CN2816483Y - 微型汽车磁流变智能减振装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微型汽车磁流变智能减振装置。在工作缸筒一端的孔内装空气膜片与底座空腔形成组合式的储能气囊，底座的底面上开有安装单向阀螺纹孔；工作缸筒内充满磁流变材料，用活塞分隔成两个工作腔；活塞外壁与工作缸筒内壁形成环状阻尼通道，连接工作缸筒的上下两腔；工作缸筒另一端用顶盖压紧密封；所述的活塞其一端开有环形凹槽，环形凹槽相对两端面为倾斜面，环形凹槽内缠绕励磁线圈；三个用非导磁材料制成的导向滑块并分别以间隔120°镶嵌于活塞外表面。它减少漏磁提高磁场利用率，采用组合式储能气囊安装简单且寿命长，阻尼特性好且结构简单紧凑。配上控制器则可以根据实际路况自动调节阻尼特性，实现微型汽车智能减振的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车减振装置，尤其是涉及一种微型汽车磁流变智能减振装置。
技术背景
汽车悬架的阻尼特性是影响汽车平顺性和可操作性的主要因素，为了得到良好的平顺性和轮胎接地能力，对于不同的道路状况、汽车载荷和行驶速度，所要求的阻尼力也不尽相同。传统的汽车悬架系统是按某种特定的路面状况和车辆运行状态进行设计的，其减振装置的特性是不可调的。当路面状况和车辆运行状态超出设计条件时，固定阻尼特性的悬架系统的减振效果将大为降低，轻则影响乘座的舒适性。重则影响行车安全。智能减振装置可以根据工况的具体情况实时地调节汽车悬架的阻尼特性，对于保证汽车良好行驶性能具有极其重要的意义。
磁流变现象由Jacob Rabinow于1948年发现，其简要机理是磁流变材料(Magnetorheological Fluids，简称MRF)在磁场作用下其粘度会随着磁场变化而变化。磁流变液由悬浮于载体液中的可磁化微粒和稳定剂构成。磁流变液粒子的平均直径在1～10μm范围内。无磁场作用时，粒子自由分散在载体液中。当外加磁场作用时，这些粒子在磁场作用下相互吸引，沿着N极和S极之间的磁力线在二极之间形成粒子网状链，从而产生了抗剪应力的作用。外观表现为粘稠的特性，其粘度可随磁场变化而无级变化。对磁场的响应时间在0.1～1ms之间，且磁场越强，粒子链越稳定，抗剪切能力越强。当外加的剪切力低于其传递能力时，粘稠的磁流变液相当于韧性的固体；当外力越过其抗剪能力时，韧性体则被剪断开始流动。当作用磁场消失之后，又立即恢复最初的自由流动状态。磁流变液有许多突出优点：(1)低能耗、低成本；(2)动态范围广，频响高；(3)适应温度范围宽(40℃～150℃)；(4)流变特性不受制造及使用中杂质影响，密封容易。
磁流变减振装置是一种新型的智能结构，主要通过磁场控制磁流变液的粘性来实现阻尼力可调，具有性能可靠、结构简单和适应性强等特点。现在针对磁流变流体的减振装置专利主要包括申请号为200410079249.2的一种汽车悬架系统磁流变阻尼装置，专利号为01245646.2的新型磁流变液减振器，申请号为03132633.1的内藏气囊式双出杆磁流变流体阻尼器，申请号为02817550.6的磁流变阻尼器，申请号为01113535.2的用于车辆的直线型磁流变液阻尼器等，但它们在磁流变减振器的结构设计中，就如何减少结构的漏磁提高磁场利用率以及如何使用简单的结构来确保环形阻尼孔的均匀分布等直接决定减振装置的阻尼特性的关键问题均有待改进，还有如何使储能气囊的设计安装简单有效也是一个亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种微型汽车磁流变智能减振装置，它减少漏磁提高磁场利用率，采用组合式储能气囊与活塞内导结构使结构简单有效。
