装孔，8-阻磁套环，9-磁流变胶泥件，10-磁芯，11-下金属橡胶，12-上金属橡胶，13-压缩杆，13a-杆座，13b-杆体，14-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明实施例方案针对以磁流变液作为工作介质，以及磁流变弹性体作为工作介质的隔振器，公开了一种以磁流变胶泥作为工作部件，并以金属橡胶作为补偿的积极隔振装置，具体如下。

一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，包括：补偿部分、磁场发生器、磁流变胶泥、加速度传感器、控制器、外缸筒、上下端盖等部分组成，隔振器的补偿部分包括上下金属橡胶、压缩杆。磁场发生器包括纯铁磁芯和电磁线圈。具体结构如图1所示，外缸筒6底端通过螺纹结构安装下缸盖7（如图7所示），下缸盖7中心通过螺纹结构安装磁芯10，如图8所示，磁芯10外壁开有上下两个线圈凹槽，两个线圈凹槽内分别缠绕有电磁线圈5，磁芯10内设有线圈引线孔。位于下方的电磁线圈外安装有阻磁套环8（如图6所示），位于上方的电磁线圈外安装有引磁套环4（如图5所示），外缸筒6内壁和磁芯10之间安装磁流变胶泥件9；如图4所述，压缩杆13包括杆座13a和中间为阶梯状态的杆体13b。外缸筒6内壁设有内隔板6a（如图3所示，内隔板6a中心向四周倾斜，即中心高起），压缩杆13的杆体13b下部穿过内隔板6a的中孔后伸出，位于压缩杆13的杆座13a和内隔板6a之间安装下金属橡胶11，压缩杆13的杆座13a底面为圆环状、并正好位于磁流变胶泥件9上；压缩杆13的杆体13b上部通过螺纹结构安装上缸盖2（如图2所示），上缸盖2位于压缩杆13的杆体13b中部台阶处，上缸盖2与外缸筒6的内隔板6a之间安装上金属橡胶12，上缸盖2与外缸筒6之间设有防尘圈3，上缸盖2表面安装加速度传感器1；压缩杆13中心开有引线孔，电磁线圈5通过引线与控制器14连接。

具体实施时，隔振器的上缸盖为顶端带有圆形凸台，圆形凸台的两侧切去一部分便于连接固定，突起的顶端中心开有贯通式的螺纹孔。端盖上端的外侧开有安装加速度传感器的凹槽，端盖下部的内侧开有沟槽用来安装防尘圈，以防止使用过程中的灰尘进入隔振装置。

加速度传感器用于采集发动机振动的加速度信息，并将加速度信息传递给控制器进行处理。

控制器用于收集、处理发动机的振动加速度信息，并控制电磁线圈上电流的大小，进行磁场控制调节隔振器刚度以保证隔振器时刻处于隔振工作频率。

金属橡胶为中间带有通孔的弹性体。金属橡胶作为补偿介质，并且金属橡胶分为上下两个部分，均为多个薄的金属橡胶叠加使用，充分利用金属橡胶小位移、大载荷、高寿命的优势。

外缸筒内部带有一定角度的内隔板，用做支撑金属橡胶并受力。外缸筒的下侧外面带有螺纹用于连接下缸盖。

压缩杆由杆座和杆体一体构成，杆体中部设有台阶，压缩杆中心开有引线孔。

隔振器的磁芯外壁以相同间隔挖有两个线圈槽，在磁芯的上翼缘处开有导线孔，磁芯的中心部分开有导线孔，与磁芯下线圈槽的侧面开的导线孔相同。两个线圈接通以相反方向的电流。

引磁套环是一个截面为直角梯形的圆环，材料为DT4，可以起到增强磁场强度的作用。

阻磁套环是一个截面为等腰梯形的圆环，材料为隔磁材料，以防止使用引磁套环后直接形成磁回路。

隔振器的下缸盖是一个下端为正方体，在正方体的四个顶角上开有安装孔，在正方体的中心上是一个内部为台阶的圆柱体，外台阶带有内螺纹，用于连接外缸筒；内台阶带有内螺纹，用于安装磁芯。

