CN115370697A - 一种带有特斯拉阀的恒磁mr阻尼器及减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器及减振装置,其中恒磁MR阻尼器包括缸体、以及设置在所述缸体内部的永磁铁,所述永磁铁与所述缸体同轴设置,所述永磁铁用以提供恒定的磁场,在所述永磁铁的中部开设有中通通道,所述中通通道为单向通道,使得压缩阻尼小于回弹阻尼,提高减振效果。本发明通过永磁铁提供恒定磁场,不用在设置电路提供磁场,节约资源,同时设置单向的中通通道,使得MR液在回流时的流量变大,提升减振的效果。

Description

一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器及减振装置
技术领域
本发明涉及MR阻尼器,尤其涉及一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器及减振装置。
背景技术
振动是一种常见的物理现象,随着科技的不断进步,在建筑结构、交通、机械等领域出现的振动问题引起人们的日益关注。为了有效克服和避免各种不利的振动,国内外学者先后提出了被动式、主动式和半主动式等振动控制系统。半主动控制是目前结构振动控制领域性价比最高、最具应用前景的控制技术,它将主动控制的思想和被动控制策略完美结合,在实施控制的同时节约了控制能源,并同时达到接近主动控制的效果,而且控制过程稳定可靠。近年来以磁流变(MR)液为代表的新型智能材料的应用为半主动控制技术的发展注入了新的活力。MR液主要是由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性的微小磁性颗粒组成,为了保证其悬浮稳定性,通常还包括适量的外加剂。在磁场作用下,MR液可在瞬间内(10毫秒左右)由流动性能良好的牛顿粘滞流体变为半固体,且这种变化连续、可控、可逆。1948年,美国工程师Rabinow首先发现了这种MR效应,并据此设计了MR离合器。MR阻尼器具备出力大,响应迅速,阻尼力连续可调,结构形式简单,适应范围广泛等诸多优势,研制至今,被公认为是最具发展前景的半主动控制装置之一。
车辆在行驶过程中会产生一系列的颠簸和振动,从而降低了乘坐舒适性。为了克服振动,提高乘坐舒适性,在车辆悬架上一般都会设置减振器。不同于普通的减振弹簧,减振器作为一种能量耗散装置需要较大的阻尼力来消耗振动的能量,从而达到减振效果。
MR阻尼器作为一种新型半主动控制元件,具有毫秒级响应速度、大控制范围和大输出阻尼力等特点,因此在减振系统中得到了普遍的使用。传统的MR阻尼器通过控制对励磁线圈通入的电流,从而控制输出阻尼力的大小。受结构的限制,传统MR阻尼器压缩阻尼与回弹阻尼大小相等。因此,如果将其运用在车辆悬架中,对于提高车辆乘坐舒适性的效果不佳;在实际应用中为了获得较好的减振效果,减振器的回弹速度一般要求慢于压缩速度,即压缩阻尼小于回弹阻尼。
另外,现有恒磁MR阻尼器大多数都是单一通道的剪切式阻尼器,MR液的液流阻尼通道主要设置线圈与缸体之间,并且阻尼力需要人为通电流控制,一旦电源失效,那么阻尼器里面的MR液将不能发挥其应有的性质。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器,其通过在所述缸体内设置所述永磁铁,构成永恒磁场,不需要通电即可使得MR液发挥作用,同时,在所述永磁铁中部设置单向的中通通道,使得压缩阻尼小于回弹阻尼,提高乘坐的舒适性。
本发明的第二目的是提供一种减振装置,其包括上述的带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器。
为了实现上述目的,本发明特采用以下技术方案:
