CN116025659A - 基于磁流变材料的自复位健身阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，包括外壳、缸筒、活塞及活塞导杆，所述缸筒两端开口，所述外壳具有一开口端与所述缸筒外壁滑动配合，所述活塞导杆作用端与活塞径向滑动配合且所述活塞导杆自由端与外壳固定连接；所述外壳内设置有复位弹簧和第一阻尼组件，所述缸筒内设置有第二阻尼组件；所述复位弹簧用于为外壳及缸筒之间提供复位弹力；所述第一阻尼组件用于为所述缸筒提供电流‑间隙双依赖型可调节阻尼力；所述第二阻尼组件用于为所述缸筒提供电流依赖型可调节阻尼力。本发明体积小、重量轻、不占空间、便于携带，可以被广泛应用于家庭或办公室，便于增加人们的锻炼时间，有利于提高全民身体素质。

Description

基于磁流变材料的自复位健身阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器技术领域，具体涉及一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器。

背景技术

全民健身的开展，使人们养成了良好的体育锻炼习惯，不断增强群众的身体素质。但是受的现代生活节奏的影响，没有时间去健身房进行锻炼，使得人们的运动量大幅度减少，由于时间和场地的限制因此一些便携方便且可随时使用的小型健身器材越来越被人们需要。

但是现有的力量型健身器材存在以下缺点：传统的力量型健身器通常结构复杂、体积大、重量大、价格昂贵、阻力调节单一也不适宜在家庭中使用；现有健身器材通过配重块提供一定的阻尼力，重量的增加是根据配重的多少进行阶段的提升，从而获得锻炼的效果，无法连续调节自身的阻尼力，导致人们在训练时力量的变化单一；现有的健身阻尼器的产生阻尼力每次调整重量都需要去选择配重块的数量，而不是能够直接设置调节，导致阻尼力调节非常麻烦且复杂，当配重确定后，无法在使用状态下提升阻尼力，用以进一步增强对肌肉的刺激效果。

因此，为解决以上问题，需要一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，能够克服现有技术的缺点，通过对磁流变材料(例如磁流变脂、磁流变液等)的应用，将磁流变材料产生的阻尼力作为健身器的阻力来源，通过电流大小的变化控制磁场的变化进而达到连续调节阻尼力的目的，且本器材体积小、重量轻、不占空间、便于携带，可以被广泛应用于家庭或办公室，便于增加人们的锻炼时间，有利于提高全民身体素质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，能够克服现有技术的缺点，通过对磁流变材料(例如磁流变脂、磁流变液等)的应用，将磁流变材料产生的阻尼力作为健身器的阻力来源，通过电流大小的变化及第一磁流腔间隙的变化控制磁场的变化进而达到连续调节阻尼力的目的，无需控制装置即可变阻尼，还有自动断电复位等功能，且本器材体积小、重量轻、不占空间、便于携带，可以被广泛应用于家庭或办公室，便于增加人们的锻炼时间，有利于提高全民身体素质。

本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，包括外壳、缸筒、活塞及活塞导杆，所述缸筒两端开口，所述外壳具有一开口端与所述缸筒外壁滑动配合，所述活塞导杆作用端与活塞径向滑动配合且所述活塞导杆自由端与外壳固定连接；所述外壳内设置有复位弹簧和第一阻尼组件，所述缸筒内设置有第二阻尼组件；

所述复位弹簧用于为外壳及缸筒之间提供复位弹力；

所述第一阻尼组件用于为所述缸筒提供电流-间隙双依赖型可调节阻尼力；

所述第二阻尼组件用于为所述缸筒提供电流依赖型可调节阻尼力。活塞导杆与外壳固定连接其连接方式可以是螺纹连接或焊接等，而螺杆和活塞径向滑动配合于活塞导杆上，为了加工制造方便，活塞与螺杆可以是一体或分开的，活塞与螺杆可以沿着活塞导杆径向滑动。

实际使用中，外壳是固定在地面或者墙壁不动的，本发明所有的阻尼力都是提供给缸筒，用来产生旋转的阻尼力，使用者在拉动拉绳时，缸筒旋转，旋转时利用阻尼力给使用者提供健身的阻力。

由于第二阻尼组件的间隙值恒定，因此施加某一个固定的电流后，其产生的阻尼力也就是恒定不变的。所以第二阻尼组件提供的是基于恒定电流产生的基础恒定阻尼力。与第二阻尼组件不同的是，这里的第一阻尼组件的第一磁流腔间隙是变化的，因此即使是恒定电流，也会随着螺旋处间隙值的改变，产生变化的阻尼力。而传统的磁流变阻尼力若想实现阻尼的改变，则需要另一套装置实时的改变电流才行，这里仅仅改变间隙就可以变阻尼。

