CN111059202B - 一种双出杆剪切模式磁流变减振器 - Google Patents

一种双出杆剪切模式磁流变减振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双出杆剪切模式磁流变减振器,包括内筒、外筒以及位于内筒和外筒之间的伸缩筒,所述伸缩筒与内筒和外筒之间分别留有间隙,且在该间隙内间隔设置有密封圈,所述密封圈将其之间的间隙进行密封进而形成封闭的工作腔室,该工作腔室内充满磁流变液,所述伸缩筒可沿着工作腔室在磁流变液内作往复运动,所述内筒位于工作腔室段的外壁上缠绕有线圈,线圈通电后产生磁场,磁场作用于工作腔室内的磁流变液。本发明通过剪切模式产生阻尼力,具有明显的低速大阻尼特性,当车辆转向时,能够提供相当大的抗侧倾阻尼力,从而有效地抑制车身侧倾,提高车辆的操纵稳定性和弯道通行速度,并改善平顺性。

Description

一种双出杆剪切模式磁流变减振器
技术领域
本发明涉及一种双出杆剪切模式磁流变减振器,属于汽车零部件及减振降噪领域。
背景技术
磁流变液是在外加磁场作用下其黏度,塑性等流变特性发生急剧变化的材料,其基本特征是在外磁场作用下能在毫秒级的时间内从自由流动的液体转变为半固体,呈现出可控的屈服强度,而且这种变化是可逆的。通过改变电流的大小,可以有效的控制磁流变液的流变特性,根据这一原理,可以设计出阻尼力连续可调的磁流变减振器。
目前常见的磁流变减振器多为伸缩阀式磁流变减振器,其通过活塞的上下运动在上下腔之间产生压力差,使得磁流变液从活塞上的阻尼通道流过,运用磁流变液的流动模式产生可控的阻尼力。该方案的磁流变减振器在低速下所能提供的阻尼力很小。考虑到车辆转向行驶时,车辆车身侧倾频率低,伸缩阀式磁流变减振器无法提供足够的阻尼力来实现有效的侧倾控制,严重时导致车辆侧翻事故的发生。此外为了保证工作区域内始终充满磁流变液,需要设置附加的磁流变液补偿机构,这使得磁流变液的用量较大,减振器的生产成本比较高。如专利申请号为201910623043.8的申请文本中,公开的一种剪切模式磁流变减振器,该结构磁流变减振器就存在制造工艺难度相对较高,成本也高,而且需要设置附加的磁流变液补偿机构等不足。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有磁流变减振器存在的问题,提供一种双出杆剪切模式磁流变减振器;该减振器通过剪切模式产生阻尼力,具有明显的低速大阻尼特性,当车辆转向时,能够提供相当大的抗侧倾阻尼力,从而有效地抑制车身侧倾,提高车辆的弯道通行速度和平顺性。该减振器采用双出杆工作形式,不需要附加的补偿机构,简化了伸缩剪切模式磁流变减振器的结构,减少了伸缩剪切模式磁流变减振器的生产成本。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种双出杆剪切模式磁流变减振器,包括内筒、外筒以及位于内筒和外筒之间的伸缩筒,所述伸缩筒与内筒和外筒之间分别留有间隙,且在该间隙内间隔设置有密封圈,所述密封圈将其之间的间隙进行密封进而形成封闭的工作腔室,该工作腔室内充满磁流变液,所述伸缩筒可沿着内外筒之间的间隙作往复运动,且伸缩筒的一部分运动在工作腔室中,所述内筒位于工作腔室段的外壁上缠绕有线圈,线圈通电后产生磁场,磁场作用于工作腔室内的磁流变液。
进一步的,所述密封圈设置在导向环的内侧,所述导向环以内嵌方式安装于内筒外壁和外筒内壁。
进一步的,所述伸缩筒的外部设有防尘罩,所述防尘罩的上端固定套接在伸缩筒的上端部外壁上、下端活动套接在外筒的外壁上,且其与外筒外壁接触的端部内壁上设有向内凸出的凸台,且该凸台内设有毛毡,以防止灰尘进入减振器内部。
进一步的,所述外筒的顶端四周的外壁向外凸出,其与防尘罩内壁上的凸台共同作用,用于限制伸缩筒垂向运动范围,以防止伸缩筒往复运动超出密封圈作用区域进而导致磁流变液泄漏及伸缩筒与内外筒的脱离。
进一步的,所述线圈缠绕在线圈凹槽内,线圈凹槽开设在所述内筒的外壁上,并且在线圈外侧的线圈凹槽内设有用于引导磁场分布的隔磁环。
进一步的,所述内筒的内部开设有线圈引线通道,该线圈引线通道与线圈凹槽连通用于引出导线。
进一步的,所述内筒的上端安装有上端盖和缓冲块,所述缓冲块下端内嵌在内筒的端部、上端穿出所述上端盖。
进一步的,所述外筒和伸缩筒上分别开有注油孔,通过注油孔注入磁流变液;并且位于外筒上的注油孔通过沉头螺钉与密封垫进行密封。
进一步的,所述内筒、外筒的下端固定安装有下端盖,所述下端盖上开设有引线孔,下端盖通过内螺纹和外筒的外螺纹固定,并通过固定螺栓与内筒固定,从而将内外筒连成一体并定位,同时下端盖的下端部上设有用于与车架相连的下吊环。