本发明提供了一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器,其包括缸体、以及设置在所述缸体内部的永磁铁,所述永磁铁与所述缸体同轴设置,所述永磁铁用以提供恒定的磁场,在所述永磁铁的中部开设有中通通道,所述中通通道为单向通道,使得压缩阻尼小于回弹阻尼,提高减振效果。本发明通过设置永磁铁提供恒定磁场,不需要控制电源和计算机复杂的控制算法等即可工作,结构相对简单,具有更高的可靠性,同时通过设置单向的中通通道,使得MR液在回流时的流量变大,提升减振的效果。
优选地,在所述永磁铁两端对称设置有环形的导磁环,所述永磁铁与所述导磁环固定连接,所述导磁环的内端面上开设有凹槽,所述永磁铁安装于凹槽内与所述导磁环紧密连接。通过设置所述导磁环,让本来流失的磁通发挥作用,提高了主磁通量,有助于形成恒定磁场。
优选地,所述永磁铁上固定安装有隔磁体,所述导磁环的外端面上固定安装有隔磁环,所述隔磁体、所述隔磁环与所述导磁环、所述永磁铁紧密连接为整体,保证所述永磁铁形成恒定磁场。通过设置所述隔磁体和所述隔磁环,隔断磁场,防止所述永磁铁将所有的MR液影响。
优选地,所述缸体内部同轴固定有活塞杆,所述缸体上开设有孔洞,所述活塞杆从所述孔洞内延伸出所述缸体。
优选地,所述活塞杆设置于所述永磁铁中部,同轴固定连接,所述中通通道设置于所述活塞杆上,所述中通通道为特斯拉阀。
优选地,所述活塞杆通过轴承安装于所述孔洞处,所述活塞杆与所述孔洞连接处安装有密封环。通过设置密封环和轴承,可以使得活塞杆在运动的同时还不会影响缸体的整体的密封性。
优选地,所述隔磁体、所述隔磁环、所述导磁环与所述缸体之间设置有旁通通道,用于双向通过MR液。
优选地,所述缸体内部设置有浮动活塞,所述浮动活塞通过轴承与所述缸体连接,所述浮动活塞与所述缸体连接处设置有密封环,保证密封性。
优选地,所述浮动活塞与所述缸体的端部通过弹簧连接。
优选地,所述缸体和所述导磁环的材料为高导磁材料电工纯铁DT4或45号碳素钢。
优选地,所述隔磁体、所述隔磁环和所述活塞杆的材料为极低导磁材料304系列不锈钢。
优选地,所述旁通通道的大小为1-2mm,所述中通通道为3-4mm。
优选地,所述永磁铁的恒定磁场的磁场强度大于等于0.5T。
在本发明中,永磁铁提供恒定磁场,MR液中的磁性颗粒在恒定磁场的作用下沿磁场方向呈链状或链束状排列,旁通通道中的MR液形成粒子链,阻碍MR液的正常流动,旁通通道中的流体成为一种具有一定剪切屈服强度的黏塑性体,也就是说旁通通道中的MR液受到的由永磁铁提供的磁场强度一定,因此MR液的剪切屈服强度也一定,阻尼器的工作模式为剪切模式或剪切阀式组合模式,输出阻尼力为小阻尼力或大阻尼力。
本发明还提供了一种减振装置,其包括上述的带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器。
本发明与现有技术相比,至少有以下优异之处:
(1)本发明利用永磁体提供恒定磁场,不需要额外配置控制电源,避免了供电线圈产热的问题;且避免了振动作用下由于供电电源损坏而导致MR阻尼器无法正常工作的情况,提高了设备的安全性。
(2)本发明在活塞杆中设置中通通道,将中通通道设置为特斯拉阀,进而改变阻尼器出力大小,与传统的由供电线圈控制磁场大小的做法相比,阻尼器性能稳定,构造简单。
(3)本发明结构简单,降低半主动控制系统在设备及安装与维护方面的成本造价,基于本发明阻尼器的半主动控制系统在实际应用中更易于实施。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明实施例所提供的恒磁MR阻尼器的工艺流程图;
图2为本发明实施例所提供的恒磁MR阻尼器的闭合工作磁回路示意图;
图3为本发明实施例所提供的恒磁MR阻尼器的活塞组件与活塞杆连接图。
其中,
