CN110081116A - 一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，涉及一种磁流变阻尼器。活塞杆上套装有活塞头，活塞头外有中间磁极，中间磁极两端与径向磁极连接，径向磁极外有环形磁极，环形磁极与绕线筒连接，绕且与上端盖和下端盖连接，线筒在中间磁极外侧，且均缠绕有励磁线圈；外套筒在环形磁极外侧，上端盖有注液孔槽，中间磁极与上端盖和下端盖及活塞头形成上腔室和下腔室，下端盖与缸基座连接，上端盖和下端盖套装在活塞杆外侧且相对面与环形磁极的凸台贴合，活塞杆上端伸出至上端盖外，下端伸出至下端盖外并设在缸基座内。本发明节流通道更长，可产生更大的阻尼力，外形更小，占用空间小，适合要求严格的领域，降低了制造成本。

Description

一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其是一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，属于减震系统技术领域。

背景技术

磁流变液作为一种智能材料，是一种在外加磁场作用下其黏性、塑性等流变特性发生急剧变化的材料。在磁场作用下，磁流变液可在瞬间(毫秒量级)由流动性良好的牛顿流体转变为半固体，呈现可控的屈服强度，并且这种变化是连续、可逆和可控的。基于磁流变原理制成的磁流变阻尼器是磁流变液应用最广泛的一种器件。磁流变阻尼器具有结构简单、可靠性高、出力大以及能耗低等优点，是一种具有广泛应用前景的半主动控制作动件。通过一定的控制律，基于磁流变阻尼器的半主动控制系统即具有主动系统的强适应性，又具有被动控制系统的高可靠性，可应用于汽车、航空航天、桥梁、建筑等领域。

根据单自由度隔振系统的幅频特性曲线可知，在共振区内随着阻尼的增加系统振幅传递率会逐步降低，而在隔离区内随着阻尼力的增加系统振幅传递率也会增大。所以在实际的工程应用中为了降低系统的振动传递需要阻尼器在共振区提供较大阻尼力，而在隔离区提供较小阻尼力。这就要求阻尼器能够在供电时较大阻尼力的同时还需要具有较小的零场阻尼力。

现有的磁流变阻尼器由缸体、活塞、活塞杆以及可以产生磁场的励磁线圈组成，活塞上设计有可以缠绕励磁线圈的绕线凹槽。这种设计使磁流变阻尼器采用单一的环形节流通道，节流通道位于活塞内部或者活塞与缸体之间。整个阀芯作为活塞工作，活塞面积较大。阻尼器工作时，液体流经节流通道，在外加电流的作用下，磁场垂直穿过节流通道，通过改变外加电流来控制节流通道内的磁流变液的屈服强度。但这种采用单一节流通道的设计其有效通道长度较短，活塞面积大，零场阻尼力较大而通电状态下的阻尼力较小。

