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CN107131244A - 磁流变缓冲器 - Google Patents

磁流变缓冲器 Download PDF

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CN107131244A
CN107131244A CN201710351349.3A CN201710351349A CN107131244A CN 107131244 A CN107131244 A CN 107131244A CN 201710351349 A CN201710351349 A CN 201710351349A CN 107131244 A CN107131244 A CN 107131244A
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CN201710351349.3A
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张红辉
肖允恒
杨涛
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Chongqing University
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Chongqing University
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Abstract

本发明公开了一种磁流变缓冲器，包括外缸筒、内缸筒、活塞和活塞杆，内缸筒与外缸筒间隙配合，活塞置于内缸筒内并将内缸筒的内腔分为上、下工作腔，内缸筒和外缸筒内腔中填充有磁流变液；内缸筒包括封闭端和开放端，开放端与外缸筒的内腔相连通；还包括设置于开放端内部的多级周向阻尼通道和用于调节阻尼力大小的磁场发生器；本发明能够在不同振动激励的情况下提供不同的阻尼力，能够快速应用于传统减振器结构中，扩展能力强，而且响应速度快，具有良好的稳定性和可靠性；且在使用时，由于内缸筒的开放端位于底部，该减振器的多级周向阻尼通道起到节流阀的作用，根据振动激励大小在控制器的作用下，施加不同的激励电流，从而实现阻尼力可控。

Description

磁流变缓冲器
技术领域
本发明涉及缓冲技术领域，特别涉及一种可用于车辆、航天航空、重型机械和兵器等的磁流变缓冲器。
背景技术
缓冲器在汽车悬架、飞机起落架、火炮反后坐装置、电梯系统、滑动座椅系统等领域中起到至关重要的作用，基于磁流变液的减振器是近年的研究热点，常见的磁流变液减振器结构各异，就磁场发生器组件而言，有内置式和外置式两种结构。所谓内置式是磁场发生器置于活塞上，并随活塞上下移动，这种结构的活塞是多级磁路构成的电磁活塞，线圈通过活塞杆钻孔引出减振器外部，工艺性差，磁场利用率低，产生的阻尼力的范围受到限制；外置式结构是磁场发生器外置于内缸筒外壁，如CN101319699A公开的“具有环状外置磁场发生器的磁流变液减振器”,以及专利公开号CN103511546A公开的“一种基于多级周向流动模式的车用磁流变液减振器”。其中CN101319699A的特点是活塞运动排开的磁流变液全部流经磁场发生器阻尼通道，而CN103511546A采用浮动活塞结构的容积补偿，它们的共同特点是磁场发生器分布于内外缸筒之间，且沿轴向分布，结构相对复杂，安装不便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种磁流变液缓冲器，能够在不同振动激励的情况下提供不同的阻尼力，能够快速应用于传统减振器结构中，扩展能力强，而且响应速度快，具有良好的稳定性和可靠性。
本发明的磁流变缓冲器，包括外缸筒、内缸筒、活塞和活塞杆，内缸筒设置于外缸筒内并与外缸筒内壁间隙配合，活塞置于内缸筒内并将内缸筒的内腔分为上、下工作腔，活塞杆与活塞固定连接并自上工作腔穿出内缸筒，内缸筒和外缸筒内腔内填充有磁流变液；
