CN110439954A - 一种多自由磁流变脂隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由磁流变脂隔振器，包括：固连于基座上的电磁线圈支架，其侧壁开有环形凹槽，槽内饶有电磁线圈；其底面开有凹槽，槽内嵌永磁体；其顶面开有倒梯形槽，槽内设置内芯柱，内芯柱的外壁与倒梯形槽壁平行且之间存在间隙，间隙中安装两个磁流变脂；内芯柱远离永磁体的一侧依次固连壳体、端盖，壳体靠近内芯柱的一侧开有凹槽，槽内嵌入永磁体；端盖的侧面设置加速度传感器，用于检测隔振器的加速度，之后通过外部信号处理模块将加速度信号转换为流入电磁线圈的电流大小，以有效抑制振动。本发明利用永磁体和电磁线圈共同作用的方式控制磁流变脂的模量，进而控制减振器的刚度，最终达到减振功能，隔振效果好，适用范围广。

Description

一种多自由磁流变脂隔振器
技术领域
本发明属于精密振动控制设备领域，具体涉及一种多自由磁流变脂隔振器。
背景技术
座椅悬架通常用于工业、农业和其他运输目的的商用车辆，以提供驾驶员乘坐舒适性，减少因长时间驾驶而导致的驾驶员疲劳，改善驾驶员的安全和健康。座椅悬架优化与控制的研究是几十年来的一个活跃课题。
目前为止，主要有三种类型的座椅悬架，即被动座椅悬架、半主动座椅悬架和主动座椅悬架。被动座椅悬架的研究主要集中在弹簧刚度和阻尼系数的参数优化方面。一般来说，小弹簧刚度可以提供良好的乘坐舒适性。目前汽车座椅常用的隔振装置为弹簧和阻尼器相互组合的形式来实现，由于其刚度和阻尼固定且不可调，不能根据外界情况实时调节控制系数，使得其隔振范围和隔振效果大大减弱。随着人机工程的快速发展，人类社会对座椅舒适性的要求越来越高，采用弹簧和阻尼器相结合的隔振形式以远远不能满足人类需要。主动座椅悬架的研究主要集中在开发先进的控制策略，以提高座椅悬架性能，同时考虑执行器饱和、负载变化、时间延迟和可靠性等问题。随着磁流变隔振器(MR)的发展，为了在低功耗的情况下提供可变刚度，对座椅悬架的半主动控制进行了研究。从实施和成本的角度来看，半主动座椅悬架与主动座椅悬架相比具有优势，因此近年来受到了越来越多的关注。
但是目前半主动座椅悬架主要采用的是电流变液(ER)和磁流变液(MR)，它们只有可控的阻尼能力，因此系统在较窄的频率范围内是有效的，超出这个范围，座椅悬架将不起作用。与MR/ER流体不同，磁流变脂具有可控模量，对于低频和高振幅振动，就像汽车座椅振动一样，磁流变脂的可控模量比可控阻尼更有效，因为阻尼力取决于速度和阻尼系数，而弹性力取决于振幅和刚度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用永磁体和电磁线圈共同作用的方式控制磁流变脂的模量，进而控制减振器的刚度，最终达到隔振功能的新型磁流变脂隔振器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种多自由磁流变脂隔振器，包括基座、电磁线圈、电磁线圈支架、壳体、端盖、内芯柱、第一永磁体、加速度传感器、第一磁流变脂、第二磁流变脂和第二永磁体；
