CN1727720A - 高性能多片旋转式磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁流变液应用技术。包括阻尼器机械装置和控制电路两部分，其机械装置包括两个安有励磁线圈的套筒、两片动盘片和一片静盘片，三者均套装在旋转轴上，静盘片位于中间，两侧各置一动盘片及一套筒；静阻尼片与非导磁材料制作的外壳固联；在静、动阻尼片与旋转轴间设有随轴转动且中间有凸台的动铜套，静阻尼片与该凸台外圆动配合；凸台长度大于静阻尼片厚度，动阻尼片厚度小于所占铜套台阶部分的长度，形成盛放磁流变液的密封空腔；套筒与旋转轴间设有不随轴转动的静铜套；套筒两侧分别有端盖，在端盖中孔处嵌装有滚动轴承。本发明通过减小盛放磁流变液的工作间隙、增大阻尼片面积及增加阻尼片数目、并使磁场被封闭在阻尼器内部等措施，大幅度提高了阻尼力矩值。

Description

高性能多片旋转式磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及磁流变液应用技术，具体涉及磁流变液阻尼装置。

背景技术

磁流变液是智能材料家族中的一条重要分支。磁流变液在零场情况下，表现为流动性能良好的牛顿流体，其表观粘度很小；而在强磁场作用下可在毫秒量级的短时间内，其表观粘度增加两个数量级以上，呈现出类固体特性，且变化过程是连续可逆的。现有技术中，利用磁流变效应响应迅速和易于控制的特点，已设计出适用于主动和半主动控制的阻尼器、制动器、离合器、液压阀、密封装置等较为完整的机电产品，它们具有重量轻，灵敏度高、响应快、噪音小无污染和能耗低等突出优点。但由于磁流变液本身性能特别是剪切屈服应力不高，加之器件散热、结构尺寸等因素影响，使磁流变器件应用领域受到很大制约。

磁流变液在器件中的工作模式有剪切、挤压和混合三种；根据磁流变液工作模式不同，阻尼器相应地分为直线式和旋转式两大类。

目前，美国LORD公司研究设计的磁流变阻尼器产品最有代表性，已成功地应用于汽车座椅的减振。国内此类阻尼器件多局限于直线式阻尼器。CN200320120247.4专利(组合式磁流变旋转阻尼器)中公开了一种旋转式阻尼器。此外还有CN01244463.4(旋转式磁流变液阻尼器)等，这些旋转式阻尼器均只使用单阻尼盘片，且介质工作间隙在1mm以上，这使得其获得的阻尼力矩较小，限制了其使用范围；同时它们的激励电流较大，使线圈发热量大，致使无法长时间正常使用。另外，也还存在磁场损失较大，工作效率不高的缺陷。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种动态剪切力矩高、散热效能好且磁场损耗小的磁流变旋转阻尼器。

本发明解决方案如下：

本发明的磁流变旋转阻尼器包括阻尼器机械装置和控制电路两部分，所述的阻尼器机械装置包括励磁线圈、阻尼盘片及盛有磁流变液的密封空腔，其特征在于所述阻尼器机械装置包括两个内置有励磁线圈的套筒、两片动盘片和一片静盘片，三者均设有中孔，并均套装在旋转轴上，静盘片位于中间，两侧各置一动盘片及一个内置有励磁线圈的套筒。静盘片和两个套筒的外径完全相同，其外圆面上设有由非导磁材料制作的外壳，静阻尼片与外壳固联。在静、动阻尼片与旋转轴间设有随轴转动(例如键配合)且中间有凸台的动铜套，静阻尼片与动铜套的凸台外圆间为动配合，两侧的动阻尼片与动铜套之间为固联，阻止动盘片轴向窜动。凸台的长度大于静阻尼片厚度，动阻尼片厚度小于所占铜套台阶部分的长度，两者之间的差值均在0.6-2mm范围内，使静、动阻尼片之间及动阻尼片与安有励磁线圈的套筒之间形成盛放磁流变液的密封空腔；套筒与旋转轴间设有不随轴转动(动配合)的静铜套，该套筒与静铜套过盈配合；所述内置有励磁线圈的套筒外侧分别设有端盖，该端盖与外壳和套筒均固联，励磁线圈的外接电线由设在端盖上的线孔引出与电源连通；在端盖中孔处嵌装有起支撑作用的滚动轴承；在外壳上设有用以注入磁流变液的小孔及封口装置。

实际使用中可根据剪切力矩的需要，增加静阻尼片到两片或两片以上，相应的使动阻尼片增加到三片或三片以上，动铜套的凸台个数与静阻尼片数相同。

为了防止磁流变液的泄漏，必须进行密封，除提高各装配接触面间粗造度外，根据零部件之间的运动性质分别采用密封胶、柔性薄垫片、O型聚四氟乙烯圈实施密封，能达到密封和减小机械摩擦阻力的双重作用。