内缸筒包括封闭端和开放端，封闭端与外缸筒固定连接，开放端与外缸筒的内腔相连通，磁流变缓冲器还包括设置于开放端内部的多级周向阻尼通道和与多级周向阻尼通道配合用于调节阻尼力大小的磁场发生器。
进一步，磁场发生器包括定位轴、外套定位轴设置的套筒和缠绕设置在定位轴上并位于定位轴与套筒之间的励磁线圈。
进一步，多级周向阻尼通道包括多个定位固定于套筒圆周外侧并沿轴向间隙配合的环形隔板，每一环形隔板的板体上设置有连通相邻环形隔板间间隙的连通孔，相邻环形隔板上的连通孔位置相对呈180°设置。
进一步，连通孔为设置于环形隔板的板体外边沿上的U形孔。
进一步，多级阻尼通道还包括沿轴外套于定位轴设置并分别对应套筒轴向两端抵靠设置的上定位板和下定位板，上定位板和下定位板分别对应与相邻的环形隔板间隙配合；下定位板的板体与封闭端的端口处形成圆周接触配合，上定位板和下定位板上均设置有至少一个用于磁流变液流通的过液孔。
进一步，相邻的环形隔板之间、以及上定位板和下定位板与相邻的环形隔板之间加装有外套套筒设置的环形垫片。
进一步，外缸筒对应内缸筒的开放端的端部内侧形成有定位凸起，定位轴以将上定位板、套筒、环形隔板、环形垫片和下定位板形成轴向锁紧并以将下定位板与定位凸起形成紧紧抵靠的方式与外缸筒配合。
进一步，定位轴伸出外缸筒的端部设置；活塞上设置有连通上、下工作腔的阻尼孔。
进一步，外缸筒的内腔还充有补偿气体，外缸筒的内腔分成填充磁流变液与多级周向阻尼通道连通的液腔和用于通入惰性气体进行气体补偿的气腔，外缸筒上设置有用于与气腔单向连通的单向通气阀。
本发明的有益效果：本发明的磁流变缓冲器，由于在开放端设置多级周向阻尼通道和磁场发生器，能够在不同振动激励的情况下提供不同的阻尼力，能够快速应用于传统减振器结构中，扩展能力强，而且响应速度快，具有良好的稳定性和可靠性；且在使用时，由于内缸筒的开放端位于底部，该减振器的多级周向阻尼通道起到节流阀的作用，根据振动激励大小在控制器的作用下，施加不同的激励电流，改变磁流变液的流动特性，从而控制流经周向阻尼通道的流动情况，进而实现可控阻尼力。
同时，磁场发生器位于缸筒底部，通过细节设计，可以实现磁场发生器组件模块化，单独加工绕制后与减振器本体进行组装，大大改善磁流变液减振器的工艺性；相对现有车用减振器而言，结构改动最小，与现有车辆结构匹配最好，可以最大程度利用现有生产条件和设备，结构简单、布置紧凑。
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为本发明结构示意图；
图2为本发明中的环形隔板结构示意图；
图3为本发明中的上定位板结构示意图；
图4为本发明中的下定位板结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明结构示意图，图2为本发明中的环形隔板结构示意图，图3为本发明中的上定位板结构示意图，图4为本发明中的下定位板结构示意图，如图所示：本实施例的磁流变缓冲器，包括外缸筒1、内缸筒2、活塞杆4和活塞5，内缸筒2设置于外缸筒1内并与外缸筒1内壁间隙配合，活塞5置于内缸筒2内，并将内缸筒2的内腔分为上工作腔3、下工作腔6，活塞杆4与活塞5固定连接并自上工作腔3穿出内缸筒2，内缸筒2和外缸筒1内腔内填充有磁流变液。
内缸筒2包括封闭端和开放端，封闭端与外缸筒1固定连接，开放端与外缸筒1的内腔相连通，磁流变缓冲器还包括设置于开放端内部的多级周向阻尼通道和与多级周向阻尼通道配合用于调节阻尼力大小的磁场发生器；活塞5将内缸筒2工作腔分为上下两部分，下工作腔6通过多级周向阻尼通道与外缸筒1的内腔相通。
