CN117489738A - 一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器 - Google Patents

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CN117489738A CN202410001131.5A CN202410001131A CN117489738A CN 117489738 A CN117489738 A CN 117489738A CN 202410001131 A CN202410001131 A CN 202410001131A CN 117489738 A CN117489738 A CN 117489738A
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张佳伟
钟俊辉
喻理梵
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Abstract

本发明公开了一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括缸体、与缸体间隙配合的活塞头组件，所述活塞头组件设有左活塞杆和右活塞杆，所述左活塞杆和所述右活塞杆通过螺纹连接贯穿所述活塞头组件并向远离的方向延伸，所述活塞头组件包括设在所述左活塞杆和所述右活塞杆上的导磁套筒，所述导磁套筒焊接固定螺旋挡板，在所述螺旋挡板上方由左及右分别过盈安装左绕线架、隔磁环和右绕线架，所述左绕线架与所述隔磁环和所述右绕线架合围成凹槽，所述凹槽内设有励磁线圈，所述左绕线架和所述导磁套筒与活塞头左端盖贴合，所述右绕线架和所述导磁套筒与活塞头右端盖贴合，所述缸体的圆周内表面分别与所述活塞头左端盖和所述活塞头右端盖间隙配合。

Description

一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及阻尼器技术领域，特别是涉及一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变液是一种智能材料，其具有可控性、可逆性和快速响应性等突出优点。以磁流变液为工作介质的磁流变阻尼器，是一种可控的半主动器件，具有结构简单、阻尼力连续可调、能耗低、响应速度快等优点，广泛应用于海洋工程、桥梁结构、建筑和汽车等领域。
磁流变阻尼器常见工作模式有剪切式、剪切阀式、挤压式和阀式，通常在活塞头内设计轴向圆环形或径向圆盘形阻尼间隙，或在活塞与缸体之间设计轴向圆环形阻尼间隙。工作时，活塞头在阻尼器缸体两腔往复运动，磁流变液受迫流过阻尼间隙，给励磁线圈通电将产生垂直于阻尼间隙的闭合磁场，在磁场的作用下，磁流变液的力学特性发生变化，在磁场回路达到磁饱和前，磁流变阻尼器输出的阻尼力随着电流的增大而增大。在一定范围内，控制励磁线圈中的电流大小即可调节磁流变阻尼器输出的阻尼力大小。
衡量磁流变阻尼器阻尼性能的主要指标为输出阻尼力大小和阻尼力可调范围，工程应用中，采取了许多方式改善磁流变阻尼器的性能，如在活塞头处或缸体外部设置多个线圈、采用旁通阀式结构等，但这些方法导致阻尼器外形尺寸过大，使其安装使用受限；或设置复杂曲折的流道、采用小的间隙厚度等，但这些方法易导致阻尼通道堵塞使得输出阻尼力小，或减小阻尼力可调范围。
发明内容
鉴于上述状况，有必要针对现有技术中不改变阻尼器外形尺寸的前提下，输出阻尼力小且可调范围小的问题，提供一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器。
一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括缸体、以及与缸体中部圆周内表面间隙配合的活塞头组件，所述活塞头组件沿轴线方向设置有左活塞杆和右活塞杆，所述左活塞杆和所述右活塞杆通过螺纹连接贯穿所述活塞头组件并向远离所述活塞头组件的方向延伸，所述活塞头组件包括设置在所述左活塞杆和所述右活塞杆上的导磁套筒，所述导磁套筒的外表面焊接固定的螺旋挡板，以及所述螺旋挡板上方由左及右分别过盈安装左绕线架、隔磁环和右绕线架，所述左绕线架与所述隔磁环和所述右绕线架上端中部合围成凹槽，所述凹槽内设置有励磁线圈，所述左绕线架的左端面和所述导磁套筒的左端面与活塞头左端盖的右端面贴合，所述右绕线架的右端面和所述导磁套筒的右端面与活塞头右端盖的左端面贴合，所述缸体的圆周内表面分别与所述活塞头左端盖和所述活塞头右端盖间隙配合。
所述左绕线架、所述隔磁环、所述右绕线架和所述导磁套筒与所述螺旋挡板之间的间隙构成圆柱螺旋形液流流道，所述螺旋挡板阻碍磁流变液进行轴向流动，磁流变液在圆柱螺旋形液流流道内沿着螺旋挡板作螺旋状的流动。