发明内容

本发明的目的在于为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，包括活塞杆、活塞头、上端盖、下端盖、中间磁极、外套筒、缸基座、两个径向磁极、两个环形磁极、两个绕线筒以及两个励磁线圈，所述中间磁极、两个径向磁极以及两个环形磁极均为圆环体结构，中间磁极外圆周面中部设有环形凸起，中间磁极的两端面沿轴向分别设有多个安装盲孔，每个所述径向磁极的一端面均沿其圆周方向设有多个定位槽，每个所述环形磁极的一端面均沿其圆周方向设有多个凸台，每个环形磁极的另一端面中部设有圆形凹槽，所述活塞杆的阶梯端面上可拆卸固定套装有活塞头，所述活塞头的外侧紧密地套装有中间磁极，所述中间磁极的两端分别与对应的径向磁极定位固定连接，每个所述径向磁极外均环套装有环形磁极，每个所述环形磁极的圆形凹槽分别与对应的绕线筒的安装端固定连接，两个所述绕线筒分别紧密地套装在中间磁极的外侧，并设置在所述环形凸起的两侧，每个所述绕线筒上均缠绕有励磁线圈；所述外套筒环套装在两个环形磁极的外侧，外套筒外圆周面的两端分别与上端盖和下端盖锁紧固定连接，所述上端盖的上表面设有多个注液孔槽，中间磁极与上端盖和下端盖以及活塞头配合形成上腔室和下腔室，用于注入磁流变液体，所述下端盖与缸基座锁紧固定连接，所述上端盖和下端盖紧密地套装在活塞杆的外侧且相对面分别与对应的环形磁极的多个凸台紧密贴合，所述活塞杆的上端伸出至上端盖外，活塞杆的下端伸出至下端盖外并设置在缸基座内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、与现有的磁流变阻尼器相比，本发明提出的阻尼器将装有磁流变液的两个腔室置于阀芯机构内部，因此本发明提出的阻尼器不用安装体积庞大的磁流变液腔室，减小了阻尼器的体积，并且阻尼器的轴向总长度仅相当于常规阻尼器的阀芯长度，因此该磁流变阻尼器其外形尺寸更小，占用空间小，特别适合航空航天、舰船等空间尺寸要求严格的领域。

2、本发明提出的阻尼器采用活塞内置方案，磁流变阻尼器在工作时所受到的阻尼力由粘滞阻尼力和剪切阻尼力两部分组成，其中粘滞阻尼力部分对活塞表面积较敏感，该发明提出的阻尼器活塞表面积较小，因此所产生的粘滞阻尼力较小，在励磁线圈未通电状态下可以提供较小的阻尼力；同时相较于体积相同的现有的磁流变阻尼器，在励磁线圈通电情况下，该发明提供的磁流变阻尼器采用多个节流通道，液体流过的节流通道更长，在通电状态下可产生更大的阻尼力，因此本发明所提出的磁流变阻尼器可以提供更宽的阻尼调节范围。

3、本发明提出的磁流变阻尼器将装有磁流变液的两个腔室置于阀芯机构内部，其腔室体积较小，而磁流变液体造价高昂，这一设计可以大大降低磁流变液体的用量，从而大大降低磁流变阻尼器的制造成本。

附图说明

图1是本发明的具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器的结构示意图；

图2是径向磁极主视图；

图3是图2的H-H剖视图；

图4是环形磁极主视图；

图5是图4的J-J剖视图；

图6是中间磁极主视图；

图7是图6的K-K剖视图；

图8是磁流变液节流通道示意图，为了表示清晰，未对一侧的定位销进行绘制；

图9是励磁线圈通电时磁力线分布示意图，为了表示清晰，未对一侧的定位销进行绘制。

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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。