如图1所示，本实施例中，在使用时，内缸筒2的封闭端为上方，开放端为下方，其中，外缸筒1包括上端盖1-1、筒体1-2和下端盖1-3，内缸筒2与外缸筒1同轴内套配合，内缸筒2的上端(即封闭端)与固定在外缸筒1的内部上端的密封体22固定连接，活塞杆自密封体穿出内、外缸筒，内缸筒2的下端(即开放端)处设置多级周向阻尼通道和磁场发生器，在使用时，当励磁电流为零时，多级周向阻尼通道内的磁流变液未受磁场影响，流动性好，活塞5移动，磁流变液从活塞5的一端工作腔进入另一端工作腔，而流经周向阻尼通道的磁流变液为活塞杆4进出内缸筒2引起的工作腔磁流变液容积的变化量，此时活塞5的孔隙流动提供较小的阻尼力；当施加较大励磁电流时，周向阻尼通道内的磁流变液受磁场影响，发生磁流变效应，流动性变差，从而阻碍活塞5、活塞杆4的移动，提供较大阻尼力。
本实施例中，磁场发生器包括定位轴12、外套定位轴12设置的套筒10和缠绕设置在定位轴12上并位于定位轴12与套筒10之间的励磁线圈15，多级周向阻尼通道形成于套筒10与内缸筒2的内壁之间，励磁线圈15产生的磁场垂直穿过多级周向阻尼通道；励磁线圈15绕于定位轴12上，线圈引线通过导线孔引出，磁场发生器的励磁线圈15绕于定位轴12上，使得位于励磁线圈15外部的磁流变液周向阻尼通道全部处于磁场的控制中。
本实施例中，多级周向阻尼通道包括多个固定于套筒10外侧并沿轴向间隙配合的环形隔板8，每一环形隔板8的板体上设置有连通相邻环形隔板8间隙的连通孔11，相邻环形隔板8上的连通孔11位置相对呈180°设置。本实施例中，环形隔板8套在套筒10的外侧并与圆周紧贴设置，环形隔板8的外圆周与内缸筒2的内壁接触，相邻环形隔板8之间的间隙通过连通孔11连通，由于相邻环形隔板8上的连通孔11位置相对呈180°设置，使得相邻环形隔板8之间的通道形成周向环形阻尼通道，多个环形隔板8间共同形成多级周向阻尼通道。其中，相邻环形隔板8上的连通孔11位置可选择0°-180°任一相对角度。
本实施例中，连通孔11为设置于环形隔板8的板体外边沿上的U形孔，U形孔是指设置在环形隔板8并在边缘开口的孔，U形孔与内缸筒2内壁之间形成用于磁流变液在环形隔板8间间隙流通的通道。
本实施例中，多级阻尼通道还包括沿轴外套于定位轴12设置并分别对应套筒10轴向两端抵靠设置的上定位板7和下定位板14，上定位板7和下定位板14分别对应与相邻的环形隔板8间隙配合。
下定位板14的板体与封闭端的端口处形成圆周接触配合，上定位板7和下定位板14上均设置有至少一个用于磁流变液流通的过液孔(图中为过液孔16和过液孔16a)；如图1所示，内缸筒2的内壁上形成有凸肩，上定位板7抵止于凸肩处形成定位配合，所有的环形隔板8位于上定位板7和下定位板14之间，且上定位板7和下定位板14与套筒10的两端形成紧紧抵靠。
本实施例中，相邻的环形隔板8之间、以及上定位板7和下定位板14与相邻的环形隔板8之间加装有外套套筒10设置的环形垫片9。
本实施例中，外缸筒1对应内缸筒2的开放端的端部内侧形成有定位凸起13，定位轴12以将上定位板7、套筒10、环形隔板8、环形垫片9和下定位板14形成轴向锁紧并以将下定位板14与定位凸起13形成紧紧抵靠的方式与外缸筒1配合；定位轴12即线圈绕制的地方选择导磁材料，套筒10、环形垫片9必须选择非导磁材料，环形隔板8必须使用良好的导磁材料，确保磁力线几乎全部垂直穿过周向通道，并作用于其中的磁流变液，整个内缸筒2必须选择非导磁材料，避免大量磁力线经由内缸筒2而削弱周向通道的磁场强度。
本实施例中，定位轴12伸出外缸筒1的端部设置，定位轴12的伸出端固定设有吊环23；活塞5上设置有连通上工作腔3、下工作腔6的阻尼孔17；阻尼孔17为常通孔，常通孔的孔径大小和数量是根据实际需要来设定的，不局限于设计示例中，常通孔要保证合适流量特性，过大的流量将削弱大冲击速度下的减振能力；在此说明，对于车辆使用而言，需要在活塞5上安装实现压缩与复原非对称特征的流通阀结构；另外，本发明中的活塞5具有很大的动态范围，且因活塞5不受流动控制而没有磁流变液屈服应力导致的活塞5两端压差，不会因为受控而导致容积补偿不足，避免示功图畸变问题。