本发明提出的磁流变阻尼器结构简单，制造、安装方便，螺旋挡板增加了有效阻尼通道的长度，充分利用了活塞头的有限体积，同时将隔磁环布置在左绕线架和右绕线架之间，使磁力线扭转垂直于除隔磁环区域外的整段圆柱螺旋形液流流道，磁流变液在圆柱螺旋形液流流道内沿着螺旋挡板作螺旋状的流动，磁流变阻尼器液流流道不弯折，不容易发生堵塞现象，提高了磁场利用率，因此当励磁线圈消耗更小的功率时磁流变阻尼器也能产生足够的阻尼效果，在不改变磁流变阻尼器外形尺寸的前提下，能够输出较大的可控阻尼力，且拥有较宽的阻尼力可调范围。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述左活塞杆包括第一左轴段和第二左轴段，所述第一左轴段和所述第二左轴段为轴径大小不同轴段，所述第一左轴段和所述第二左轴段的交汇处形成左轴肩，所述右活塞杆包括第一右轴段和第二右轴段，所述第一右轴段和第二右轴段为轴径大小不同轴段，所述第一右轴段和第二右轴段的交汇处形成右轴肩，所述活塞头左端盖通过所述左轴肩进行轴向定位，所述活塞头右端盖通过所述右轴肩进行轴向定位，所述左活塞杆的第二左轴段的一端与所述右活塞杆的第二右轴段的一端螺纹连接。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述螺旋挡板具有螺旋升角的圆柱螺旋状，所述螺旋挡板数量若干且固定焊接并均匀分布在所述导磁套筒外圆周上。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述隔磁环用于改变闭合磁场回路的路径，当所述励磁线圈中通入一定大小的电流时，电磁感应产生的磁场依次经过所述缸体、所述左绕线架、所述圆柱螺旋形液流流道、所述导磁套筒，再次经过所述圆柱螺旋形液流流道到达所述右绕线架，最终返回所述缸体，形成闭合磁场回路，并在所述圆柱螺旋形液流流道内形成垂直于液流方向的可控磁场。
本发明具有较好的可靠性，励磁线圈不与磁流变液直接接触，不会受到高压磁流变液液体的冲刷和挤压，从而避免了励磁线圈出现短路或断路问题。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述缸体左端内侧与左端盖过渡配合，所述左端盖与所述左活塞杆间隙配合，所述左端盖和所述缸体与端罩通过螺钉固定连接，所述端罩通过螺纹固定连接左吊耳，所述缸体右端内侧与右端盖过渡配合，所述右端盖与所述右活塞杆间隙配合，所述右活塞杆通过螺纹固定连接右吊耳。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述左端盖、所述缸体和所述活塞头左端盖合围区域构成磁流变阻尼器左腔，所述右端盖、所述缸体和所述右端盖合围区域构成磁流变阻尼器右腔。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述活塞头左端盖和所述活塞头右端盖轴向均匀设有活塞头左端盖导流槽和活塞头右端盖导流槽，所述活塞头左端盖导流槽和所述活塞头右端盖导流槽与圆柱螺旋形液流流道间隙适配，在活塞头组件左右往复运动时，磁流变液流动通过所述导流槽进入活塞头组件。
本发明中，活塞头组件左右运动时，磁流变液将在所述磁流变阻尼器左腔、所述圆柱螺旋形液流流道及所述磁流变阻尼器右腔之间往复流动。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述缸体、所述左绕线架、所述导磁套筒和所述右绕线架均为导磁材料。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述隔磁环、所述螺旋挡板、所述活塞头左端盖、所述活塞头右端盖、所述左活塞杆和所述右活塞杆均为非导磁材料。
进一步地，所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，包括所述右绕线架、所述活塞头右端盖、所述右活塞杆和所述右吊耳设有引线孔，所述励磁线圈的导线依次通过上述引线孔引出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例的圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器整体结构示意图。
图2是本发明第一实施例的缸体和活塞头组件结构及磁力线分布图。
图3是本发明第一实施例的活塞头组件向左运动磁流变液流向示意图。
图4是本发明第一实施例的缸体和活塞头组件左视图。
图5是本发明第一实施例的活塞头左端盖结构示意图。