本实用新型采用的技术方案是：它包括工作缸筒、导磁材料活塞、顶盖、空气膜片以及底座。在工作缸筒一端的孔内装空气膜片用底座与工作缸筒的一端连接，空气膜片与底座空腔形成组合式的储能气囊，底座的底面上开有安装单向阀螺纹孔；工作缸筒内充满磁流变材料，用活塞分隔成两个工作腔；活塞外壁与工作缸筒内壁形成环状阻尼通道，连接工作缸筒的上下两腔；工作缸筒另一端用顶盖压紧密封；所述的活塞其一端开有环形凹槽，环形凹槽相对两端面为倾斜面，环形凹槽内缠绕励磁线圈；三个用不导磁材料制成的导向滑块并分别以间隔120°镶嵌于活塞外表面。
所述的空气膜片为浅碗碟状，其边缘为圆柱环状，材料为氯丁橡胶。
本实用新型具有的有益的效果是：
1)减少漏磁提高磁场利用率：首先由于活塞体上缠绕励磁线圈的凹槽的两端面采用倾斜面，通过有限元数值分析与试验证明，这样的结构可明显减少漏磁提高磁场利用率。其次活塞与工作缸筒均采用高导磁材料并且活塞上镶嵌的导向滑块采用非导磁材料，这样使磁场都从环形阻尼孔中通过，提高利磁场利用率。再次缸盖及其紧固件和底座及其紧固件均采用非导磁材料，这样不会形成磁短路可大幅度减少磁损耗；
2)采用组合式储能气囊安装简单且寿命长：由于采用了由空气膜片与底座空腔组合而成的方式，使气囊的安装非常方便。空气膜片采用氯丁橡胶制成而且由于底座空腔对气囊容积的补充使气囊不易疲劳，从而增长了寿命；
3)阻尼特性好且结构简单紧凑：由于采用了导向滑块，这样可以确保活塞在任何状态都能与工作缸筒形成均匀的阻尼孔，使减振装置的阻尼特性变得优良。导向滑块是均匀的镶嵌与活塞体上的，因此使结构相对简单很多。
本减振装置在不加控制电流的情况下，由于磁流变材料的粘滞特性同样可以产生与传统减振装置一样的功效，配上控制器则可以根据实际路况自动调节阻尼特性，实现微型汽车智能减振的效果。
附图说明
图1是微型汽车磁流变智能减振装置的结构原理剖面图；
图2是活塞结构示意图；
图3是导向滑块结构示意图；
图4是空气膜片结构示意图；
图5是工作缸筒结构示意图；
图6是底座结构示意图；
图7是缸盖结构示意图；
图8是微型汽车磁流变智能减振装置工作原理示意图。
图中：1、单向阀，2、底座，2.1、螺纹孔，2.2、半圆截面的凹槽，3、空气膜片，4、螺栓，5、垫圈，6、工作缸筒，6.1、矩形截面的环形槽，6.2、半圆截面的凹槽，7、闷盖，8、活塞，8.1、中心孔，8.2、倾斜面，8.3、槽，8.4、小孔，8.5、小孔，8.6、斜通孔，，9、励磁线圈，10、导向滑块，11、螺钉，12、密封圈，13、密封圈，14、缸盖，15、垫圈，16、缸盖，16.1、螺钉孔，16.2、通孔，16.3、注液孔，17、上连接头，18、螺栓，19、磁流变材料。
具体实施方式
如图1(a)、图1(b)所示，首先活塞8安装在工作缸筒6内，把工作缸筒6分成两个工作腔，并在工作缸筒6中注满磁流变材料。活塞8通过镶嵌在活塞8外侧的三个导向滑块10在工作缸筒6中定位，使工作缸筒6的内侧与活塞8的外侧形成1.5毫米厚的均匀环形阻尼孔，连接工作缸筒6的两个工作腔。工作缸筒6的上端由缸盖16进行密封，其中活塞杆从缸盖16的中心孔穿到工作缸筒6的外部。工作缸筒6的下端是一个储能气囊，它由空气膜片3与底座2组合而成。空气膜片3放到工作缸筒6与底座2之间，然后用螺栓4和垫圈5对它们进行预紧使工作缸筒6与空气膜片3以及底座2与空气膜片3压紧密封。待其它组件基本安装完毕后，在活塞杆头部与底座2的尾部分别安装上连接头17。