进一步的,所述伸缩筒的顶部设有用于与车身相连的上吊环。
综上所述,本发明的双出杆剪切模式磁流变减振器,内外筒与伸缩筒之间设置的导向环限制伸缩筒只能垂直上下运动,车身振动带动伸缩筒上下运动,内筒外侧线圈凹槽内布置有励磁线圈,伸缩筒与内外筒之间留有间隙,其中一段间隙由密封圈隔成工作腔室,工作腔室内始终充满磁流变液。当线圈通电时,磁场范围内的磁流变液流变特性发生改变,此时伸缩筒的运动需要克服磁流变液的剪切应力,从而起到衰减振动的作用。通过改变电流大小,可以改变磁流变液的磁化强度,从而提供控制所需的阻尼力。
本发明的磁流变减振器,在没有施加外部磁场的时候,磁流变液中颗粒的分布是杂乱无章的,此时伸缩筒只要克服粘性阻力矩就可以继续运动,所能提供的阻尼力十分有限。当存在外加磁场时磁流变液中的颗粒沿着磁场方向成链束状分布,磁流变液从流体向半固体发展,剪切屈服强度也随之而生,并随着磁场强度的增大而增大。通过提供一定的电流,就可以改变工作间隙中磁流变液的流变特性,从而产生相应的剪切应力,由此实现对磁流变减振器产生的阻尼力的控制。
本发明的磁流变减振器为双出杆形式,在伸缩筒垂直往复运动的过程中,伸缩筒位于工作腔室内的体积不发生变化,不需要附加的补偿机构来保证工作腔室内始终充满磁流变液,有效减少了磁流变液的用量,简化了减振器的结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)本发明通过相对简洁的结构实现了由剪切模式产生阻尼力,总体结构新颖,且易于实现。
(2)本发明的减振器所提供的阻尼力主要通过磁流变液的剪切工作模式产生,在低速下也能够获得很大的阻尼力。
(3)本发明的磁流变减振器不仅在车辆直线行驶时能够有效的减少车身振动,在车辆转向时,由于低速大阻尼特性的存在,可以有效的抑制车身侧倾,为车辆提供更好的抗侧倾性能和平顺性,提高车辆的弯道通行速度。
(4)本发明的磁流变减振器中的伸缩筒内外壁分别于内外筒之间产生剪切力,增大了剪切模式的工作面积。
(5)本发明的磁流变减振器及通过相关原理设计的磁流变减振器还可用于其他相关领域,应用范围广泛。
此外,本发明与申请人之前申请的申请号为201910623043.8的专利相比,本发明的创新及优点如下:
(1)本发明的磁流变减振器采用双出杆伸缩剪切形式产生阻尼力,工作腔室内产生的压力较小,对于密封机构的要求较低,易于实现,成本较低。
(2)本发明的磁流变减振器采用双出杆伸缩剪切形式产生阻尼力,在保证低速大阻尼特性的前提下,取消了补偿机构,极大地减少了磁流变液,带来可观的经济效益。
(3)本发明的磁流变减振器在工作腔室两侧设置导向机构,相较于现有结构,能够在伸缩筒内外表面受到较大剪切应力发生变形的情况下提供有效的径向约束。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为磁场分布示意图。
图中标记为:1.上吊环,2.伸缩筒,3.防尘罩,4.导向环,5密封圈,6.毛毡,7.内筒,8.外筒,9.线圈,10.隔磁环,11.线圈引线,12.下端盖,13.连接螺纹,14.M3内六角沉头螺钉,15.下吊环,16.工作腔室,17.注油孔,18.密封垫,19.M4内六角沉头螺钉,20.缓冲块,21.上端盖,22.螺栓,101.磁流变液,201.磁场。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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。
如图1至2所示,本发明的双出杆剪切模式磁流变减振器的主要结构由:上吊环1,伸缩筒2,防尘罩3,导向环4,密封圈5,毛毡6,内筒7,外筒8,线圈9,隔磁环10,下端盖12,下吊环15,缓冲块20,上端盖21等部分组成。其中:内筒7和外筒8分别与伸缩筒2及之间的密封圈5形成一个封闭的腔室,该腔室内部充满磁流变液。缓冲块20通过上端盖连接在内筒7顶部。伸缩筒2在内外筒之间做垂直方向上的往复运动,外筒8的顶端四周的外壁向外凸出,与防尘罩3内壁上的凸台共同作用,从而限制伸缩筒2垂向运动范围,以防止伸缩筒往复运动超出密封圈5作用区域进而导致磁流变液泄漏及伸缩筒与内外筒的脱离,通常伸缩筒的轴向幅度运动范围为下端密封圈到内外筒底端的距离。内筒、外筒的下端固定安装有下端盖,所述下端盖上开设有引线孔,下端盖通过内螺纹13和外筒的外螺纹13固定,并通过M3内六角沉头螺钉14与内筒固定,从而将内外筒连成一体并定位,同时下端盖的下端部上设有用于与车架相连的下吊环。内筒7外侧开有2个环形的线圈凹槽,里面缠绕漆包线。内筒7与伸缩筒2之间和外筒8与伸缩筒2之间通过导向环4保证相对位置,导向环4内侧设置有两道密封圈5,防止磁流变液流出腔室。下端盖12上设置有直径5MM的小孔,用于线圈引线11的引入与引出。线圈凹槽侧壁开孔连接内筒中部的通孔,线圈引线通过该孔进入线圈凹槽,完成线圈的缠绕,之后通过该孔引出导线。
