RU2506476C1

RU2506476C1 - Piston-type magneto-liquid shock absorber

Info

Publication number: RU2506476C1
Application number: RU2012121982/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Морозов; Сергей Александрович Нестеров
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2014-02-10
Also published as: RU2012121982A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to machine building industry. A shock absorber includes a cylindrical housing with a compensating chamber, which is filled with magnetic liquid. A hollow stock with a piston assembly is arranged in the housing. The piston consists of two parts put one into another, installed with gaps and forming a system of alternating poles. Each part of the piston includes a pole disc with pole pins. The value of gaps between end faces of pole pins and pole discs of opposite parts of the piston is larger by 3-4 times than the value of gaps between pole pins. A magnetising coil is equipped with a sealed non-magnetic cylindrical casing and located in a cavity formed with a stock and pole discs with pole pins. The housing is made from non-magnetic material. The piston is installed in the housing with a gap.

EFFECT: enlarging the range of changes of power characteristic and increasing service life of a shock absorber.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам гашения колебаний и вибрационной защиты.The invention relates to mechanical engineering, namely to devices for damping vibrations and vibration protection.

Известен магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2232316, МПК F16F 9/53, 2004 г.), содержащий корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части, канал, соединяющий обе части этой полости, шток с размещенными в нем проводами, магнит, состоящий из обмотки и сердечника и создающий в проходящем через сердечник указанном канале магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала.Known magnetorheological shock absorber (RF Patent No. 2232316, IPC F16F 9/53, 2004), comprising a housing with a hydraulic cavity filled with magnetorheological fluid and divided by a piston into two parts, a channel connecting both parts of this cavity, a rod with wires placed in it , a magnet consisting of a winding and a core and creating a magnetic field in the specified channel passing through the core with field lines directed along the channel axis.

Недостатками указанного амортизатора является то, что рассеяние механической энергии колебаний происходит в узком канале поршня, что приводит к местным перегревам и, как следствие, к нарушению стабильной работы устройства. Также присутствует неэффективное использование объема поршня и создаваемого катушкой магнитного поля, так как рабочим пространством является лишь узкий канал в поршне.The disadvantages of this shock absorber is that the dissipation of the mechanical vibrational energy occurs in a narrow piston channel, which leads to local overheating and, as a result, to a violation of the stable operation of the device. There is also an inefficient use of the volume of the piston and the magnetic field created by the coil, since the working space is only a narrow channel in the piston.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является регулируемый магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2068513, МПК F16F 6/00, 1996 г.), принятый за прототип. Регулируемый магнитореологический амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью корпус с цилиндрической камерой, размещенный в ней полый шток, поршень, выполненный в виде сердечника, соединенных с различными полюсами сердечника полюсных зубцов, встречно направленных, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующих шайб с пазами. Антифрикционные прокладки расположены между обращенными друг к другу поверхностями магнитоизолирующих шайб с охватом полюсных зубцов. Соленоидная катушка установлена на сердечнике.Closest to the claimed technical solution is an adjustable magnetorheological shock absorber (RF Patent No. 2068513, IPC F16F 6/00, 1996), adopted as a prototype. The adjustable magnetorheological shock absorber contains a housing filled with magnetic fluid with a cylindrical chamber, a hollow rod located in it, a piston made in the form of a core connected to different poles of the pole of the tooth teeth, counter-directed, installed with gaps and forming a system of alternating poles, magnetically insulating washers with grooves. Antifriction pads are located between facing each other surfaces of magnetically insulating washers with coverage of pole teeth. A solenoid coil is mounted on the core.

Недостаток указанного амортизатора состоит в наличии фрикционного взаимодействия между поршнем и корпусом, что при интенсивной эксплуатации ведет к износу антифрикционной прокладки и выходу амортизатора из строя. Эффективность демпфирования в данной конструкции занижена из-за большого потока рассеяния между зубцами одного полюса и диском другого полюса, а также между полюсами и корпусом через фрикционную прокладку, и, как следствие, неполного использования магнитного потока, а также малого объема магнитной жидкости, на которую воздействует управляющее магнитное поле.The disadvantage of this shock absorber is the presence of frictional interaction between the piston and the housing, which during intensive use leads to wear of the antifriction gasket and the failure of the shock absorber. The damping efficiency in this design is underestimated due to the large scattering flux between the teeth of one pole and the disk of the other pole, as well as between the poles and the housing through the friction gasket, and, as a result, the incomplete use of the magnetic flux, as well as the small volume of magnetic fluid onto which a control magnetic field is applied.

Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является расширение диапазона изменений силовой характеристики и увеличение срока службы магнитожидкостного амортизатора.The technical result from the use of the proposed device is to expand the range of changes in power characteristics and increase the service life of the magneto-liquid shock absorber.

Указанный технический результат достигается тем, что поршневой магнитожидкостный амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой, помещенные в корпус полый шток со сборным поршнем, состоящим из двух частей, вложенных одна в другую, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, каждая часть поршня содержит полюсный диск с полюсными пальцами, при этом величина зазоров между торцами полюсных пальцев и полюсными дисками противоположных частей поршня в 3-4 раза больше величины зазоров между полюсными пальцами, катушка управления снабжена герметичным немагнитным цилиндрическим кожухом и расположена в полости, образованной штоком и полюсными дисками с полюсными пальцами, корпус выполнен из немагнитного материала, а поршень установлен в корпусе с зазором. Полюсные пальцы имеют поперечные сечения либо прямоугольной формы, либо трапецеидальной формы, либо в сочетании.The specified technical result is achieved in that the piston magneto-liquid shock absorber comprises a cylindrical body filled with magnetic fluid with a compensation chamber, a hollow rod placed in the body with a pre-assembled piston consisting of two parts, inserted one into another, installed with gaps and forming a system of alternating poles, each part the piston contains a pole disk with pole fingers, while the gap between the ends of the pole fingers and the pole discs of the opposite parts of the piston is 3-4 times greater Before the gaps between the pole fingers, the control coil is equipped with a sealed non-magnetic cylindrical casing and is located in the cavity formed by the rod and pole disks with pole fingers, the housing is made of non-magnetic material, and the piston is installed in the housing with a gap. The pole fingers have cross sections either of rectangular shape, or trapezoidal shape, or in combination.

На фиг.1 изображен общий вид магнитожидкостного амортизатора с двумя поперечными сечениями.Figure 1 shows a General view of a magneto-liquid shock absorber with two cross sections.

На фиг.2 изображен шток с поршнем с разнесением в пространстве составляющих частей.Figure 2 shows the rod with a piston with spacing in space of the component parts.

На фиг.3 показано распределение магнитного поля в зазорах системы.Figure 3 shows the distribution of the magnetic field in the gaps of the system.

На фиг.4 показаны варианты исполнения полюсных пальцев.Figure 4 shows the versions of the pole fingers.