如图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)、图2(c)、图3(a)、图3(b)所示，该活塞8采用DT4工业纯铁制造而成。活塞体上开一环行凹槽，用来缠绕励磁线圈9，两端线头通过小孔8.4与小孔8.5引入活塞中心孔8.1，最终通过斜通孔8.6引出至减振装置外部。线圈绕制完毕后，活塞中心孔8.1用闷盖7堵塞。活塞凹槽的两端面加工成倾斜面8.2。活塞体上沿轴向铣削三道槽8.3用以镶嵌如图3所示的导向滑块10，导向滑块10用螺钉11紧固，安装完毕后需磨削至标准尺寸，使活塞体与工作缸筒内壁能运动自如。
如图1(a)、图1(b)、图4、图5、图6(a)、图6(b)、图7所示，图5所示的工作缸筒6的下端与图6所示的底座2的上端分别开有半圆截面的凹槽6.1、2.2，它们把图4所示的空气膜片3夹在中间，然后通过螺栓4与垫圈5进行压紧密封，这样空气膜片3与底座2的空腔组成了储能气囊。底座2的底面开有螺纹孔2.1，用来安装单向阀1，便于给气囊充气加压。工作缸筒6的上端开有矩形截面的环形槽6.2，用来安装密封圈12。图7所示的缸盖16与工作缸筒6通过螺钉孔16.1用螺栓14与垫圈15连接压紧。缸盖16上打两个注液孔16.3，注液完毕后用螺栓18进行密封。缸盖的中心开一个通孔16.2，并在通孔16.2内加工一环形凹槽用以安装密封圈13。
如图8所示，该微型汽车磁流变智能减振装置的工作原理如下：首先汽车底盘的振动使安装在汽车底盘上的传感器产生信号，然后通过模数转换电路(A/D)对传感器的信号进行采集，控制器对A/D所采集的振动信号进行分析计算并根据汽车的振动模型确定出该时刻减振装置所需输出的最佳阻尼力，随后根据减振装置的阻尼力模型可以方便的计算出励磁线圈所需的传导电流大小。控制器根据计算所得的参数输出相应控制信号至数模转换电路D/A，D/A将数字信号转换成模拟信号，然后使该控制信号通过功率放大电路，最后使励磁线圈的传导电流获得最佳值。当励磁线圈的电流改变以后，由线圈产生的磁场强度随之发生改变，从而导致了阻尼孔中磁流变液的粘度相应变化，最终导致了减振装置输出阻尼力的改变，实现汽车智能减振的效果。
控制器可以采用DSP、ARM或者其他处理能力较强的单片机等，采用数字控制方法，可以使控制器中的算法更丰富。
Claims (2)
1.一种微型汽车磁流变智能减振装置，其特征在于：它包括工作缸筒(6)、导磁材料活塞(8)、顶盖(16)、空气膜片(3)以及底座(2)；在工作缸筒(6)一端的孔内装空气膜片(3)用底座(2)与工作缸筒(6)的一端连接，空气膜片(3)与底座(2)空腔形成组合式的储能气囊，底座(2)的底面上开有安装单向阀(1)螺纹孔(2.1)；工作缸筒(6)内充满磁流变材料(19)，用活塞(8)分隔成两个工作腔；活塞(8)外壁与工作缸筒(6)内壁形成环状阻尼通道，连接工作缸筒(6)的上下两腔；工作缸筒(6)另一端用顶盖(16)压紧密封；所述的活塞(8)其一端开有环形凹槽，环形凹槽相对两端面为倾斜面，环形凹槽内缠绕励磁线圈(9)；三个用不导磁材料制成的导向滑块(10)并分别以间隔120°镶嵌于活塞(8)外表面。
2.根据权利要求1所述的微型汽车磁流变智能减振装置，其特征在于：所述的空气膜片(3)为浅碗碟状，其边缘为圆柱环状，材料为氯丁橡胶。
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