本发明的剪切模式磁流变减振器的工作原理是:磁流变减振器上吊环1与车身相连,下吊环15与车架相连。当车辆行驶时,由于上下连接部分的相对运动,磁流变减振器随之作伸张和压缩运动,伸缩筒2作垂直上下的往复运动,内外筒与伸缩筒2之间留有间隙16,通过密封圈将其中一段隔成工作腔室。伸缩筒2的内外壁与内筒7和外筒8之间产生的剪切应力随磁场强度变化,磁场强度受到线圈9中电流大小的影响,通过控制线圈9中通电电流的大小,可以实现对减振器产生的阻尼力的连续控制。本发明所设计的双出杆剪切模式磁流变减振器主要依靠磁流变液的剪切模式来产生阻尼力,剪切模式的阻尼力模型与流体动力粘度以及磁流变液的屈服强度有关,且动力粘度与磁流变减振器的剪切屈服应力相比可以忽略不计,所以阻尼力的大小与相对运动速度并无很大的关系,当速度为零时,只要施加一定的励磁电流,并且保证足够的剪切面积,也能够产生相当大的阻尼力。即本发明所设计的剪切模式磁流变减振器具有低速大阻尼特性,在车辆转向行驶时,相较于普通阀式磁流变减振器能够获得更好的抗侧倾效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围,凡采用等同替换等方式所获得的技术方案,均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种双出杆剪切模式磁流变减振器,包括内筒、外筒以及位于内筒和外筒之间的伸缩筒,其特征在于,所述伸缩筒与内筒和外筒之间分别留有间隙,且在该间隙内间隔设置有密封圈,所述密封圈将其之间的间隙进行密封进而形成封闭的工作腔室,该工作腔室内充满磁流变液,所述伸缩筒可沿着内外筒之间的间隙作往复运动,且伸缩筒的一部分运动在工作腔室中,所述内筒位于工作腔室段的外壁上缠绕有线圈,线圈通电后产生磁场,磁场作用于工作腔室内的磁流变液;所述密封圈设置在导向环的内侧,所述导向环以内嵌方式安装于内筒外壁和外筒内壁;所述伸缩筒的外部设有防尘罩,所述防尘罩的上端固定套接在伸缩筒的上端部外壁上,下端活动套接在外筒的外壁上,且其与外筒外壁接触的端部内壁上设有向内凸出的凸台,且该凸台内设有毛毡,以防止灰尘进入减振器内部;所述外筒的顶端四周的外壁向外凸出,其与防尘罩内壁上的凸台共同作用,用于限制伸缩筒垂向运动范围,以防止伸缩筒往复运动超出密封圈作用区域进而导致磁流变液泄漏及伸缩筒与内外筒的脱离。
2.根据权利要求1所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述线圈缠绕在线圈凹槽内,线圈凹槽开设在所述内筒的外壁上,并且在线圈外侧的线圈凹槽内设有用于引导磁场分布的隔磁环。
3.根据权利要求2所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述内筒的内部开设有线圈引线通道,该线圈引线通道与线圈凹槽连通用于引出导线。
4.根据权利要求1所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述内筒的上端安装有上端盖和缓冲块,所述缓冲块下端内嵌在内筒的端部,上端穿出所述上端盖。
5.根据权利要求1所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述外筒和伸缩筒上分别开有注油孔,通过注油孔注入磁流变液;并且位于外筒上的注油孔通过沉头螺钉与密封垫进行密封。
6.根据权利要求1所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述内筒、外筒的下端固定安装有下端盖,所述下端盖上开设有引线孔,下端盖通过内螺纹和外筒的外螺纹固定,并通过固定螺栓与内筒固定,从而将内外筒连成一体并定位,同时下端盖的下端部上设有用于与车架相连的下吊环。
7.根据权利要求1所述的一种双出杆剪切模式磁流变减振器,其特征在于,所述伸缩筒的顶部设有用于与车身相连的上吊环。
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