具体实施方式一：如图1~图9所示，本发明公开了一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，包括活塞杆1、活塞头2、上端盖3-1、下端盖3-2、中间磁极5、外套筒11、缸基座14、两个径向磁极6、两个环形磁极8、两个绕线筒9以及两个励磁线圈10，所述中间磁极5、两个径向磁极6以及两个环形磁极8均为圆环体结构，中间磁极5外圆周面中部设有环形凸起F，中间磁极5的两端面沿轴向分别设有多个（四个）安装盲孔D，每个所述径向磁极6的一端面均沿其圆周方向设有多个（四个）定位槽L，每个所述环形磁极8的一端面均沿其圆周方向设有多个（四个）凸台C，每个环形磁极8的另一端面中部设有圆形凹槽G，所述活塞杆1采用阶梯轴轮廓活塞杆，活塞杆1的阶梯端面上可拆卸固定套装有活塞头2（活塞杆1的阶梯端面上紧密套装有活塞头2和锁紧螺母4，活塞杆1紧邻阶梯端面设有与锁紧螺母4的内螺纹相匹配的外螺纹，通过锁紧螺母4与活塞杆1外螺纹的锁紧配合实现活塞头2与活塞杆1的可拆卸固定连接），所述活塞头2的外侧紧密地套装有中间磁极5，所述中间磁极5的两端分别与对应的径向磁极6定位固定连接（每个径向磁极6的四个定位槽L分别与对应的四个定位销7的安装端固定连接，两个径向磁极6均通过其上的四个定位销7插入对应的安装盲孔D的方式与中间磁极5进行定位固定连接，两个径向磁极6与中间磁极5的两端之间分别设有四个垫片13，八个所述垫片13分别套装在对应的定位销7上），每个所述径向磁极6外均环套装有环形磁极8，每个所述环形磁极8的圆形凹槽G分别与对应的绕线筒9的安装端固定连接，实现两个环形磁极8的定位；两个所述绕线筒9分别紧密地套装在中间磁极5的外侧，并设置在所述环形凸起F的两侧，每个所述绕线筒9上均缠绕有励磁线圈10；所述外套筒11环套装在两个环形磁极8的外侧，外套筒11外圆周面的两端分别与上端盖3-1和下端盖3-2通过螺纹连接的方式锁紧固定连接，所述上端盖3-1的上表面设有多个（两个）注液孔槽E，中间磁极12与上端盖3-1和下端盖3-2以及活塞头2配合形成上腔室A和下腔室B，用于注入磁流变液体，磁流变液体从两个注液孔槽E注入两个腔室内，在正常工作状态下两个注液孔槽E均处于封闭状态，同时两个励磁线圈10的导线也从对应的注液孔槽E处引出，所述下端盖3-2与缸基座14的上端通过螺纹连接的方式锁紧固定连接，所述缸基座14的下端与待隔振刚性件连接；所述上端盖3-1和下端盖3-2紧密地套装在活塞杆1的外侧且相对面分别与对应的环形磁极8的多个（四个）凸台C紧密贴合，四个凸台C避免上端盖3-1以及下端盖3-2与对应的环形磁极8紧密贴合，使上端盖3-1以及下端盖3-2与对应的环形磁极8之间形成的间隙构成液体节流通道的一部分，为了保证磁力线尽可能的穿越间隙，两个环形磁极8采用高磁导率的软磁材料制成，中间磁极5、外套筒11和两个径向磁极6由导磁材料制成，除中间磁极5、外套筒11、两个径向磁极6以及两个环形磁极8外其余零件均由非导磁材料制成；所述活塞杆1的上端伸出至上端盖3-1外，活塞杆1的下端伸出至下端盖3-2外并设置在缸基座14内。

具体实施方式二：如图1、8、9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述活塞头2与活塞杆1之间设有活塞内侧密封圈12-1，实现上腔室A和下腔室B的隔离；活塞头2与中间磁极5之间设有活塞外侧密封圈12-2，活塞杆1与活塞头2之间通过活塞内侧密封圈12-1实现静密封，活塞头2与中间磁极5形成的上腔室A和下腔室B通过活塞外侧密封圈12-2实现动密封。

具体实施方式三：如图1、8、9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述外套筒11与上端盖3-1之间设有上端盖外套筒密封圈12-3，外套筒11与下端盖3-2之间设有下端盖外套筒密封圈12-4，防止磁流变液体泄露。

具体实施方式四：如图1、8、9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述活塞杆1与上端盖3-1之间设有至少一个活塞杆上端盖密封圈12-5，活塞杆1与下端盖3-2之间设有至少一个活塞杆下端盖密封圈12-6，防止磁流变液体从活塞杆1与上端盖3-1以及下端盖3-2配合处泄露。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述每个径向磁极6的多个（四个）定位槽L均沿各自端面的圆周方向等角度设置。

具体实施方式六：如图6所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述中间磁极5每个端面的多个（四个）安装盲孔D均沿各自端面的圆周方向等角度设置。

具体实施方式七：如图4所示，本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式六中任一具体实施方式作出的进一步说明，所述每个环形磁极8一端面的多个（四个）凸台C均沿各自端面的圆周方向等角度设置。