装配时，将下金属橡胶11安装在压缩杆13的底座上，将上金属橡胶安置在外缸筒6的内隔板上，在上缸盖2的内沟槽上安置防尘圈3，将压缩杆13穿过外缸筒6的内隔板上的中孔，压缩杆13上端的外螺纹与上盖2的中孔的内螺纹配合旋紧。在磁芯10上缠绕好电磁线圈5，并安装好引磁套环4和阻磁套环8后与下缸盖7的内螺纹相配合，将金属橡胶9套进磁芯10中，最后将下盖7与外缸筒6相配合。

工作时，发动机振动带动上缸盖2振动，从而传感器1采集到振动的加速度信号并将信号传递给控制器14，控制器14对信号进行处理并控制电磁线圈5上的电流的输出，从而电磁线圈5产生磁场，通过使用引磁套环4和阻磁套环8增加了磁流胶泥9内的磁场强度（通过在两极线圈中设计的线圈缠绕方式相同，利用右手安培定则进行磁场分析，当两线圈通上相同方向的电流时会使得两线圈在中间翼缘处产生的磁场方向相反，相互抵消使得此处的磁感应强度比较低，当两线圈的电流方向相反时则在中间翼缘处产生的磁场方向相同，磁场得以加强，之所以选用本设计，是经过多次讨论分析，仿真验证后的结论）。当上缸盖2振动在压缩上金属橡胶12振动的同时也带动压缩杆13压缩磁流变弹性体9，从而起到隔振作用，由于磁流变弹性体9的刚度随着弹性体内的磁场强度也就电流的改变而改变，从而达到较宽的振动频率的主动隔振。

以上具体实施例仅对本发明做示例性的说明，该实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，其特征在于：包括上缸盖（2）、外缸筒（6）、下缸盖（7）及压缩杆（13），所述外缸筒（6）底端通过螺纹结构安装下缸盖（7），所述下缸盖（7）中心通过螺纹结构安装磁芯（10），所述磁芯（10）外壁开有上下两个线圈凹槽，所述线圈凹槽内缠绕有电磁线圈（5），所述磁芯（10）内设有线圈引线孔，位于下方的电磁线圈外装有阻磁套环（8），位于上方的电磁线圈外装有引磁套环（4），所述外缸筒（6）内壁和磁芯（10）之间安装磁流变胶泥件（9）；所述压缩杆（13）包括杆座（13a）和中间为阶梯状态的杆体（13b），所述外缸筒（6）内壁设有内隔板（6a），所述压缩杆（13）的杆体（13b）下部穿过内隔板（6a）的中孔后伸出，位于压缩杆（13）的杆座（13a）和内隔板（6a）之间安装下金属橡胶（11），所述压缩杆（13）的杆座（13a）底面为圆环状、并正好位于磁流变胶泥件（9）上；所述压缩杆（13）的杆体（13b）上部通过螺纹结构安装上缸盖（2），所述上缸盖（2）位于压缩杆（13）的杆体（13b）中部台阶处，所述上缸盖（2）与外缸筒（6）的内隔板（6a）之间安装上金属橡胶（12），所述上缸盖（2）与外缸筒（6）之前设有防尘圈（3），所述上缸盖（2）表面安装加速度传感器（1）；所述压缩杆（13）中心开有引线孔，所述电磁线圈（5）通过引线与控制器（14）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，其特征在于：所述引磁套环（4）的截面为直角梯形，材料为DT4；所述阻磁套环（8）的截面为等腰梯形，材料为隔磁材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于磁流变胶泥与金属橡胶复合的主动式隔振器，其特征在于：所述外缸筒（6）的内隔板（6a）中心向四周倾斜。

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