Управляемый магнитожидкостный амортизатор (фиг.1) состоит из немагнитного корпуса 1 и разделительного поршня 2 с уплотнительным кольцом 3. Разделительный поршень 2 делит корпус на две камеры: рабочую камеру 4, заполненную магнитной жидкостью, и компенсационную камеру 5, заполненную воздухом или азотом под давлением, обеспечивающим необходимую силовую характеристику амортизатора. В рабочую камеру 4 помещен шток 6 с поршнем 7, их изображение представлено на фиг.2. Поршень 7 состоит из двух частей, вложенных одна в другую и установленных с зазорами, обеспечивающими возможность для перемещения магнитной жидкости при движении поршня. Каждая часть поршня 7 содержит полюсный диск 8 с полюсными пальцами 9. Полюсные диски 8 с полюсными пальцами 9 образуют систему чередующихся полюсов с зазорами 10 между полюсными пальцами для обеспечения возможности перетекания магнитной жидкости при движении поршня и с зазором между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня для уменьшения магнитного потока рассеяния. Величина зазора между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня в 3-4 раза больше величины зазоров 10 между полюсными пальцами. Поршень 7 и внутренняя поверхность немагнитного корпуса 1 образуют кольцевой зазор 11, обеспечивающий возможность перемещения магнитной жидкости при движении поршня. В зазорах 10 и 11 текущая магнитная жидкость находится под воздействием магнитного поля системы чередующихся полюсов поршня 7. В полости, образованной полюсными дисками 8 с полюсными пальцами 9 и штоком 6, помещена катушка управления 12 в герметичном немагнитном цилиндрическом кожухе 13. Катушка управления 12 подсоединена к источнику питания проводами, выведенными через отверстие 14 в штоке 6. Для сохранения давления в рабочей камере 4 и предотвращения выплескивания магнитной жидкости в зазоре между корпусом 1 и штоком 6 установлено уплотнительное кольцо 15.The controlled magneto-liquid shock absorber (Fig. 1) consists of a non-magnetic housing 1 and a separation piston 2 with a sealing ring 3. The separation piston 2 divides the housing into two chambers: a working chamber 4 filled with magnetic fluid and a compensation chamber 5 filled with air or nitrogen under pressure providing the necessary power characteristic of the shock absorber. In the working chamber 4 is placed the rod 6 with the piston 7, their image is presented in figure 2. The piston 7 consists of two parts, nested one in the other and installed with gaps, providing the ability to move the magnetic fluid when the piston moves. Each part of the piston 7 contains a pole disc 8 with pole fingers 9. The pole discs 8 with pole fingers 9 form a system of alternating poles with gaps 10 between the pole fingers to allow magnetic fluid to flow when the piston moves and with a gap between the end parts of the pole fingers and the pole disk opposite part of the piston to reduce the magnetic flux scattering. The gap between the end parts of the pole fingers and the pole disk of the opposite part of the piston is 3-4 times larger than the gap 10 between the pole fingers. The piston 7 and the inner surface of the non-magnetic housing 1 form an annular gap 11, which allows the movement of magnetic fluid when the piston moves. In gaps 10 and 11, the flowing magnetic fluid is affected by the magnetic field of the system of alternating poles of the piston 7. In the cavity formed by the pole disks 8 with the pole fingers 9 and the stem 6, the control coil 12 is placed in a sealed non-magnetic cylindrical casing 13. The control coil 12 is connected to to the power source with wires output through the hole 14 in the rod 6. To maintain pressure in the working chamber 4 and to prevent splashing of the magnetic fluid in the gap between the housing 1 and the rod 6 is installed sealing e ring 15.

В зависимости от технологии изготовления и требуемых эффектов при работе возможно несколько конструктивных исполнений полюсных пальцев 9, которые показаны на фиг.4. На фиг.4,а один полюсный диск 8 имеет полюсные пальцы 9 прямоугольного сечения, а другой - трапецеидального, что позволяет получить равномерный зазор 10 между полюсными пальцами. На фиг.4,б оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового прямоугольного сечения, что обеспечивает идентичность полюсов и упрощение технологии их изготовления. На фиг.4,в оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового трапецеидального сечения, что позволяет изготавливать их фрезерованием одной фрезой и создает неравномерный зазор 10 между полюсными пальцами, уменьшающийся к наружной поверхности поршня 7, что способствует увеличению силы центрирования.Depending on the manufacturing technology and the desired effects during operation, several designs of the pole fingers 9 are possible, which are shown in Fig. 4. Figure 4, and one pole disk 8 has pole fingers 9 of rectangular cross section, and the other is trapezoidal, which allows to obtain a uniform gap 10 between the pole fingers. In figure 4, b, both pole discs 8 have pole fingers 9 of the same rectangular cross-section, which ensures the identity of the poles and simplifies the technology of their manufacture. In Fig. 4, both pole discs 8 have pole fingers 9 of the same trapezoidal section, which makes it possible to produce them by milling with one mill and creates an uneven gap 10 between the pole fingers, decreasing to the outer surface of the piston 7, which increases the centering force.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

В статическом состоянии поршень 7 относительно корпуса 1 неподвижен и протекания магнитной жидкости по зазорам 10 и 11 не происходит. В этот момент возможна подача напряжения на катушку управления 12 для структурирования магнитной жидкости в зазорах 10 и 11 и увеличения усилия первоначального сдвига поршня 7, если это необходимо по условиям эксплуатации. Структурирование магнитной жидкости поддерживается остаточным магнитным потоком и после отключения катушки.In a static state, the piston 7 relative to the housing 1 is stationary and the flow of magnetic fluid through the gaps 10 and 11 does not occur. At this point, it is possible to supply voltage to the control coil 12 to structure the magnetic fluid in the gaps 10 and 11 and increase the initial shear force of the piston 7, if necessary under operating conditions. The structuring of the magnetic fluid is supported by the residual magnetic flux even after the coil is turned off.