本发明的中间磁极5、外套筒11、两个径向磁极6、两个环向磁极8、两个绕线筒9、两个励磁线圈10以及用以定位的八个定位销7和八个垫片13组成阀芯机构，活塞杆1、活塞头2、锁紧螺母4、活塞内侧密封圈12-1以及活塞外侧密封圈12-2组成活塞机构，活塞机构滑动设置在阀芯机构内，其中活塞头2的表面积较小，实现在励磁线圈10未通电状态下的低阻尼状态。

如图4所示，本发明的液体节流通道由五部分组成，分别是径向节流通道一、径向节流通道二、内环形节流通道一、内环形节流通道二和外环形节流通道。其中：中间磁极5与位于下端的径向磁极6构成径向节流通道一；中间磁极5与位于上端的径向磁极6构成径向节流通道二；位于下端的环形磁极8内壁与位于下端的径向磁极6外壁处的间隙构成内环形节流通道一；位于上端的环形磁极8内壁与位于上端的径向磁极6外壁处的间隙构成内环形节流通道二；外套筒11内壁与中间磁极5的外壁、两个环形磁极8外壁、两个绕线筒9外壁以及两个励磁线圈10的外壁构成外环形节流通道。以活塞头2向下端移动为例，磁流变液体从上腔室A依次流经径向节流通道一、内环形节流通道一、外环形节流通道、内环形节流通道二、径向节流通道二最终流入下腔室B，五部分节流通道形成了磁流变液在上腔室A与下腔室B间的闭合节流通道回路。

如图5所示，为本发明的两个励磁线圈10通电时磁力线分布示意图，根据右手螺旋定则，在两个励磁线圈10通电情况下，在其周围将产生如图5所示的磁场，磁感线将垂直穿过各液体节流通道，在液体节流通道内的磁流变液体将从牛顿流体状态变为半固体状态，剪切强度大大增加，致使磁流变液体在节流通道内流动时所受到的阻力大大增加，并且液体所受到的阻力与磁场强度成正相关，可以通过调节两个励磁线圈10中电流的大小来控制磁场的强弱，进而实现对阻尼力大小的调节。实现了通过调节流经两个励磁线圈10的电流来调整磁流变阻尼器提供阻尼力大小的目的。

本发明所涉及的磁流变阻尼器采用活塞内置方案，大大压缩了阻尼器的整体尺寸，并且较小的活塞表面积减小了磁流变阻尼器的粘滞阻尼力，本发明体积小、结构紧凑、在通入电流时能够提供较大的阻尼力和在未通电状态下可以提供较小的阻尼力。因此本发明具有较宽的阻尼力可调范围，特别适用于航空航天、汽车、土木等领域。

本发明是一种结构紧凑、供电时输出的阻尼力更大以及未通电状态下阻尼力小的磁流变阻尼器，利于拓宽磁流变阻尼器工程应用范围。解决了现有磁流变阻尼器在有限的尺寸下，输出最大阻尼力较小且零场阻尼力较大的问题。在原有磁流变阻尼器的基础上增加了两种液体节流通道，增加了磁流变阻尼器的可控阻尼力，采用活塞内置方案，减小了未通电流时的阻尼力并减小了阻尼器的轴向尺寸。将装有磁流变液的两个腔室置于阀芯机构内部，压缩了整个装置的体积，同时液体腔室的体积也进行了压缩，大大降低了磁流变液体的使用量。