本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器的总阻尼力由三部分组成，第一部分为复位弹簧的弹力；第二部分为磁场作用下外壳内螺槽与转子外螺牙之间的间隙变化使得磁流变材料能够在恒定电流提供的阻尼力上，进一步产生因间隙变化而改变的阻尼力，磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料，具有响应快、可逆性好(撤去磁场后，又恢复初始状态)以及通过调节磁场大小可控制材料的力学性能连续变化等优点，近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用；第三部分为磁场作用下的活塞与缸筒之间磁流变材料提供的基础阻尼力，基础阻尼力的大小与选择的电流大小有关，磁流变材料发展至今，已发展成为包括磁流变液(MRfluids)、磁流变弹性体(MRelastomers)、磁流变泡沫(MRfoams)等成员的大家族，涵盖物理、化学、力学、机械、控制等多学科领域，本发明中用到的磁流变材料主要为磁流变脂和磁流变液。

进一步，所述第一阻尼组件包括螺杆、转子、第一线圈及第一磁流腔，所述螺杆以单自由度径向滑动的方式设置于所述活塞导杆上，所述转子端部与所述缸筒固定连接(一般地转子端部与缸筒端部采用焊接进行固定连接)并所述转子内壁螺纹配合于所述螺杆外壁且所述转子外壁螺纹配合于所述外壳内壁形成一螺杆两螺母的结构，以此将转子的转动转化为螺杆的直线运动，所述第一线圈绕制于所述转子上并随转子同步转动，所述第一磁流腔环设于所述第一线圈外侧并受第一线圈产生的磁场作用为所述缸筒提供电流-间隙双依赖型可调节的阻尼力，基于丝杠螺母的原理设计，本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器中的丝杠螺母作为一个转换机构将直线运动转化为旋转运动,采用一螺杆双螺母的形式即一个螺杆一个转子与一个外壳。转子安装在螺杆上并与螺杆螺纹配合，转子绕着螺杆转动，转子又与外壳螺纹配合，外壳与转子之间螺纹配合旋转，以此实现一螺杆双螺母的结构。使得整个装置可以实现在电流不变的情况下运动过程中外壳的内螺槽与转子外螺牙之间的间隙变化以此为缸筒提供变化的阻尼力。

进一步，所述转子的外周设置外螺牙与设置于所述外壳内壁的内螺槽螺纹配合，所述外螺牙沿其螺牙延伸方向开设凹槽，所述内螺槽与所述凹槽之间的间隙用于设置第一线圈及第一磁流腔，所述第一线圈绕制于所述凹槽根部，所述凹槽的槽壁外侧均设置有与其形状相适应的第一隔磁垫(隔磁垫用低磁导率的材料做成，具有改变、限制、引导磁力线的作用。将磁力线限制在特定的有用区域，防止分散到其他区域产生副作用或降低效率。)，所述第一磁流腔为螺牙环状其内充满磁流变材料且螺牙环两端设置有堵头用于保持第一磁流腔的密封，第一隔磁垫的设置主要是为了引导第一线圈通电后产生的磁场形成完整的磁回路用以调节磁流变材料的特性，第一磁流腔在堵头的辅助下可以随着转子相对于外壳的转动而转动，使得第一磁流腔可以一直处于第一线圈产生的磁场内，也可以为缸筒提供变化的阻尼力。

进一步，所述外壳的内螺槽公称直径沿远离滑动配合的开口端逐渐变小，所述堵头为变径堵头以适应在所述内螺槽内运动时保持第一磁流腔的密封，内螺槽的公称直径逐渐减小是为了保证第一磁流腔随着转子的转动过程中磁流腔间隙逐渐减小进而给缸筒提供变化的阻尼力，同时堵头为了能够完全导向和完全密封住第一磁流腔内的磁流变材料也必须可以适应在转子连续转动过程中内径的变化。

进一步，所述堵头包括活动刮板、内弹性垫和外弹性垫，所述活动刮板的横截面为与所述第一磁流腔横截面相适应的T字型结构，所述活动刮板的外侧与所述内螺槽根部贴合，所述活动刮板的内侧开设一弹性槽用于设置适应弹簧，所述适应弹簧沿所述内螺槽的直径方向被压缩，所述适应弹簧一端抵接于所述弹性槽根部另一端通过弹簧垫抵接于所述第一线圈外侧，所述内弹性垫设置于所述活动刮板与所述第一线圈之间的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔的密封，所述外弹性垫设置于所述活动刮板与所述凹槽外沿的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔的密封，设置内弹性垫和外弹性垫，在保证活动刮板导向和变径的同时也保证了在内螺槽与转子外螺牙顶之间的间隙变化时刮板也能进行活动。

进一步，所述第二阻尼组件包括第二线圈和位于第二线圈内侧的第二磁流腔，所述第二线圈嵌设在开设于所述缸筒内壁的壁槽内，所述第二磁流腔位于所述活塞与所述缸筒内壁的滑动配合间隙之间，所述活塞滑动配合面上嵌设两道油封使所述活塞圆柱面及所述缸筒内壁之间形成第二磁流腔，所述缸筒在靠近所述外壳的端面上设置有第二隔磁垫(隔磁垫用低磁导率的材料做成，具有改变、限制、引导磁力线的作用。将磁力线限制在特定的有用区域，防止分散到其他区域产生副作用或降低效率。)。

