CN110259872B - 磁流变变惯量变阻尼扭转减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，包括变惯量组件和变阻尼组件；变惯量组件包括左端盖、右端盖、磁性颗粒载液、外活塞以及设置于外活塞上的惯量励磁线圈；变阻尼组件连接设置于外活塞内，变阻尼组件包括内活塞、磁流变液、励磁线圈以及叶轮；本技术方案的扭转减振器通过两个不同结构参数的叶轮，以及不同的安装方式(同向安装或反向安装)以及阻尼通道设置，使磁流变阻尼器在工作区域同时实现挤压增强效应与螺旋流动效应；结合栅格式磁场发生装置与磁性颗粒以及变惯量组件本身具有的惯性环效果实现变惯量效应。最终共同实现惯量与阻尼半主动式可调效果，以解决不同工况下动力传动系统对阻尼和转动惯量的不同需求。

Description

磁流变变惯量变阻尼扭转减振器

技术领域

本发明涉及扭转减振器领域，具体涉及一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器。

背景技术

现有的被动调节技术多采用单阻尼可调或单惯量可调，而半主动式阻尼可调(电流变、磁流变等)研究较为多见，有限空间内实现阻尼的进一步提高研究也较为少见。惯量可调技术也多为被动调节技术(双质量飞轮等)，而半主动式阻尼与惯量同时可调技术极为少见。

扭转减振器作为动力传动系统中的重要组成部分，在降低扭转振动，减小动力源所带来的负面影响等方面起到至关重要的作用，具有广泛的应用前景，如汽车传动系统、潜艇与轮船的动力传动系统等，在动力传动过程中，需要扭转减振器降低启动、加速、匀速、怠速等状态下的不同频率、不同阶次的振动，减小冲击对设备的影响。

动力传动系统具有多阶模态，各阶模态的主谐次不尽相同，在不同的工况下对阻尼和转动惯量的需求是不同的，如启动时，希望系统有大的阻尼和小的转动惯量，这样可以抑制过大的振幅并使启动迅速。显然，被动减振调节技术无法满足这种需求，惯量和阻尼自适应控制是解决目前动力传动系统多谐扭转振动问题的有效途径。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，通过两个不同结构参数的叶轮，以及不同的安装方式(同向安装或反向安装)以及阻尼通道设置，使磁流变阻尼器在工作区域同时实现挤压增强效应与螺旋流动效应；结合栅格式磁场发生装置与磁性颗粒以及变惯量组件本身具有的惯性环效果实现变惯量效应。最终共同实现惯量与阻尼半主动式可调效果，以解决不同工况下动力传动系统对阻尼和转动惯量的不同需求。

一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，包括变惯量组件和变阻尼组件；所述变惯量组件包括左端盖、右端盖、磁性颗粒载液、外活塞以及设置于外活塞上的惯量励磁线圈；所述外活塞与左、右端盖之间形成有密闭的第一容纳腔，磁性颗粒载液布置于所述第一容纳腔内；所述外活塞整体呈空心圆柱结构；所述变阻尼组件转动连接设置于外活塞内，所述变阻尼组件包括内活塞、磁流变液、外套于内活塞外圆周方向上的励磁线圈以及至少两个且分别设置于励磁线圈左右两侧的叶轮；所述内活塞上设置有带有出口和入口的阻尼通道，叶轮设置于所述阻尼通道的出口和入口之间；所述内活塞上设置有密封组件，所述叶轮设置于密封组件之间；密封组件、阻尼通道和外活塞的内壁之间形成有可供磁流变液循环流动的磁流变液容纳腔。

进一步，所述外活塞沿外圆周向方向开设有多个环槽，所述环槽平行等间距均匀分布于外活塞外圆周上。

进一步，所述左端盖、右端盖均与外活塞固定连接，环槽内均设置有所述惯量励磁线圈。

进一步，所述内活塞整体呈空心的阶梯轴结构，所述内活塞最大外径小于外活塞最小内径，所述内活塞上设置有向内活塞径向方向凹陷的环状内凹槽，所述阻尼励磁线圈外套于环状内凹槽。