1-活塞杆;2-缸体;3-活塞组件;4-隔磁环;5-导磁环;6-永磁铁;7-隔磁体;8-旁通通道;9-中通通道;10-浮动活塞;11-弹簧;12-轴承;13-密封环。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解,下列所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连通”应做广义理解,例如,可以是固定连通,也可以是可拆卸连通,或一体地连通;可以是机械连通,也可以是电连通;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述,下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例
如图1-3所示,本实施例提供了一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器,该阻尼器包括缸体2,所述缸体2的腔体为圆柱形,在其左右两端分别由左端面板和右端面板密封。在所述缸体2内部设置有圆柱形的活塞组件3,所述活塞组件3包括用以提供恒定磁场的永磁铁6,在所述永磁铁6的中部设置有单向的中通通道9,使得MR液在流出时,压缩阻尼小于回弹阻尼,提高减振效果。
为了保证所述永磁铁6可以建立起良好的永恒磁场,在所述永磁铁6的两端设置有导磁环5,所述导磁环5沿所述永磁铁6对称设置,并且与所述永磁铁6无间隙紧密连接,在所述导磁环5与所述永磁铁6接触的内端面上开设有凹槽,与所述永磁铁6的形状相适配,在两端的所述导磁环5之间的间隙中,设置有隔磁体7,所述隔磁体7固定安装于所述永磁铁6上,所述隔磁体7的两端与所述导磁环5的内端面紧密连接,同时在所述导磁环5的外端面上安装有隔磁环4,所述隔磁体7、所述隔磁环4、所述导磁环5与所述缸体2之间设置有旁通通道8,用于双向的通过MR液,所述隔磁体7、所述隔磁环4与所述导磁环5、所述永磁铁6紧密连接为一个整体,也就是活塞组件3,保证所述永磁铁6在所述旁通通道8内形成恒定的磁场。
同时,在所述缸体2的内部还设置有活塞杆1,所述活塞杆1与所述缸体2之间同轴固定,设置于所述永磁铁6的中部,同时,所述导磁环5、所述隔磁环4均设置于所述活塞杆1上,所述隔磁体7的内径与所述永磁铁6的外径相同,所述隔磁体7的外径与所述导磁环5、所述隔磁环4的外径相同,所述隔磁环4与所述活塞杆1的端面齐平。
所述中通通道9开设于所述活塞杆1上,其入口设置于所述活塞杆1的端部,出口设置于所述活塞杆1的中部,同时出口处于所述隔磁环4相邻,所述出口与所述入口将所述活塞组件3夹在中间。
为了保证所述缸体2内部空间的密封性,在所述缸体2的左端面板上开设有孔洞,所述活塞杆1从所述孔洞内延伸出所述缸体2内部,同时在所述孔洞处密封环13保证所述活塞杆1与所述缸体2之间的密封性,为了不影响所述活塞杆1的运动,所述活塞杆1通过所述孔洞上的轴承12与所述缸体2构成轴向滑动连接。
如图3所示,为了符合所示缸体2的圆柱形的设置,本发明中的所述永磁铁6也为圆柱形的磁铁,因此,所述活塞杆1为圆柱形的杆,所述导磁环5、所述隔磁环4均为圆柱形的安装在所述活塞杆1上,所述隔磁体7为圆柱形的安装于所述永磁体上。
在所述缸体2的内部还设置有浮动活塞10,所述浮动活塞10远离所述活塞组件3和所述活塞杆1,靠近所述右端面板,所述浮动活塞10的两端与所述缸体2之间存在密封环13和轴承12,确保所述缸体2内部的密封和所述浮动活塞10的活动,所述浮动活塞10通过弹簧11与所述右端面板连接。
同时,所述缸体2和所述导磁环5的材料为高导磁材料电工纯铁DT4或45号碳素钢。所述隔磁体7、所述隔磁环4和所述活塞杆1的材料为极低导磁材料304系列不锈钢。所述旁通通道8的大小为1-2mm,所述中通通道9为3-4mm。所述永磁铁6的恒定磁场的磁场强度大于等于0.5T。
在本实施例中,所述缸体2和所述导磁环5的材料为高导磁材料45号碳素钢,所述隔磁体7、所述隔磁环4和所述活塞杆1的材料为极低导磁材料304系列不锈钢,所述旁通通道大小为1.5mm,所述中通通道的大小为3.5mm,如图2所示,所述永磁铁6产生的磁场在所述隔磁环4和所述隔磁体7的作用下,闭合工作磁回路被限制在所述旁通通道8内,形成恒定磁场,恒定磁场的强度为0.8T,在所述旁通通道8的MR液的磁性颗粒在恒定磁场作用下沿磁场方向呈链状或者链束状排列,在所述旁通通道8中形成粒子链,使得所述旁通通道8中的MR液成为一种具有一定剪切屈服强度的黏塑形体,阻碍MR液的正常流动。