进一步，所述第一线圈通过第一导线与外置的电源电连接，所述第二线圈通过第二导线与外置的电源电连接，所述缸筒上开设有供第一导线和第二导线穿过的通道，所述通道口处设置滑环以保证第一导线和第二导线在缸筒转动过程中的正常供电，由于缸筒在使用时是不断旋转的，如果没有滑环，导线旋转后会发生缠绕以至于断裂。滑环包括一个动环和一个静环，动环与缸筒固定连接并随缸筒同步旋转，静环是不转的，而动环与静环之间通过旋转的触点保证电路连通，因此，滑环的使用避免了导线发生缠绕，在缸筒的上设置滑环，确保在缸筒旋转的同时两个回路的正常通电，第一导线和第二导线上分别设有第一滑动变阻器和第二滑动变阻器，分别控制两个回路上的电流。第一条回路从电源正极出发经过第一滑动变阻器通过滑环后在从缸筒壁内部穿过然后再从穿过转子与第一线圈进行连接然后经过联动开关及控制弹簧最后回到电源负极；第二条回路从电源正极出发经过第二滑动变阻器通过滑环后在从缸筒壁内部穿过与第二线圈进行连接然后经过联动开关及控制弹簧最后回到电源负极，联动开关实现两条回路的同时开启与闭合，滑环主要由旋转与静止两大部分组成。旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动，静止部分连接设备的固定结构，确保在旋转的同时保证两个回路的正常传输电流。

进一步，所述第一导线上设置有第一滑动变阻器用以调节第一线圈内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第一磁流腔内磁流变材料的粘性以达到实现调节第一阻尼组件阻尼力的目的，所述第二导线上设置有第二滑动变阻器用以调节第二线圈内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第二磁流腔内磁流变材料的粘性以达到实现调节第二阻尼组件阻尼力的目的；第一导线与第二导线均与联动开关连接，通过联动开关的启闭使第一导线和第二导线的通断电保持同步。

进一步，所述联动开关包括上触板与下触板，所述上触板位于所述下触板的上方，所述上触板通过控制弹簧与缠绕于所述缸筒外壁上的拉绳连接，所述控制弹簧连接于所述拉绳的自由端且所述控制弹簧处于拉伸状态，所述拉绳处于紧绷状态，通过拉动拉绳释放控制弹簧的伸长量使所述上触板下移与下触板接合实现第一导线及第二导线的通电，在缸筒的外壁上缠绕拉绳，当拉动拉绳时，拉绳带动缸筒与转子的旋转，使系统运转。拉绳的下端连接控制弹簧，将联动开关的上触板通过导线与控制弹簧连接并固定在控制弹簧一侧，下触板与拉绳进行固定。在拉绳下拉时由于控制弹簧与拉绳的刚度不同则弹簧的伸长量大于拉绳的伸长量，使得上触板与下触板接触回路导通。

进一步，所述活塞导杆为双轴杆，所述螺杆滑设于双轴杆上以限定其转动，所述活塞导杆的自由端形成一端盖与所述外壳的缩径端面固定连接，所述外壳内壁在缩径处形成一内台阶，所述复位弹簧套设于所述活塞导杆上且位于所述内台阶与所述转子之间，所述复位弹簧处于压缩状态，在联动开关断开之后阻尼力消失，阻尼力卸载之后复位弹簧提供复位作用，使活塞与缸筒回到初始的位置。

本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器的操作更加简便和安全，无需庞大且沉重配重块装置，无需额外操作，就可自动断电复位，免除操作者需额外按动电源开关才能进行断电，开关断开，阻尼力消失是为了保证缸筒能在复位弹簧作用下复位，否则复位弹簧推不动阻尼力就无法复位，调节电流的大小即可控制阻尼力的大小，在联动开关断开之后磁场消失，装置中的阻尼力消失，避免传统配重块式健身器回程时由于自身的力量不足而造成肌肉的拉伤，因此更加的安全。采用一螺杆双螺母结构将直线运动变为旋转运动，本阻尼器采用剪切模式，在剪切模式下阻尼力受转速的影响小，与转速成正比关系，阻尼力的变化也更加的连续且均匀。在提供电流之后磁流变材料产生阻尼力，阻尼力的大小根据电流的变化而变化，在电流确定之后，运动过程中外壳内螺槽与转子外螺牙之间的间隙变化，提供与位置行程有关的额外的变化阻尼力，而这个阻尼力的变化是与电流无关的，而且不需要复杂的控制装置，仅仅通过预置式的间隙变化就可实现。

传统的健身器的阻尼力是配重块提供的恒定阻尼力，而本装置中的阻尼力主要由三部分组成：一部分是由复位弹簧提供的弹力，一部分是在一定的磁场下活塞与缸筒内壁间隙的磁流变材料提供的基础阻尼力，基础阻尼力的大小通过电流的大小进行控制，最后一部分为变化的阻尼力，在回路提供一定的电流，运动过程中外壳内螺槽与转子外螺牙之间的间隙不断地减小，在同一电流下的磁流变材料提供的阻尼力逐渐的增大。通常力量和耐力锻炼可以促进肌肉生长，其原因是肌肉在锻炼过程中受到持续刺激，并在刺激后做出恢复的反应，该反应促使肌肉纤维的横截面积增加。磁流变阻尼器能根据自身结构能自动的在转子运动到极限位置的过程中外壳内螺槽与转子外螺牙之间的间隙持续减小，相同电流作用下的阻尼力逐渐增大，确保在锻炼时过程中肌肉受到持续的刺激，有利于更好的健身。