进一步，所述阻尼通道的出口和入口均设置于密封组件与叶轮之间，所述内活塞两端均设置有轴承，所述轴承轴向贴合设置于密封组件端面；轴承的端面上设置有用于对轴承轴向限位的第一弹性挡圈。

进一步，所述叶轮可采用相互平行的安装方式或者相对于环状内凹槽对称布置的方式安装于内活塞上。

进一步，所述外活塞的内壁上设置有内凹安装槽，所述内凹安装槽上设置有与叶轮配合使用的耐磨环，所述内活塞上设置有轴向限位安装槽，所述轴向限位安装槽内设置有对叶轮轴向限位的第二弹性挡圈。

进一步，所述外活塞与左端盖和右端盖之间均设置有O型密封圈。

进一步，所述内活塞内设置有驱动内活塞转动的输入轴，所述输入轴上设置有电滑环，所述阻尼励磁线圈和惯量励磁线圈通过电滑环与外部电源接通。

本发明的有益效果是：本发明提供一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，通过对称设置双叶轮结构，实现磁流变液挤压增强效应，提高变阻尼部分的输出扭矩，调整双叶轮的参数，结合阻尼通道，可以实现磁流变液的螺旋流动模式，进一步提高变阻尼部分的输出扭矩，利用阻尼部分的扭矩带动外部变惯量部分，实现惯性环功能，利用栅格以及励磁线圈，实现磁场的引入，用以吸引铁磁颗粒在栅格间形成稳定的链状结构，易于控制，通过改变颗粒群的质量分布，实现半主动式变惯量功能。

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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的右视图；

图4为本发明中叶轮结构示意图。

附图标记

内活塞1；叶轮2；油封3；轴承4；左端盖5；磁性颗粒载液6；外活塞7；惯量励磁线圈8；耐磨环9；第二弹性挡圈10；O型密封圈11；螺钉12；右端盖13；第一弹性挡圈14；阻尼励磁线圈15；磁流变液16；阻尼通道17；右导电环18；输入轴19；左导电环20。

具体实施方式

图1为本发明整体结构示意图，如图所示，一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，包括变惯量组件和变阻尼组件；所述变惯量组件包括左端盖5、右端盖13、磁性颗粒载液6、外活塞7以及设置于外活塞7上的惯量励磁线圈8；所述外活塞7与左、右端盖之间形成有密闭的第一容纳腔，磁性颗粒载液6布置于所述第一容纳腔内；所述外活塞7整体呈空心圆柱结构；所述变阻尼组件转动连接设置于外活塞内，所述变阻尼组件包括内活塞1、磁流变液16、外套于内活塞外圆周方向上的阻尼励磁线圈15以及至少两个且分别设置于阻尼励磁线圈15左右两侧(左右即图1中的左和右两个方向)的叶轮2；所述内活塞上设置有带有出口和入口的阻尼通道17，叶轮2设置于所述阻尼通道的出口和入口之间；所述内活塞上设置有密封组件，所述叶轮2设置于密封组件之间；密封组件、阻尼通道17和外活塞7的内壁之间形成有可供磁流变液循环流动的磁流变液容纳腔；本技术方案的变阻尼扭转减振器通过设置的叶轮结构，实现磁流变液挤压增强效应，提高变阻尼部分的输出扭矩，调整叶轮的参数，结合阻尼通道，可以实现磁流变液的螺旋流动模式，进一步提高变阻尼部分的输出扭矩，利用阻尼部分的扭矩带动外部变惯量部分，实现惯性环功能，利用栅格以及励磁线圈，实现磁场的引入，用以吸引铁磁颗粒在栅格间形成稳定的链状结构，易于控制，通过改变颗粒群的质量分布，实现半主动式变惯量功能。