所述电磁线圈支架固连于基座上，其侧壁一圈开有环形凹槽，电磁线圈绕在所述环形凹槽内；电磁线圈支架底面开有凹槽，该凹槽内嵌第二永磁体；电磁线圈支架的顶面开有倒梯形槽，内芯柱置于所述倒梯形槽内，内芯柱的外壁与倒梯形槽壁平行且两者之间存在间隙，该间隙中安装第一磁流变脂和第二磁流变脂，且两磁流变脂之间通过环套相隔离；内芯柱远离第二永磁体的一侧依次固连壳体、端盖，壳体靠近内芯柱的一侧开有凹槽，该凹槽中嵌入第一永磁体；端盖的侧面设置加速度传感器，用于检测隔振器的加速度，之后通过外部信号处理模块将加速度信号转换为流入电磁线圈的电流大小，以有效抑制振动。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)创造性的利用永磁体和电磁线圈共同作用的方式控制磁流变脂的模量，进而控制减振器的刚度，最终达到隔振的功能；2)在永磁体的作用下使得磁流变脂处于一个较大的模量状态，然后通过对电磁线圈施加正向和反向的电流来有效增大磁流变脂的模量可调范围；3)设有两个磁流变脂，并且将它们倾斜布置，这样有助于增大减振器的振幅可调范围，能够更加合适应用于低频、高振幅场合；4)结合加速度传感器检测减振器的加速度，并最终将该信号转换成流入电磁线圈的电流大小，从而实现有效隔离振动。
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明多自由磁流变脂隔振器的整体结构示意图。
图2为本发明多自由磁流变脂隔振器中第一磁流变脂和第二磁流变脂的磁致力学性能曲线图。
图3为本发明多自由磁流变脂隔振器中第一磁流变脂和第二磁流变脂的磁化曲线图。
具体实施方式
结合图1，本发明多自由磁流变脂隔振器，包括基座1、电磁线圈3、电磁线圈支架4、壳体5、端盖6、内芯柱7、第一永磁体8、加速度传感器9、第一磁流变脂10、第二磁流变脂12和第二永磁体13；
电磁线圈支架4固连于基座1上，其侧壁一圈开有环形凹槽，电磁线圈3绕在所述环形凹槽内；电磁线圈支架4底面开有凹槽，该凹槽内嵌第二永磁体13；电磁线圈支架4的顶面开有倒梯形槽，内芯柱7置于所述倒梯形槽内，内芯柱7的外壁与倒梯形槽壁平行且两者之间存在间隙，该间隙中安装第一磁流变脂10和第二磁流变脂12，且两磁流变脂之间通过环套11相隔离；内芯柱7远离第二永磁体13的一侧依次固连壳体5、端盖6，壳体5靠近内芯柱7的一侧开有凹槽，该凹槽中嵌入第一永磁体8；端盖6的侧面设置加速度传感器9，用于检测隔振器的加速度，之后通过外部信号处理模块将加速度信号转换为流入电磁线圈的电流大小，以有效抑制振动。
示例性地，电磁线圈支架4通过螺栓2与基座1固连。
示例性地，壳体5与内芯柱7通过焊接固连。
示例性地，壳体5与端盖6通过螺栓固连。
进一步优选地，第一永磁体8和第二永磁体13的材料为稀土钕铁硼NdFeB，其物理特性如下表1所示，具有较大的饱和磁化强度以及较宽的使用温度范围。
表1稀土钕铁硼NdFeB的物理特性
进一步优选地，基座1、电磁线圈支架4、壳体5、端盖6的材料为型号S30400的不锈钢。
进一步优选地，内芯柱7的材料为青铜。
进一步优选地，第一磁流变脂10和第二磁流变脂12中羰基铁粉的体积分数为4.31％，能够提供最大的模量可调范围。
结合图1至图3，本发明多自由磁流变脂隔振器的具体工作流程为：根据外部振动情况，加速度传感器9检测到减振器振动的加速度，并将信号转换成扰动频率a，结合图3进一步将扰动频率a转换成所需要的磁感应强度b，利用图2将计算所得磁感应强度b最终以所需的电流c呈现出来，然后控制电磁线圈3的电流，最终实现隔振器的隔振效果。
实施例1
多自由磁流变脂隔振器，包括基座1、电磁线圈3、电磁线圈支架4、壳体5、端盖6、内芯柱7、第一永磁体8、加速度传感器9、第一磁流变脂10、第二磁流变脂12和第二永磁体13；
电磁线圈支架4固连于基座1上，其侧壁一圈开有环形凹槽，电磁线圈3绕在所述环形凹槽内；电磁线圈支架4底面开有凹槽，该凹槽内嵌第二永磁体13；电磁线圈支架4的顶面开有倒梯形槽，内芯柱7置于所述倒梯形槽内，内芯柱7的外壁与倒梯形槽壁平行且两者之间存在间隙，该间隙中安装第一磁流变脂10和第二磁流变脂12，且两磁流变脂之间通过环套11相隔离；内芯柱7远离第二永磁体13的一侧依次固连壳体5、端盖6，壳体5靠近内芯柱7的一侧开有凹槽，该凹槽中嵌入第一永磁体8；端盖6的侧面设置加速度传感器9，用于检测隔振器的加速度，之后通过外部信号处理模块将加速度信号转换为流入电磁线圈的电流大小，以有效抑制振动。