在本实施例中,分别将所述活塞杆1和所述缸体2连接在受控结构的两个不同构件上,在外界荷载作用下结构产生振动,所述活塞杆1和所述缸体2会在结构的带动下产生相对运动,所述缸体2和所述活塞组件3之间的所述旁通通道8形成第一液流通道,所述活塞杆1上的所述中通通道9,也就是特斯拉阀为第二中通液流通道,所述活塞组件3在压缩过程中,MR液同时从所述中通通道9和所述旁通通道8中流出,所述中通通道9流过的MR液不受磁场作用;当所述活塞组件3回弹时,由于所述中通通道9为特斯拉阀,为单向通道,所以MR液只能从所述旁通通道8中流出,使得所述旁通通道8中的MR液的流量比压缩时大,这样便使得MR阻尼器的压缩阻尼小于回弹阻尼,从而起到减振的效果。
本发明还提供一种减振装置,其包括上述的带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器。
最后,可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言,在不脱离本发明的原理和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器,其特征在于,包括缸体、以及设置在所述缸体内部的永磁铁,所述永磁铁与所述缸体同轴设置,所述永磁铁用以提供恒定的磁场,在所述永磁铁的中部开设有中通通道,所述中通通道为单向通道,使得压缩阻尼小于回弹阻尼,提高减振效果。
2.根据权利要求1所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,在所述永磁铁两端对称设置有环形的导磁环,所述永磁铁与所述导磁环固定连接,所述导磁环的内端面上开设有凹槽,所述永磁铁安装于凹槽内与所述导磁环紧密连接。
3.根据权利要求2所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述永磁铁的中部固定安装有隔磁体,所述导磁环的外端面上固定安装有隔磁环,所述隔磁体、所述隔磁环与所述导磁环、所述永磁铁紧密连接为整体。
4.根据权利要求1所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述缸体内部同轴固定有活塞杆,所述缸体上开设有孔洞,所述活塞杆从所述孔洞内延伸出所述缸体。
5.根据权利要求4所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述活塞杆设置于所述永磁铁中部,同轴固定连接,所述中通通道设置于所述活塞杆上,所述中通通道为特斯拉阀。
6.根据权利要求4所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述活塞杆通过轴承安装于所述孔洞处,所述活塞杆与所述孔洞连接处安装有密封环。
7.根据权利要求3所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述隔磁体、所述隔磁环、所述导磁环与所述缸体之间设置有旁通通道,用于双向通过MR液。
8.根据权利要求1所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述缸体内部设置有浮动活塞,所述浮动活塞通过轴承与所述缸体连接,所述浮动活塞与所述缸体连接处设置有密封环。
9.根据权利要求8所述的恒磁MR阻尼器,其特征在于,所述浮动活塞与所述缸体的端部通过弹簧连接。
10.一种减振装置,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的带有特斯拉阀的恒磁MR阻尼器。
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