通过控制弹簧与拉绳的刚度不同，控制弹簧的伸长量大于拉绳的伸长量。开关的上触板与下触板接合。利用自身的结构能实现在运动过程中联动开关自动闭合使线圈通电，在回程过程中联动开关自动的断开。代替了传感器和控制装置进行控制开关的闭合与断开，利用传感器控制成本高、长时间使用容易出现故障。而使用拉伸弹簧价格便宜，节约成本。

本装置中的第一磁流腔不需要单独的设置密封装置，采用堵头使得磁流变材料(半固态)跟随转子与外壳的转动而转动，即在只需要在转子与外壳内充满一圈磁流变材料。传统的磁流变阻尼器装置需要全部充满，而本装置减少了材料的使用、成本降低，同时也降低了装置整体的质量和体积。更加符合小型健身器的要求。

通过直流电源提供所需的低压直流电。两个回路中分别设有滑动变阻器，调节每个回路中的电阻值即可控制回路中直流电流的大小，无需提供可变直流稳压电源，只需要直流电源，通过设备自身的变阻器调节电流降低了成本。在锻炼时根据自身的需求去调节阻力的大小，响应速度快，通过两个滑动变阻器可以单独的控制各自回路的直流电流，不同的电流产生不同的磁场，在不同的磁场作用下磁流变材料产生不同的阻尼力。

初始状态时，拉绳缠绕在缸筒的外侧，转子处于外壳内的中间位置，复位弹簧左侧固定在外壳内部，右侧与转子左端面接触，拉绳处于收缩状态。拉绳下方的控制弹簧处于松弛状态，上触板与下触板处于断开状态。

工作时，拉动拉绳，拉绳带动缸筒和转子进行旋转，螺杆沿着活塞导杆开始向左移动，复位弹簧被压缩。拉绳下部的控制弹簧伸长，上触板与下触板接触，分别调整两个回路中的滑动电阻提供一定的电流，联动开关闭合。第一线圈和第二线圈分别产生磁场，同时转子在转动的过程中与外壳之间的间隙逐渐减小，使得磁流变材料所产生的阻尼力不断的进行变化。

当拉绳回程时，上触板与下触板在弹簧力的作用下断开，第一线圈与第二线圈断电后磁场消失，转子受左侧复位弹簧的弹力开始旋转，螺杆开始向右移动。外壳与转子之间的堵头在转子旋转时也带着磁流变材料转动，缸筒旋转将拉绳缠绕到缸筒的外侧，整个装置回到最初的状态。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，通过对磁流变材料(例如磁流变脂、磁流变液等)的应用，将磁流变材料产生的阻尼力作为健身器的阻力来源，通过电流大小的变化及磁场下外壳内螺槽与转子外螺牙之间的间隙减小使得阻尼力产生变化来控制磁场的变化进而达到连续调节阻尼力的目的，在拉伸使用时还可进一步因阻尼间隙的减小，进一步提高阻尼力，增强对肌肉的刺激，进而提升健身效果，且本器材体积小、重量轻、不占空间、便于携带，可以被广泛应用于家庭或办公室，便于增加人们的锻炼时间，有利于提高全民身体素质。

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为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A处横截面结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1中A-A处横截面结构示意图，如图所示，本实施例中的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器包括外壳1、缸筒2、活塞3及活塞导杆4，所述缸筒2两端开口，所述外壳1具有一开口端与所述缸筒2外壁滑动配合，所述活塞导杆4作用端与活塞3径向滑动配合且所述活塞导杆的自由端与外壳1固定连接；所述外壳1内设置有复位弹簧5和第一阻尼组件，所述缸筒2内设置有第二阻尼组件；

所述复位弹簧5用于为外壳1及缸筒2之间提供复位弹力；

所述第一阻尼组件用于为所述缸筒2提供电流-间隙双依赖型可调节阻尼力；

所述第二阻尼组件用于为所述缸筒2提供电流依赖型可调节阻尼力。活塞导杆4与外壳1固定连接其连接方式可以是螺纹连接或焊接等，而螺杆6和活塞3径向滑动配合于活塞导杆4上，为了加工制造方便，活塞3与螺杆6可以是一体或分开的，活塞3与螺杆6可以沿着活塞导杆4径向滑动。

实际使用中，外壳1是固定在地面或者墙壁不动的，本发明所有的阻尼力都是提供给缸筒2，用来产生旋转的阻尼力，使用者在拉动拉绳18时，缸筒2旋转，旋转时利用阻尼力给使用者提供健身的阻力。