本发明的工作原理如下：以活塞头2向下运动为例，在未通电状态下，磁流变液体为牛顿流体状态，剪切强度较小，上腔室A的磁流变液体受到挤压依次流过径向节流通道一、内环形节流通道一、外环形节流通道、内环形节流通道二以及径向节流通道二流入下腔室B。在未通电的情况下由于液体本身具有一定的黏性，因此在液体流动过程中会受到粘滞阻尼力，该阻尼力对活塞面积比较敏感，由于本发明提供的磁流变阻尼器活塞内置，其活塞表面积较小，因此在未通电情况下，液体所受到的粘滞阻尼力较小，提供的阻尼力也较小；在通电状态下，节流通道内部的磁流变液体的磁性颗粒相互连接形成磁链，而液体也从牛顿流体状态变为半固体状态，液体的剪切强度大大增加，且剪切强度与励磁线圈内的电流大小成正相关，可以通过调节电流大小来控制液体所受阻尼力的大小。本发明的磁流变阻尼器较现有的磁流变阻尼器拥有多个磁流变液节流通道，更长的有效节流通道，在通电的情况下可以提供更大的剪切阻尼力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，包括活塞杆（1）、活塞头（2）、上端盖（3-1）、下端盖（3-2）、外套筒（11）、缸基座（14）、两个绕线筒（9）以及两个励磁线圈（10），其特征在于：所述磁流变阻尼器还包括中间磁极（5）、两个径向磁极（6）以及两个环形磁极（8），所述中间磁极（5）、两个径向磁极（6）以及两个环形磁极（8）均为圆环体结构，中间磁极（5）外圆周面中部设有环形凸起（F），中间磁极（5）的两端面沿轴向分别设有多个安装盲孔（D），每个所述径向磁极（6）的一端面均沿其圆周方向设有多个定位槽（L），每个所述环形磁极（8）的一端面均沿其圆周方向设有多个凸台（C），每个环形磁极（8）的另一端面中部均设有圆形凹槽（G），所述活塞杆（1）的阶梯端面上可拆卸固定套装有活塞头（2），所述活塞头（2）的外侧紧密地套装有中间磁极（5），所述中间磁极（5）的两端分别与对应的径向磁极（6）定位固定连接，每个所述径向磁极（6）外均环套装有环形磁极（8），每个所述环形磁极（8）的圆形凹槽（G）分别与对应的绕线筒（9）的安装端固定连接，两个所述绕线筒（9）分别紧密地套装在中间磁极（5）的外侧，并设置在所述环形凸起（F）的两侧，每个所述绕线筒（9）上均缠绕有励磁线圈（10）；所述外套筒（11）环套装在两个环形磁极（8）的外侧，外套筒（11）外圆周面的两端分别与上端盖（3-1）和下端盖（3-2）锁紧固定连接，所述上端盖（3-1）的上表面设有多个注液孔槽（E），中间磁极（12）与上端盖（3-1）和下端盖（3-2）以及活塞头（2）配合形成上腔室（A）和下腔室（B），用于注入磁流变液体，所述下端盖（3-2）与缸基座（14）锁紧固定连接，所述上端盖（3-1）和下端盖（3-2）紧密地套装在活塞杆（1）的外侧且相对面分别与对应的环形磁极（8）的多个凸台（C）紧密贴合，所述活塞杆（1）的上端伸出至上端盖（3-1）外，活塞杆（1）的下端伸出至下端盖（3-2）外并设置在缸基座（14）内。

2.根据权利要求1所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞头（2）与活塞杆（1）之间设有活塞内侧密封圈（12-1），活塞头（2）与中间磁极（5）之间设有活塞外侧密封圈（12-2）。

3.根据权利要求1所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述外套筒（11）与上端盖（3-1）之间设有上端盖外套筒密封圈（12-3），外套筒（11）与下端盖（3-2）之间设有下端盖外套筒密封圈（12-4）。

4.根据权利要求1所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞杆（1）与上端盖（3-1）之间设有至少一个活塞杆上端盖密封圈（12-5），活塞杆（1）与下端盖（3-2）之间设有至少一个活塞杆下端盖密封圈（12-6）。

5.根据权利要求1所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述每个径向磁极（6）的多个定位槽（L）均沿各自端面的圆周方向等角度设置。

6.根据权利要求1所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述中间磁极（5）每个端面的多个安装盲孔（D）均沿各自端面的圆周方向等角度设置。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种具有较宽阻尼调节范围的磁流变阻尼器，其特征在于：所述每个环形磁极（8）一端面的多个凸台（C）均沿各自端面的圆周方向等角度设置。