附图标记：1、活塞头组件；11、活塞头左端盖；111、活塞头左端盖导流槽；12、左绕线架；13、隔磁环；14、励磁线圈；15、右绕线架；16、螺旋挡板；17、导磁套筒；18、活塞头右端盖；2、左吊耳；3、端罩；4、左活塞杆；41、第一左轴段；42、第二左轴段；43、左轴肩；5、左端盖；6、右端盖；7、右活塞杆；71、第一右轴段；72、第二右轴段；73、右轴肩；8、右吊耳；9、引线孔；10、缸体；20、圆柱螺旋形液流流道；20a、圆柱螺旋形液流a流道：20b、圆柱螺旋形液流b流道；20c、圆柱螺旋形液流c流道；20d、圆柱螺旋形液流d流道。21、磁流变阻尼器左腔；22、磁流变阻尼器右腔。以下将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号数据表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实施例和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，所述圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器包括缸体10以及与所述缸体10中部圆周内表面间隙配合的活塞头组件1，所述活塞头组件1沿轴线方向设置有左活塞杆4和右活塞杆7，所述左活塞杆4和所述右活塞杆7通过螺纹连接贯穿所述活塞头组件1并向远离所述活塞头组件1的方向延伸，所述活塞头组件1包括设置在所述左活塞杆4和所述右活塞杆7上的导磁套筒17，所述导磁套筒17的外表面焊接固定的螺旋挡板16，以及所述螺旋挡板16上方由左及右分别过盈安装左绕线架12、隔磁环13和右绕线架15，所述左绕线架12与所述隔磁环13和所述右绕线架15上端中部合围成凹槽，所述凹槽内设置有励磁线圈14，所述左绕线架12的左端面、所述导磁套筒17的左端面与活塞头左端盖11的右端面贴合，所述右绕线架15的右端面、所述导磁套筒17的右端面与活塞头右端盖18的左端面贴合，所述缸体10的圆周内表面分别与活塞头左端盖11和活塞头右端盖18间隙配合，所述左活塞杆4包括第一左轴段41和第二左轴段42，所述第一左轴段41和所述第二左轴段42的交汇处形成左轴肩43，所述右活塞杆7包括第一右轴段71和第二右轴段72，所述第一右轴段71和第二右轴段72的交汇处形成右轴肩73，所述活塞头左端盖11通过所述左轴肩43进行轴向定位，所述活塞头右端盖18通过所述右轴肩73进行轴向定位，所述第二左轴段42的另一端与所述第二右轴段72的另一端螺纹连接，所述缸体10左端内侧与左端盖5过渡配合，所述左端盖5与所述左活塞杆4间隙配合，所述左端盖5和所述缸体10与端罩3通过螺钉固定连接，所述端罩3通过螺纹固定连接左吊耳2，所述缸体10右端内侧与右端盖6过渡配合，所述右端盖6与所述右活塞杆7间隙配合，所述右活塞杆7通过螺纹固定连接右吊耳8。所述左端盖5、所述缸体10和所述活塞头左端盖11合围区域构成磁流变阻尼器左腔21，所述右端盖6、所述缸体10和所述活塞头右端盖18合围区域构成磁流变阻尼器右腔22，所述右绕线架15、所述活塞头右端盖18、所述右活塞杆7和所述右吊耳8设有引线孔9，所述励磁线圈14的导线依次通过上述引线孔9引出。
如图2所示，所述缸体10、所述左绕线架12、所述导磁套筒17和所述右绕线架15均为导磁材料，所述隔磁环13用于改变闭合磁场回路的路径，当所述励磁线圈14中通入一定大小的电流时，电磁感应产生的磁场依次经过所述缸体10、所述左绕线架12、所述圆柱螺旋形液流流道20、所述导磁套筒17，再次经过所述圆柱螺旋形液流流道20到达所述右绕线架15，最终返回所述缸体10，形成闭合磁场回路，并在所述圆柱螺旋形液流流道20内形成垂直于液流方向的可控磁场，本发明具有较好的可靠性，励磁线圈14不与磁流变液直接接触，不会受到高压磁流变液液体的冲刷和挤压，从而避免了励磁线圈14出现短路或断路问题。
如图1和图3-图4所示，所述螺旋挡板16具有螺旋升角的圆柱螺旋状，所述螺旋挡板16数量若干且固定焊接并均匀分布在所述导磁套筒17外圆周上，所述左绕线架12、所述隔磁环13、所述右绕线架15、所述导磁套筒17和所述螺旋挡板16之间的间隙分别构成圆柱螺旋形液流a流道20a、圆柱螺旋形液流b流道20b、圆柱螺旋形液流c流道20c和圆柱螺旋形液流d流道20d，所述螺旋挡板16阻碍磁流变液进行轴向流动，磁流变液在圆柱螺旋形液流流道20内沿着螺旋挡板16作螺旋状的流动。所述活塞头组件1向右运动时，磁流变液从磁流变阻尼器右腔22流经所述活塞头组件1再流向磁流变阻尼器左腔21，流道内磁流变液沿着螺旋挡板16的方向向左作螺旋流动，圆柱螺旋形液流流道20的高度即为螺旋挡板16的厚度，圆柱螺旋形液流流道不弯折，不容易发生堵塞现象。可以理解的是，圆柱螺旋形液流流道20在图3和图4中所示的圆柱螺旋形液流a流道20a、圆柱螺旋形液流b流道20b、圆柱螺旋形液流c流道20c和圆柱螺旋形液流d流道20d，只是作为举例说明，不是限定数量。