Под воздействием внешнего возмущения шток 6 с закрепленным на нем поршнем 7 совершает колебательные движения относительно немагнитного корпуса 1. Гашение колебаний производится за счет перетока магнитной жидкости через зазоры 10 между полюсными пальцами и кольцевой зазор 11 между поршнем 7 и немагнитным корпусом 1. Для изменения диссипативных свойств магнитной жидкости и, следовательно, эффективности демпфирования на зажимы катушки управления 12 подают напряжение, протекает ток и создается магнитный поток. Магнитный поток замыкается через зазоры 10 и 11 и воздействует на магнитную жидкость, изменяя ее вязкостные свойства и, как следствие, демпфирующую характеристику амортизатора.Under the influence of an external disturbance, the rod 6 with the piston 7 fixed on it makes oscillatory movements with respect to the non-magnetic housing 1. The vibration is damped by the flow of magnetic fluid through the gaps 10 between the pole fingers and the annular gap 11 between the piston 7 and the non-magnetic housing 1. To change the dissipative properties magnetic fluid and, therefore, the damping efficiency on the terminals of the control coil 12 supply voltage, current flows and creates a magnetic flux. The magnetic flux closes through the gaps 10 and 11 and acts on the magnetic fluid, changing its viscosity properties and, as a result, the damping characteristic of the shock absorber.

Магнитный поток, замыкающийся через внешние поверхности полюсных пальцев 9 в кольцевом зазоре 11 (фиг.3), при воздействии на магнитную жидкость создает центрирующую поршень 7 силу, величину которой можно оценить выражениемThe magnetic flux closing through the outer surfaces of the pole fingers 9 in the annular gap 11 (Fig.3), when exposed to magnetic fluid creates a centering piston 7 force, the value of which can be estimated by the expression

F_H=µ_OM_SH_MS, (1)F _H = µ _O M _S H _M S, (1)

где F_H- несущая сила опоры; µ_O - магнитная проницаемость вакуума; M_S - намагниченность насыщения магнитной жидкости; H_M- максимальное значение напряженности магнитного поля на поверхности немагнитного корпуса; S - площадь опоры в плоскости, перпендикулярной опорной силе.where F _H is the bearing force of the support; µ _O is the magnetic permeability of the vacuum; M _S is the saturation magnetization of the magnetic fluid; H _M - the maximum value of the magnetic field on the surface of a non-magnetic body; S is the area of the support in a plane perpendicular to the supporting force.

Полученная сила центрирует поршень 7 в немагнитном корпусе 1 и предотвращает фрикционное взаимодействие между ними при колебании поршня 7. Жесткость такой магнитожидкостной опоры тем больше, чем меньше кольцевой зазор 11.The resulting force centers the piston 7 in the non-magnetic housing 1 and prevents frictional interaction between them when the piston 7 vibrates. The stiffness of such a magneto-liquid support is greater, the smaller the annular gap 11.

Claims

1. A piston magnetically liquid shock absorber comprising a cylindrical housing filled with magnetic fluid with a compensation chamber, a hollow rod with a collection piston consisting of two parts embedded in one another, installed with gaps and forming a system of alternating poles, and a control coil, characterized in that that each part of the piston contains a pole disc with pole fingers, while the gaps between the ends of the pole fingers and pole discs of the opposite parts of the piston are 3-4 times larger the gaps between the pole fingers, the control coil is equipped with a sealed non-magnetic cylindrical casing and is located in the cavity formed by the rod and pole disks with pole fingers, the housing is made of non-magnetic material, and the piston is installed in the housing with a gap.

2. The controlled magneto-liquid shock absorber according to claim 1, characterized in that the pole fingers have cross sections of either a rectangular shape or a trapezoidal shape, or in combination.