本实施例中，所述外活塞7沿外圆周向方向开设有多个环槽，所述环槽平行等间距均匀分布于外活塞外圆周上；外活塞7整体呈空心圆柱结构，柱状的空心位置用于安装变阻尼组件，柱状的外圆周方向沿着外活塞7的轴向方向开设有多个平行等间距的环槽结构，所述左端盖5、右端盖13均与外活塞7固定连接，环槽内均设置有所述惯量励磁线圈8；外活塞7左侧通过螺钉旋合与左端盖5连接，外活塞7右侧同理与右端盖13进行连接与密封，每个凹槽内由同一根惯量励磁线圈8均匀绕制，绕向也均相同，外活塞7与左端盖5、右端盖13围成的第一容纳腔内填充有磁性颗粒载液6(即液体内含有磁性颗粒)；不加磁场时随机均匀分布在第一容纳腔内。

本实施例中，所述内活塞1整体呈空心的阶梯轴结构，所述内活塞1最大外径小于外活塞7最小内径，所述内活塞1上设置有向内活塞径向方向凹陷的环状内凹槽，所述阻尼励磁线圈15外套于环状内凹槽，内活塞1整体呈阶梯轴结构且内活塞轴向方向设置有通孔，通孔用于与其他传动结构配合安装使用，环状内凹槽设置于内活塞1的中间位置，阻尼励磁线圈15均匀缠绕在环状内凹槽内，内活塞1最大外径小于外活塞7最小内径方便于磁流变液16进行循环流动。

本实施例中，所述阻尼通道17的出口和入口均设置于密封组件与叶轮2之间，所述内活塞1两端均设置有轴承4，所述轴承4轴向贴合设置于密封组件端面；轴承4的端面上设置有用于对轴承轴向限位的第一弹性挡圈14，即如图1所示内活塞左端面到内活塞中间依次布置有轴承4(优选的采用深沟球轴承)、密封组件即油封3(优选的采用骨架油封)、磁流变液容纳腔、阻尼通道17的出口(或者入口)、叶轮2、环状内凹槽，内活塞右端面到内活塞中间结构与左端面到内活塞中间布置结构相同，左右油封之间的所有间隙、以及阻尼通道17内部充满磁流变液16，骨架油封的设置确保磁流变液16不会发生泄漏，同时由于内活塞1整体结构呈阶梯轴的结构，方便于各个部件的安装，同时使其整体结构更加紧凑。

本实施例中，所述叶轮2可采用相互平行的安装方式或者相对于环状内凹槽对称布置的方式安装于内活塞上，叶轮的旋向(面对面安装或同向依次安装)与参数(叶片倾斜角度等)配合，叶轮的参数不同会使得磁流变液流动效果不同，叶轮2采用偶数个且均匀布置在环状内凹槽的左右两侧(优选的设计为两个)，用以推动磁流变液流动，实现挤压增强与螺旋流动效应，实现所需要的阻尼力矩。

本实施例中，所述外活塞7的内壁上设置有内凹安装槽，所述内凹安装槽上设置有与叶轮2配合使用的耐磨环9(耐磨环9优选的采用聚四氟乙烯)，所述内活塞上设置有轴向限位安装槽，所述轴向限位安装槽内设置有对叶轮轴向限位的第二弹性挡圈10，耐磨环9与叶轮2的页面紧密贴合，以减小配合间隙，提高叶轮2的工作效果。

本实施例中，所述外活塞7与左端盖5和右端盖13之间均设置有O型密封圈11，O型密封圈11的设置确保内部液体不会渗出，提升装置的密封性。

本实施例中，所述内活塞1内设置有驱动内活塞1转动的输入轴19，所述输入轴19上设置有电滑环，所述阻尼励磁线圈18和惯量励磁线圈8通过电滑环与外部电源接通，右导电环18和左导电环20分别将对应的励磁线圈通过导线连接到外部电源。

设备工作原理如下：

当阻尼励磁线圈15与惯量励磁线圈8均不通电时，阻尼部分没有磁流变阻尼产生，仅有液体的粘滞阻尼力(较小)，变惯量部分不发生转动；此时整个装置的转动惯量即为阻尼部分自身不可变转动惯量。

随着阻尼励磁线圈15通电并不断加大，施加在外活塞7上的磁流变阻尼力不断增加，拖动惯量部分随之转动，此时转动惯量由于变惯量部分的引入逐渐增大。当惯量励磁线圈8通电时，铁磁颗粒会被栅格之间的栅片吸引，从而改变了铁磁性颗粒的空间分布，进一步改变了整个装置的转动惯量。