如图2和图5所示，所述活塞头左端盖11设有轴向均匀活塞头左端盖导流槽111，所述活塞头左端盖导流槽111与圆柱螺旋形液流流道20间隙适配，可以理解的是，活塞头右端盖18也设有轴向均匀活塞头右端盖导流槽并与圆柱螺旋形液流流道20间隙适配，在活塞头组件1左右往复运动时，磁流变液流通过所述活塞头左端盖导流槽111进入所述活塞头组件1，磁流变液将在所述磁流变阻尼器左腔21、所述圆柱螺旋形液流流道20及所述磁流变阻尼器右腔22之间往复流动，所述活塞头左端盖11和所述活塞头右端盖18均为不导磁材料，将磁场回路约束在活塞头组件1内部。
本发明采用的磁流变阻尼器结构简单，制造、安装方便，螺旋挡板16增加了有效阻尼流道的长度，充分利用了活塞内部的有限体积，同时将隔磁环13布置在左绕线架12和右绕线架15之间，使磁力线扭转垂直于除隔磁环13区域外的整段圆柱螺旋形液流流道20，提高了磁场利用率，因此当励磁线圈14消耗更小的功率时磁流变阻尼器也能产生足够的阻尼效果，在不改变磁流变阻尼器外形尺寸的前提下，能够输出较大的可控阻尼力，且拥有较宽的阻尼力可调范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：包括缸体、以及与所述缸体中部圆周内表面间隙配合的活塞头组件，所述活塞头组件沿轴线方向设置有左活塞杆和右活塞杆，所述左活塞杆和所述右活塞杆通过螺纹连接贯穿所述活塞头组件并向远离所述活塞头组件的方向延伸，所述活塞头组件包括设置在所述左活塞杆和所述右活塞杆上的导磁套筒，所述导磁套筒的外表面焊接固定的螺旋挡板，以及在所述螺旋挡板上方由左及右分别过盈安装左绕线架、隔磁环和右绕线架，所述左绕线架与所述隔磁环和所述右绕线架上端中部合围成凹槽，所述凹槽内设置有励磁线圈，所述左绕线架的左端面和所述导磁套筒的左端面与活塞头左端盖的右端面贴合，所述右绕线架的右端面和所述导磁套筒的右端面与活塞头右端盖的左端面贴合，所述缸体的圆周内表面分别与所述活塞头左端盖和所述活塞头右端盖间隙配合；
所述左绕线架、所述隔磁环、所述右绕线架和所述导磁套筒与所述螺旋挡板之间的间隙构成圆柱螺旋形液流流道，所述螺旋挡板阻碍磁流变液进行轴向流动，磁流变液在圆柱螺旋形液流流道内沿着螺旋挡板作螺旋状的流动。
2.根据权利要求1所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述左活塞杆包括第一左轴段和第二左轴段，所述第一左轴段和所述第二左轴段为轴径大小不同轴段，所述第一左轴段和所述第二左轴段的交汇处形成左轴肩，所述右活塞杆包括第一右轴段和第二右轴段，所述第一右轴段和第二右轴段为轴径大小不同轴段，所述第一右轴段和第二右轴段的交汇处形成右轴肩，所述活塞头左端盖通过所述左轴肩进行轴向定位，所述活塞头右端盖通过所述右轴肩进行轴向定位，所述左活塞杆的第二左轴段的一端与所述右活塞杆的第二右轴段的一端螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述螺旋挡板具有螺旋升角的圆柱螺旋状，所述螺旋挡板数量若干且固定焊接并均匀分布在所述导磁套筒外圆周上。
4.根据权利要求1所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸体左端内侧与左端盖过渡配合，所述左端盖与所述左活塞杆间隙配合，所述左端盖和所述缸体与端罩通过螺钉固定连接，所述端罩螺纹通过固定连接左吊耳，所述缸体右端内侧与右端盖过渡配合，所述右端盖与所述右活塞杆间隙配合，所述右活塞杆通过螺纹固定连接右吊耳。
5.根据权利要求4所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述左端盖、所述缸体和所述活塞头左端盖合围区域构成磁流变阻尼器左腔，所述右端盖、所述缸体和所述活塞头右端盖合围区域构成磁流变阻尼器右腔。
6.根据权利要求1所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸体、所述左绕线架、所述导磁套筒和所述右绕线架均为导磁材料。
7.根据权利要求2所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述隔磁环、所述螺旋挡板、所述活塞头左端盖、所述活塞头右端盖、所述左活塞杆和所述右活塞杆均为非导磁材料。
8.根据权利要求4所述的具有圆柱螺旋形液流流道的磁流变阻尼器，其特征在于：所述右绕线架、所述活塞头右端盖、所述右活塞杆和所述右吊耳设有引线孔，所述励磁线圈的导线依次通过上述引线孔引出。
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