本发明阻尼器，由于使用了非导磁内套，把磁场有效地推向阻尼盘片外缘，根据阻尼力矩等于阻尼力臂与阻尼片上各部分阻尼力乘积之和的理论，此设计增大了有效磁场的阻尼力臂，从而大幅度地提高动态阻尼力矩值。另一方面，本发明的磁回路为线圈、端盖、中轴、另侧端盖、套筒、阻尼片、磁流变液、线圈，使中轴成为磁路的一部分，磁场无须通过外壳，这就使得外壳可采用非导磁材料制作，不仅可以节约制作成本，更重要是还能把磁场有效地封闭在阻尼器内部，防止和减少磁场外泄，同时也能够增大散热面积和增强散热效果。与现有技术相比，本发明能够通过减小盛放磁流变液的工作间隙宽度、增大阻尼片面积及增加阻尼片数目等措施，来增大磁流变液和阻尼片表面接触面积，从而大幅度提高阻尼力矩值，解决传统单阻尼片动态剪切力矩过小难题，并且有结构较为紧凑、加工方便等优点。本发明阻尼器，能够用于健身器械、汽车、航空等多个领域。

附图说明

图1为本发明阻尼器实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的磁场分布示意图。

具体实现方式

参见附图1，该阻尼器外型最大尺寸分别为直径180mm、厚度120mm。铝外壳1通过沉头螺钉将静阻尼片13及端盖2固联；3是内置有励磁线圈10的套筒，4为静铜套，5为旋转轴，套筒3与静铜套4之间为过盈配合，并加装O型聚四氟乙烯圈6实施密封，静铜套4与旋转轴5之间为动配合，也就是说，当旋转轴5处于旋转状态时，静铜套4仍然静止不动，静铜套内表面和中轴外表面采用机械摩擦阻力小的O型聚四氟乙烯圈6实施密封。9是与旋转轴5过盈配合的动铜套，它的中部有一凸台，静阻尼片13套装在此处，两者之间为动配合，两动阻尼片12分别安装在动铜套两端的台阶处，并在轴向各用两根沉头螺钉和动铜套凸台固联，防止动片轴向窜动，当旋转轴5处于旋转状态时，动铜套9及两片动阻尼片12均跟随着同步转动，而静阻尼片13仍然静止不动。其中，动铜套凸台的长度为9.5mm，静阻尼片13厚度为8mm，两者之差为盛放磁流变液11的密封空腔宽度；动盘片和套筒内表面之间也为盛放磁流变液的密封空腔，间隙同样为0.8mm。该宽度通常控制在0.6-2mm，本实施例选用0.8mm。8是起支撑作用的滚动轴承，其内圈与旋转轴5过盈装配，外圈固定在端盖2内侧孔中。7为设在铝外壳上用以加注磁流变液的小孔及封口装置，共有四个。

参见图2，当本阻尼器处于工作状态，即励磁线圈被接通电源时，磁力线沿线圈10、端盖2、中轴5、另侧端盖2、阻尼盘片12、13、磁流变液11、线圈10构成回路，由于铝外壳和内铜套的屏蔽作用，能有效控制磁场回路方向和范围，最大限度将磁场引向阻尼片外缘，并封闭在外壳以内，从而增大阻尼力臂值，提高阻尼力矩。

本实施例使用的控制电路部分为现有技术，它包括控制板、传感器、电源等形成的控制信号回路和由控制板、电流表、电源、励磁线圈绕组等形成的励磁电流驱动回路，其所用电源为直流电源。

实施例工作过程：当传感器获取外界要求的力矩值信号后，将信号传给控制回路，电源发生器根据控制信号决定加载到励磁线圈上的电流时机、电流幅值等，实现对阻尼器连续控制。于是在磁流变液工作区域内产生相应强度的激励磁场，MRF粘度急剧增加，发生固液相变，产生磁流变效应，获得阻尼力矩，使旋转轴转速降低或停止。本阻尼器被安装在运动员训练康复机上，代替传统机械摩擦式阻尼装置，阻碍运动员通过脚踏板带动旋转轴旋转，达到训练腿部肌肉的目的。

Claims (2)

1.一种高性能多片旋转式磁流变阻尼器，包括阻尼器机械装置和控制电路两部分，所述的阻尼器机械装置包括励磁线圈、阻尼盘片及盛有磁流变液的密封空腔，其特征在于所述阻尼器机械装置包括两个内置有励磁线圈的套筒、两片动盘片和一片静盘片，三者均设有中孔，并均套装在旋转轴上，静盘片位于中间，两侧各置一动盘片及一个内置有励磁线圈的套筒；静盘片和两个套筒的外径完全相同，其外圆面上设有由非导磁材料制作的外壳，静阻尼片与外壳固联；在静、动阻尼片与旋转轴间设有随轴转动且中间有凸台的动铜套，静阻尼片与动铜套的凸台外圆间为动配合，两侧的动阻尼片与动铜套之间为固联，阻止动盘片轴向窜动；凸台的长度大于静阻尼片厚度，动阻尼片厚度小于所占铜套台阶部分的长度，两者之间的差值均在0.6-2mm范围内，使静、动阻尼片之间及动阻尼片与安有励磁线圈的套筒之间形成盛放磁流变液的密封空腔；套筒与旋转轴间设有不随轴转动的静铜套，该套筒与静铜套过盈配合；所述内置有励磁线圈的套筒外侧分别设有端盖，该端盖与外壳和套筒均固联，励磁线圈的外接电线由设在端盖上的线孔引出与电源连通；在端盖中孔处嵌装有起支撑作用的滚动轴承；在外壳上设有用以注入磁流变液的小孔及封口装置。

2.如权利要求1所述的高性能多片旋转式磁流变阻尼器，其特征在于所述静阻尼片增加到两片或两片以上时，相应的使动阻尼片增加到三片或三片以上，动铜套的凸台个数与静阻尼片数相同。

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