由于第二阻尼组件的间隙值恒定，因此施加某一个固定的电流后，其产生的阻尼力也就是恒定不变的。所以第二阻尼组件提供的是基于恒定电流产生的基础恒定阻尼力。与第二阻尼组件不同的是，这里的第一阻尼组件的第一磁流腔9a间隙是变化的，因此即使是恒定电流，也会随着螺旋处间隙值的改变，产生变化的阻尼力。而传统的磁流变阻尼力若想实现阻尼的改变，则需要另一套装置实时的改变电流才行，这里仅仅改变间隙就可以变阻尼。

本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器的总阻尼力由三部分组成，第一部分为复位弹簧5的弹力；第二部分为磁场作用下外壳1内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙变化使得磁流变材料能够在恒定电流提供的阻尼力的基础上，进一步产生因间隙变化而改变的阻尼力，磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料，具有响应快、可逆性好(撤去磁场后，又恢复初始状态)以及通过调节磁场大小可控制材料的力学性能连续变化等优点，近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用；第三部分为磁场作用下的活塞3与缸筒2之间磁流变材料提供的基础阻尼力，基础阻尼力的大小与选择的电流大小有关，磁流变材料发展至今，已发展成为包括磁流变液(MRfluids)、磁流变弹性体(MRelastomers)、磁流变泡沫(MRfoams)等成员的大家族，涵盖物理、化学、力学、机械、控制等多学科领域，本发明中用到的磁流变材料主要为磁流变脂和磁流变液。

本实施例中，所述第一阻尼组件包括螺杆6、转子7、第一线圈8a及第一磁流腔9a，所述螺杆6以单自由度径向滑动的方式设置于所述活塞导杆4上，所述转子7端部与所述缸筒2固定连接(一般地转子7端部与缸筒2端部采用焊接进行固定连接)并所述转子7内壁螺纹配合于所述螺杆6外壁且所述转子7外壁螺纹配合于所述外壳1内壁形成一螺杆6两螺母的结构，以此将转子7的转动转化为螺杆6的直线运动，所述第一线圈8a绕制于所述转子7上并随转子7同步转动，所述第一磁流腔9a环设于所述第一线圈8a外侧并受第一线圈8a产生的磁场作用为所述缸筒2提供电流-间隙双依赖型可调节的阻尼力，基于丝杠螺母的原理设计，本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器中的丝杠螺母作为一个转换机构将直线运动转化为旋转运动,采用一螺杆6双螺母的形式即一个螺杆6一个转子7与一个外壳1。转子7安装在螺杆6上并与螺杆6螺纹配合，转子7绕着螺杆6转动，转子7又与外壳1螺纹配合，外壳1与转子7之间螺纹配合旋转，以此实现一螺杆6双螺母的结构。使得整个装置可以实现在电流不变的情况下运动过程中外壳1的内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙变化以此为缸筒2提供变化的阻尼力。

本实施例中，所述转子7的外周设置外螺牙7a与设置于所述外壳1内壁的内螺槽1a螺纹配合，所述外螺牙7a沿其螺牙延伸方向开设凹槽，所述内螺槽1a与所述凹槽之间的间隙用于设置第一线圈8a及第一磁流腔9a，所述第一线圈8a绕制于所述凹槽根部，所述凹槽的槽壁外侧均设置有与其形状相适应的第一隔磁垫10a(隔磁垫用低磁导率的材料做成，具有改变、限制、引导磁力线的作用。将磁力线限制在特定的有用区域，防止分散到其他区域产生副作用或降低效率。)，所述第一磁流腔9a为螺牙环状其内充满磁流变材料且螺牙环两端设置有堵头11用于保持第一磁流腔9a的密封，第一隔磁垫10a的设置主要是为了引导第一线圈8a通电后产生的磁场形成完整的磁回路用以调节磁流变材料的特性，第一磁流腔9a在堵头11的辅助下可以随着转子7相对于外壳1的转动而转动，使得第一磁流腔9a可以一直处于第一线圈8a产生的磁场内，也可以为缸筒2提供变化的阻尼力。

本实施例中，所述外壳1的内螺槽1a公称直径沿远离滑动配合的开口端逐渐变小，所述堵头11为变径堵头11以适应在所述内螺槽1a内运动时保持第一磁流腔9a的密封，内螺槽1a的公称直径逐渐减小是为了保证第一磁流腔9a随着转子7的转动过程中阻尼间隙逐渐变化进而给缸筒2提供变化的阻尼力，同时堵头11为了能够完全导向和完全密封住第一磁流腔9a内的磁流变材料也必须可以适应在转子7连续转动过程中内径的变化。

本实施例中，所述堵头11包括活动刮板11a、内弹性垫11b和外弹性垫11c，所述活动刮板11a的横截面为与所述第一磁流腔9a横截面相适应的T字型结构，所述活动刮板11a的外侧与所述内螺槽1a根部贴合，所述活动刮板11a的内侧开设一弹性槽用于设置适应弹簧11d，所述适应弹簧11d沿所述内螺槽1a的直径方向被压缩，所述适应弹簧11d一端抵接于所述弹性槽根部另一端通过弹簧垫抵接于所述第一线圈8a外侧，所述内弹性垫11b设置于所述活动刮板11a与所述第一线圈8a之间的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔9a的密封，所述外弹性垫11c设置于所述活动刮板11a与所述凹槽外沿的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔9a的密封，设置内弹性垫11b和外弹性垫11c，在保证活动刮板11a导向和变径的同时也保证了在内螺槽1a与转子7外螺牙7a顶之间的间隙变化时刮板也能进行活动。