叶轮2与阻尼通道17的引入使得阻尼力矩可以进一步提高。当变阻尼部分与变惯量部分同转速时，变阻尼部分的磁流变液不发生流动，处于稳定工作状态。而当两部分存在转速差时，在叶轮叶片的推动下，使得磁流变液发生流动，磁流变液处于螺旋流动模式，由于叶轮的推动以及阻尼通道的节流效应影响，使得磁流变液工作区域的压强增高，增大了阻尼力矩。同时，通过双叶轮的旋向(面对面安装或同向依次安装)与参数(叶片倾斜角度等)配合，可以进一步实现压强增高，增大阻尼力矩。此外，由于阻尼通道17的存在，若压强过大时，阻尼通道也兼具有泄压通道的功能，确保叶片等不受损坏。

当整个装置处于旋转状态时，传统电磁铁由于磁感线悬置过长，颗粒成链无支承，使得铁磁性颗粒极易被甩出，变惯量效果较差。而引入栅格栅片(即外活塞7周向平行设置的栅片)结构后，磁感线依次穿过每一片栅片，使得栅片之间均匀附着有粒链，也就意味着所有颗粒形成的粒链有栅片支承，更有利于保持粒链的稳定，有利于增强变惯量效果。

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 (8)

1.一种磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：包括变惯量组件和变阻尼组件；所述变惯量组件包括左端盖、右端盖、磁性颗粒载液、外活塞以及设置于外活塞上的惯量励磁线圈；所述外活塞与左、右端盖之间形成有密闭的第一容纳腔，磁性颗粒载液布置于所述第一容纳腔内；所述外活塞整体呈空心圆柱结构；

所述变阻尼组件连接设置于外活塞内，所述变阻尼组件包括内活塞、磁流变液、外套于内活塞外圆周方向上的阻尼励磁线圈以及至少两个且分别设置于阻尼励磁线圈左右两侧的叶轮；所述内活塞上设置有带有出口和入口的阻尼通道，叶轮设置于所述阻尼通道的出口和入口之间；所述内活塞上设置有密封组件，所述叶轮设置于密封组件之间；密封组件、阻尼通道和外活塞的内壁之间形成有可供磁流变液循环流动的磁流变液容纳腔；

所述外活塞沿外圆周向方向开设有多个环槽，所述环槽平行等间距均匀分布于外活塞外圆周上。

2.根据权利要求1所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述左端盖、右端盖均与外活塞固定连接，环槽内均设置有所述惯量励磁线圈。

3.根据权利要求1所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述内活塞整体呈空心的阶梯轴结构，所述内活塞最大外径小于外活塞最小内径，所述内活塞上设置有向内活塞径向方向凹陷的环状内凹槽，所述阻尼励磁线圈外套于环状内凹槽。

4.根据权利要求3所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述阻尼通道的出口和入口均设置于密封组件与叶轮之间，所述内活塞两端均设置有轴承，所述轴承轴向贴合设置于密封组件端面；轴承的端面上设置有用于对轴承轴向限位的第一弹性挡圈。

5.根据权利要求3所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述叶轮可采用相互平行的安装方式或者相对于环状内凹槽对称布置的方式安装于内活塞上。

6.根据权利要求2所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述外活塞的内壁上设置有内凹安装槽，所述内凹安装槽上设置有与叶轮配合使用的耐磨环，所述内活塞上设置有轴向限位安装槽，所述轴向限位安装槽内设置有对叶轮轴向限位的第二弹性挡圈。

7.根据权利要求6所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述外活塞与左端盖和右端盖之间均设置有O型密封圈。

8.根据权利要求7所述的磁流变变惯量变阻尼扭转减振器，其特征在于：所述内活塞内设置有驱动内活塞转动的输入轴，所述输入轴上设置有电滑环，所述阻尼励磁线圈和惯量励磁线圈通过电滑环与外部电源接通。

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