本实施例中，外缸筒1的内腔分成填充磁流变液与多级周向阻尼通道连通的液腔18和用于通入惰性气体进行气体补偿的气腔20，外缸筒1上设置有用于与气腔单向连通的单向通气阀21；即外缸筒1通道设有气体补偿腔，用于体积补偿，提高缓冲器响应速度等，通过单向通气阀充入外缸筒1的惰性气体在工作状态时位于顶部，其表现为气液界面19，通过其可压缩性实现活塞杆4进出缸筒导致的容积补偿功能。
由于该缓冲器控制流动补偿通道，在未施加激励电流时缓冲器可以实现很小的阻尼，而施加激励电流后相当于部分切断补偿通道，可以提供非常大的阻尼，因此本发明所述的受控底阀磁流变液缓冲器具有很大的动态范围；同时，由于活塞5上设有节流通道，因此活塞5两端压差小，不会形成传统磁流变减振器大电流条件下产生的补偿空程问题。
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 (9)

1.一种磁流变缓冲器，其特征在于：包括外缸筒、内缸筒、活塞和活塞杆，所述内缸筒设置于外缸筒内并与外缸筒内壁间存有间隙构成空腔，所述活塞置于内缸筒并将内缸筒的内腔分为上、下工作腔，所述活塞杆与活塞固定连接并自上工作腔穿出内缸筒，所述内缸筒和所述外缸筒内腔中填充有磁流变液；
所述内缸筒包括封闭端和开放端，所述封闭端与外缸筒固定连接，所述开放端与外缸筒的内腔相连通，所述磁流变缓冲器还包括设置于所述开放端内部的多级周向阻尼通道及与多级周向阻尼通道配合用于调节阻尼力大小的磁场发生器。
2.根据权利要求1所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述磁场发生器包括定位轴、外套定位轴设置的套筒和缠绕设置在所述定位轴上并位于定位轴与套筒之间的励磁线圈，所述多级周向阻尼通道形成于所述套筒与内缸筒的内壁之间，所述励磁线圈产生的磁场垂直穿过所述多级周向阻尼通道。
3.根据权利要求2所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述多级周向阻尼通道包括多个固定于所述套筒圆周外侧并沿轴向间隙配合的环形隔板，每一环形隔板的板体上设置有连通相邻环形隔板间隙的连通孔，相邻环形隔板上的连通孔位置相对呈180°设置。
4.根据权利要求3所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述连通孔为设置于环形隔板的板体外边沿上的U形孔。
5.根据权利要求3所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述多级阻尼通道还包括沿轴外套于定位轴设置并分别对应套筒轴向两端抵靠设置的上定位板和下定位板，所述上定位板和所述下定位板分别对应与相邻的环形隔板间隙配合；
所述下定位板的板体与所述封闭端的端口处形成圆周接触配合，所述上定位板和所述下定位板上均设置有至少一个用于磁流变液流通的过液孔。
6.根据权利要求5所述的磁流变缓冲器，其特征在于：相邻的所述环形隔板之间、以及所述上定位板和所述下定位板与相邻的环形隔板之间设置有外套于套筒设置的环形垫片。
7.根据权利要求6所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述内缸筒的开放端的端部内侧形成有定位凸起，所述定位轴以将上定位板、套筒、环形隔板、环形垫片和下定位板形成轴向锁紧，并以将下定位板与所述定位凸起形成紧紧抵靠的方式与外缸筒配合。
8.根据权利要求7所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述定位轴伸出所述外缸筒的端部设置；所述活塞上设置有连通上、下工作腔的阻尼孔。
9.根据权利要求8所述的磁流变缓冲器，其特征在于：所述外缸筒的内腔充有惰性气体，在工作状态时其位于内腔顶部，通过其可压缩性实现活塞杆进出缸筒导致的容积补偿功能，所述外缸筒上设置有用于与气腔单向连通的单向通气阀。
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