本实施例中，所述第二阻尼组件包括第二线圈8b和位于第二线圈8b内侧的第二磁流腔9b，所述第二线圈8b嵌设在开设于所述缸筒2内壁的壁槽内，所述第二磁流腔9b位于所述活塞3与所述缸筒2内壁的滑动配合间隙之间，所述活塞3滑动配合面上嵌设两道油封12使所述活塞3圆柱面及所述缸筒2内壁之间形成第二磁流腔9b，所述缸筒2在靠近所述外壳1的端面上设置有第二隔磁垫10b(隔磁垫用低磁导率的材料做成，具有改变、限制、引导磁力线的作用。将磁力线限制在特定的有用区域，防止分散到其他区域产生副作用或降低效率。)。

本实施例中，所述第一线圈8a通过第一导线13a与外置的电源14电连接，所述第二线圈8b通过第二导线13b与外置的电源14电连接，所述缸筒2上开设有供第一导线13a和第二导线13b穿过的通道，所述通道口处设置滑环以保证第一导线13a和第二导线13b在缸筒2转动过程中的正常供电，由于缸筒2在使用时是不断旋转的，如果没有滑环，导线旋转后会发生缠绕以至于断裂。滑环包括一个动环和一个静环，动环与缸筒2固定连接并随缸筒2同步旋转，静环是不转的，而动环与静环之间通过旋转的触点保证电路连通，因此，滑环的使用避免了导线发生缠绕，在缸筒2的上设置滑环，确保在缸筒2旋转的同时两个回路的正常通电，第一导线13a和第二导线13b上分别设有第一滑动变阻器15a和第二滑动变阻器15b，分别控制两个回路上的电流。第一条回路从电源14正极出发经过第一滑动变阻器15a通过滑环后在从缸筒2壁内部穿过然后再从穿过转子7与第一线圈8a进行连接然后经过联动开关及控制弹簧17最后回到电源14负极；第二条回路从电源14正极出发经过第二滑动变阻器15b通过滑环后在从缸筒2壁内部穿过与第二线圈8b进行连接然后经过联动开关及控制弹簧17最后回到电源14负极，联动开关实现两条回路的同时开启与闭合，滑环主要由旋转与静止两大部分组成。旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动，静止部分连接设备的固定结构，确保在旋转的同时保证两个回路的正常传输电流。

本实施例中，所述第一导线13a上设置有第一滑动变阻器15a用以调节第一线圈8a内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第一磁流腔9a内磁流变材料的粘性以达到实现调节第一阻尼组件阻尼力的目的，所述第二导线13b上设置有第二滑动变阻器15b用以调节第二线圈8b内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第二磁流腔9b内磁流变材料的粘性以达到实现调节第二阻尼组件阻尼力的目的；第一导线13a与第二导线13b均与联动开关连接，通过联动开关的启闭使第一导线13a和第二导线13b的通断电保持同步。

本实施例中，所述联动开关包括上触板16a与下触板16b，所述上触板16a位于所述下触板16b的上方，所述上触板16a通过控制弹簧17与缠绕于所述缸筒2外壁上的拉绳18连接，所述控制弹簧17连接于所述拉绳18的自由端且所述控制弹簧17处于拉伸状态，所述拉绳18处于紧绷状态，通过拉动拉绳18释放控制弹簧17的伸长量使所述上触板16a下移与下触板16b接合实现第一导线13a及第二导线13b的通电，在缸筒2的外壁上缠绕拉绳18，当拉动拉绳18时，拉绳18带动缸筒2与转子7的旋转，使系统运转。拉绳18的下端连接控制弹簧17，将联动开关的上触板16a通过导线与控制弹簧17连接并固定在控制弹簧17一侧，下触板16b与拉绳18进行固定。在拉绳18下拉时由于控制弹簧17与拉绳18的刚度不同则弹簧的伸长量大于拉绳18的伸长量，使得上触板16a与下触板16b接触回路导通。

本实施例中，所述活塞导杆4为双轴杆，所述螺杆6滑设于双轴杆上以限定其转动，所述活塞导杆4的自由端形成一端盖与所述外壳1的缩径端面固定连接，所述外壳1内壁在缩径处形成一内台阶，所述复位弹簧5套设于所述活塞导杆4上且位于所述内台阶与所述转子7之间，所述复位弹簧5处于压缩状态，在联动开关断开之后阻尼力消失，阻尼力卸载之后复位弹簧5提供复位作用，使活塞3与缸筒2回到初始的位置。