实施例2
在实施例1的基础上，壳体5与内芯柱7通过焊接固连。
实施例3
在上述任意一个实施例的基础上，第一永磁体8和第二永磁体13的材料为稀土钕铁硼NdFeB。
实施例4
在上述任意一个实施例的基础上，基座1、电磁线圈支架4、壳体5、端盖6的材料为型号S30400的不锈钢。
实施例5
在上述任意一个实施例的基础上，内芯柱7的材料为青铜。
实施例6
在上述任意一个实施例的基础上，第一磁流变脂10和第二磁流变脂12中羰基铁粉的体积分数为4.31％，能够提供最大的模量可调范围。
本发明创造性的利用永磁体和电磁线圈共同作用的方式控制磁流变脂的模量，进而控制减振器的刚度，最终达到隔振的功能，隔振效果好，适用范围广。

Claims (8)

1.一种多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，包括基座(1)、电磁线圈(3)、电磁线圈支架(4)、壳体(5)、端盖(6)、内芯柱(7)、第一永磁体(8)、加速度传感器(9)、第一磁流变脂(10)、第二磁流变脂(12)和第二永磁体(13)；
所述电磁线圈支架(4)固连于基座(1)上，其侧壁一圈开有环形凹槽，电磁线圈(3)绕在所述环形凹槽内；电磁线圈支架(4)底面开有凹槽，该凹槽内嵌第二永磁体(13)；电磁线圈支架(4)的顶面开有倒梯形槽，内芯柱(7)置于所述倒梯形槽内，内芯柱(7)的外壁与倒梯形槽壁平行且两者之间存在间隙，该间隙中安装第一磁流变脂(10)和第二磁流变脂(12)，且两磁流变脂之间通过环套(11)相隔离；内芯柱(7)远离第二永磁体(13)的一侧依次固连壳体(5)、端盖(6)，壳体(5)靠近内芯柱(7)的一侧开有凹槽，该凹槽中嵌入第一永磁体(8)；端盖(6)的侧面设置加速度传感器(9)，用于检测隔振器的加速度，之后通过外部信号处理模块将加速度信号转换为流入电磁线圈的电流大小，以有效抑制振动。
2.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述电磁线圈支架(4)通过螺栓(2)与基座(1)固连。
3.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述壳体(5)与内芯柱(7)通过焊接固连。
4.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述壳体(5)与端盖(6)通过螺栓固连。
5.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述第一永磁体(8)和第二永磁体(13)的材料为稀土钕铁硼NdFeB。
6.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述基座(1)、电磁线圈支架(4)、壳体(5)、端盖(6)的材料为型号S30400的不锈钢。
7.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述内芯柱(7)的材料为青铜。
8.根据权利要求1所述的多自由磁流变脂隔振器，其特征在于，所述第一磁流变脂(10)和第二磁流变脂(12)中羰基铁粉的体积分数为4.31％。
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