本发明的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器的操作更加简便和安全,无需额外操作，就可自动断电复位，免除操作者需额外按动电源开关进行断电，开关断开，阻尼力消失是为了保证缸筒2能在复位弹簧5作用下复位，否则复位弹簧5推不动阻尼力就无法复位，调节电流的大小即可控制阻尼力的大小，在联动开关断开之后磁场消失，装置中的阻尼力消失，避免传统配重块式健身器材在回程时由于自身的力量不足而造成肌肉的拉伤，因此更加的安全。采用一螺杆6双螺母结构将直线运动变为旋转运动，本阻尼器采用剪切模式，在剪切模式下阻尼力受转速的影响小，与转速成正比关系，阻尼力的变化也更加的连续且均匀。在提供电流之后磁流变材料产生阻尼力，阻尼力的大小根据电流的变化而变化，在电流确定之后，运动过程中外壳1内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙变化，提供与位置行程有关的额外的变化阻尼力，而这个阻尼力的变化是与电流无关的，而且不需要复杂的控制装置，仅仅通过预置式的间隙变化就可实现。

传统的健身器的阻尼力是配重块提供的恒定阻尼力，而本装置中的阻尼力主要由三部分组成：一部分是由复位弹簧5提供的弹力，一部分是在一定的磁场下活塞3与缸筒2内壁间隙的磁流变材料提供的基础阻尼力，基础阻尼力的大小通过电流的大小进行控制，最后一部分为变化的阻尼力，在回路提供一定的电流，运动过程中外壳1内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙不断地减小，在同一电流下的磁流变材料提供的阻尼力逐渐的增大。通常力量和耐力锻炼可以促进肌肉生长，其原因是肌肉在锻炼过程中受到持续刺激，并在刺激后做出恢复的反应，该反应促使肌肉纤维的横截面积增加。磁流变阻尼器能根据自身结构能自动的在转子7运动到极限位置的过程中外壳1内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙持续减小，相同电流作用下的阻尼力逐渐增大，确保在锻炼时过程中肌肉受到持续的刺激，有利于更好的健身。

通过控制弹簧17与拉绳18的刚度不同，控制弹簧17的伸长量大于拉绳18的伸长量。开关的上触板16a与下触板16b接合。利用自身的结构能实现在运动过程中联动开关自动闭合使线圈通电，在回程过程中联动开关自动的断开。代替了传感器和控制装置进行控制开关的闭合与断开，利用传感器控制成本高、长时间使用容易出现故障。而使用拉伸弹簧价格便宜，节约成本。

本装置中的第一磁流腔9a不需要单独的设置密封装置，采用堵头11使得磁流变材料(半固态)跟随转子7与外壳1的转动而转动，即在只需要在转子7与外壳1内充满一圈磁流变材料。传统的磁流变阻尼器装置需要全部充满，而本装置减少了材料的使用、成本降低，同时也降低了装置整体的质量和体积。更加符合小型健身器的要求。

通过直流电源14提供所需的低压直流电。两个回路中分别设有滑动变阻器，调节每个回路中的电阻值即可控制回路中直流电流的大小，无需提供可变直流稳压电源，只需要直流电源14，通过设备自身的变阻器调节电流降低了成本。在锻炼时根据自身的需求去调节阻力的大小，响应速度快，通过两个滑动变阻器可以单独的控制各自回路的直流电流，不同的电流产生不同的磁场，在不同的磁场作用下磁流变材料产生不同的阻尼力。

初始状态时，拉绳18缠绕在缸筒2的外侧，转子7处于外壳1内的中间位置，复位弹簧5左侧固定在外壳1内部，右侧与转子7左端面接触，拉绳18处于收缩状态。拉绳18下方的控制弹簧17处于松弛状态，上触板16a与下触板16b处于断开状态。

工作时，拉动拉绳18，拉绳18带动缸筒2和转子7进行旋转，螺杆6沿着活塞导杆4开始向左移动，复位弹簧5被压缩。拉绳18下部的控制弹簧17伸长，上触板16a与下触板16b接触，分别调整两个回路中的滑动电阻提供一定的电流，联动开关闭合。第一线圈8a和第二线圈8b分别产生磁场，同时转子7在转动的过程中与外壳1之间的间隙逐渐减小，使得磁流变材料所产生的阻尼力不断的进行变化。

当拉绳18回程时，上触板16a与下触板16b在弹簧力的作用下断开，第一线圈8a与第二线圈8b断电后磁场消失，转子7受左侧复位弹簧5的弹力开始旋转，螺杆6开始向右移动。外壳1与转子7之间的堵头11在转子7旋转时也带着磁流变材料转动，缸筒2旋转将拉绳18缠绕到缸筒2的外侧，整个装置回到最初的状态。

本发明公开的一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，通过对磁流变材料(例如磁流变脂、磁流变液等)的应用，将磁流变材料产生的阻尼力作为健身器的阻力来源，通过电流大小的变化及磁场下外壳1内螺槽1a与转子7外螺牙7a之间的间隙减小使得阻尼力产生变化来控制磁场的变化进而达到连续调节阻尼力的目的，且本器材体积小、重量轻、不占空间、便于携带，可以被广泛应用于家庭或办公室，便于增加人们的锻炼时间，有利于提高全民身体素质。

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 (10)

1.一种基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：包括外壳、缸筒、活塞及活塞导杆，所述缸筒两端开口，所述外壳具有一开口端与所述缸筒外壁滑动配合，所述活塞导杆作用端与活塞径向滑动配合且所述活塞导杆自由端与外壳固定连接；所述外壳内设置有复位弹簧和第一阻尼组件，所述缸筒内设置有第二阻尼组件；

所述复位弹簧用于为外壳及缸筒之间提供复位弹力；

所述第一阻尼组件用于为所述缸筒提供电流-间隙双依赖型可调节阻尼力；

所述第二阻尼组件用于为所述缸筒提供电流依赖型可调节阻尼力。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述第一阻尼组件包括螺杆、转子、第一线圈及第一磁流腔，所述螺杆以单自由度径向滑动的方式设置于所述活塞导杆上，所述转子端部与所述缸筒固定连接并所述转子内壁螺纹配合于所述螺杆外壁且所述转子外壁螺纹配合于所述外壳内壁形成一螺杆两螺母的结构，以此将转子的转动转化为螺杆及外壳的直线运动，所述第一线圈绕制于所述转子上并随转子同步转动，所述第一磁流腔环设于所述第一线圈外侧并受第一线圈产生的磁场作用为所述活塞导杆提供电流-间隙双依赖型可调节的阻尼力。

3.根据权利要求2所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述转子的外周设置外螺牙与设置于所述外壳内壁的内螺槽螺纹配合，所述外螺牙沿其螺牙延伸方向开设凹槽，所述内螺槽与所述凹槽之间的间隙用于设置第一线圈及第一磁流腔，所述第一线圈绕制于所述凹槽根部，所述凹槽的槽壁外侧均设置有与其形状相适应的第一隔磁垫，所述第一磁流腔为螺牙环状其内充满磁流变材料且螺牙环两端设置有堵头用于保持第一磁流腔的密封。

4.根据权利要求3所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述外壳的内螺槽公称直径沿远离滑动配合的开口端逐渐变小，所述堵头为变径堵头以适应在所述内螺槽内运动时保持第一磁流腔的密封。

5.根据权利要求4所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述堵头包括活动刮板、内弹性垫和外弹性垫，所述活动刮板的横截面为与所述第一磁流腔横截面相适应的T字型结构，所述活动刮板的外侧与所述内螺槽根部贴合，所述活动刮板的内侧开设一弹性槽用于设置适应弹簧，所述适应弹簧沿所述内螺槽的直径方向被压缩，所述适应弹簧一端抵接于所述弹性槽根部另一端通过弹簧垫抵接于所述第一线圈外侧，所述内弹性垫设置于所述活动刮板与所述线圈之间的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔的密封，所述外弹性垫设置于所述活动刮板与所述凹槽外沿的缝隙处以适应该处缝隙的变化保持所述第一磁流腔的密封。

6.根据权利要求1所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述第二阻尼组件包括第二线圈和位于第二线圈内侧的第二磁流腔，所述第二线圈嵌设在开设于所述缸筒内壁的壁槽内，所述第二磁流腔位于所述活塞与所述缸筒内壁的滑动配合间隙之间，所述活塞滑动配合面上嵌设两道油封使所述活塞圆柱面及所述缸筒内壁之间形成第二磁流腔，所述缸筒在靠近所述外壳的端面上设置有第二隔磁垫。

7.根据权利要求3或6所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述第一线圈通过第一导线与外置的电源电连接，所述第二线圈通过第二导线与外置的电源电连接，所述缸筒上开设有供第一导线和第二导线穿过的通道，所述通道口处设置滑环以保证第一导线和第二导线的电路连通且导线不会发生缠绕。

8.根据权利要求7所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述第一导线上设置有第一滑动变阻器用以调节第一线圈内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第一磁流腔内磁流变材料的粘性以达到实现调节第一阻尼组件阻尼力的目的，所述第二导线上设置有第二滑动变阻器用以调节第二线圈内的电流大小实现调节磁场强弱进而改变第二磁流腔内磁流变材料的粘性以达到实现调节第二阻尼组件阻尼力的目的；第一导线与第二导线均与联动开关连接，通过联动开关的启闭使第一导线和第二导线的通断电保持同步。

9.根据权利要求8所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述联动开关包括上触板与下触板，所述上触板位于所述下触板的上方，所述上触板通过控制弹簧与缠绕于所述缸筒外壁上的拉绳连接，所述控制弹簧连接于所述拉绳的自由端且所述控制弹簧处于拉伸状态，所述拉绳处于紧绷状态，通过拉动拉绳释放控制弹簧的伸长量使所述上触板下移与下触板接合实现第一导线及第二导线的通电。

10.根据权利要求2所述的基于磁流变材料的自复位健身阻尼器，其特征在于：所述活塞导杆为双轴杆，所述螺杆滑设于双轴杆上以限定其转动，所述活塞导杆的自由端形成一端盖与所述外壳的缩径端面固定连接，所述外壳内壁在缩径处形成一内台阶，所述复位弹簧套设于所述活塞导杆上且位于所述内台阶与所述转子之间，所述复位弹簧处于压缩状态。

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