CN108953467B - 一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器 - Google Patents

一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器，主要由活塞杆、端盖、缸体、活塞头、阀芯、励磁线圈及绕线架等组成。阀芯与绕线架之间的间隙形成锥形液流通道，外缸体与绕线架之间的间隙形成圆环形液流通道，两者构成串联液流通道结构，在磁场作用下可形成四段有效阻尼间隙。其中，绕线架与阀芯之间构成的液流通道可形成两段锥形有效阻尼间隙，调节阀芯位置可改变阻尼间隙的厚度，起到调节阻尼力大小的作用。励磁线圈通电工作时，通过控制电流大小可实现阻尼力的有效控制。本发明通过串联液流通道有效增大了液流阻尼长度，保证了阻尼器能够输出足够大且可调范围广的阻尼力，特别适用于铁路、交通等行业减振***。

Description

一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器所具有的毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前，磁流变阻尼器已广泛应用在建筑物及桥梁的减振抗震***、铁路机车车辆及汽车悬架***的减振等方面。
目前所设计的磁流变阻尼器励磁线圈常缠绕在活塞头圆环形凹槽内，同时在活塞头内部设置圆环形液流通道或者在活塞外表面和缸体内表面之间设置圆环形液流通道。工作时，磁流变液在圆环形液流通道流动，励磁线圈通电时圆环形液流通道内产生垂直于磁流变液流动方向的磁场，在磁场作用下产生阻尼力。一般情况下，改变加载电流大小，可调节圆环形间隙内磁流变液处产生的磁感应强度，从而实现磁流变阻尼器阻尼力的调节。当阻尼间隙内的磁感应强度达到饱和时，阻尼器输出阻尼力也达到最大。要提高上述结构的磁流变阻尼器的最大阻尼力，可增大阻尼器缸体内径，改变阻尼间隙厚度，或者采用多级活塞等措施。但也会带来一些不足：增大阻尼器缸体内径会导致阻尼器整体外形尺寸增大；改变阻尼间隙厚度需要采用不同结构的磁流变阻尼器，目前所设计的磁流变阻尼器的阻尼间隙厚度均固定不可调，难以满足不同工况下的应用要求；采用多级活塞结构增加阻尼长度来来提高输出阻尼力时，会增大活塞的轴向尺寸，在安装尺寸一定的情况下，会减少阻尼器的有效工作行程。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题及满足磁流变阻尼器在工程应用中的要求，本发明提出一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器的阀芯外表面及绕线架内表面采用具有一定角度的锥形面结构，阀芯与绕线架之间的间隙形成锥形液流通道A。绕线架外表面及外缸体内表面采用光滑的圆柱面结构，外缸体与绕线架之间的间隙形成圆环形液流通道B。锥形液流通道A与圆环形液流通道B构成串联液流通道结构，在励磁线圈中励磁电流的作用下可形成四段有效阻尼间隙。其中绕线架与阀芯之间构成的锥形液流通道A可形成两段锥形的有效阻尼间隙，阀芯、绕线架及励磁线圈三者构成一个阻尼间隙可调的单线圈磁流变阀结构，通过调节阀芯的位置可改变锥形液流通道A的有效阻尼间隙厚度，从而起到调节磁流变液流经时阻尼力大小的作用。当给励磁线圈通电工作时，通过控制施加电流大小可实现阻尼力的有效控制。本发明通过串联液流通道和阻尼间隙可调的结构有效增大了液流阻尼长度，提供了可调的阻尼间隙厚度，通过控制励磁线圈中施加电流的大小可实现阻尼力的有效控制，保证了阻尼器能够输出足够大且可调范围广的阻尼力，特别适用于铁路、交通等行业减振***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、左端盖(3)、外缸体(4)、左内缸体(5)、左圆锥销(6)、活塞头(7)、右圆锥销(8)、阀芯(9)、绕线架(10)、励磁线圈(11)、右内缸体(12)、右端盖(13)、锁紧螺母(14)及右吊耳(15)；活塞杆(2)左端与左吊耳(1)通过螺纹紧固连接；左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与左内缸体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与左内缸体(5)通过螺钉固定连接；外缸体(4)与左内缸体(5)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与外缸体(4)通过螺钉固定连接；活塞杆(2)中间部分加工有圆形凸起，活塞头(7)圆周内表面与活塞杆(2)圆形凸起部分过渡配合；活塞头(7)左端与活塞杆(2)通过左圆锥销(6)进行轴向定位；活塞头(7)右端与活塞杆(2)通过右圆锥销(8)进行轴向定位；活塞头(7)外表面与左内缸体(5)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(10)左端与左内缸体(5)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(10)右端与右内缸体(12)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；励磁线圈(11)缠绕于绕线架(10)的绕线槽(1001)中，其引线经由右内缸体(12)的引线槽(1201)，从右端盖(13)的引线孔(1301)引出阻尼器外；阀芯(9)中心部分开有阶梯孔(903)，并在左端加工有圆形凸台(901)，阀芯(9)左端圆形凸台(901)与活塞杆(2)右端间隙配合，并通过密封圈进行密封；阀芯(9)右侧攻有外螺纹，可与右端盖(13)中部开的内螺纹孔进行螺纹连接，并通过锁紧螺母(14)机械锁紧定位；活塞杆(2)右端可在阀芯(9)中心阶梯孔(903)内左右移动；阀芯(9)左侧工作部位设计成圆台状，形成具有一定角度的锥形外表面(902)；阀芯(9)右侧开有通孔(904)，通孔(904)与大气相连，保证了活塞杆(2)右端在阀芯(9)中心阶梯孔(903)内左右移动时中心阶梯孔(903)内的气压不变；阀芯(9)右侧端部开有销孔(905)，对应右吊耳(15)上的销孔，可与十字扳手连接；阀芯(9)外表面(902)及绕线架(10)内表面(1002)采用具有一定角度的锥形面结构，阀芯(9)外表面(902)与绕线架(10)内表面(1002)之间的间隙形成锥形液流通道A；绕线架(10)外表面及外缸体(4)内表面采用光滑的圆柱面结构，且两者之间的间隙为1mm，绕线架(10)外表面与外缸体(4)内表面之间的间隙形成圆环形液流通道B；锥形液流通道A与圆环形液流通道B构成串联液流通道结构；当向励磁线圈(11)中通入一定大小的励磁电流时，由于电磁感应产生的磁力线经外缸体(4)、圆环形液流通道B、绕线架(10)、锥形液流通道A到达阀芯(9)，再经过锥形液流通道A、绕线架(10)、圆环形液流通道B返回外缸体(4)，形成闭合回路；此时在串联液流通道中形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段有效阻尼间隙；右端盖(13)与右内缸体(12)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(13)与右内缸体(12)通过螺钉固定连接；外缸体(4)与右内缸体(12)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(13)与外缸体(4)通过螺钉固定连接；右吊耳(15)与阀芯(9)右端通过螺纹紧固连接；左内缸体(5)左端面加工有5个周向均匀布置的内螺纹孔，对应左端盖(3)上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与左端盖(3)定位连接作用；左内缸体(5)左侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头(7)左腔与活塞头(7)右腔作用；右内缸体(12)右端面加工有5个周向均匀布置的内螺纹孔，对应右端盖(13)上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与右端盖(13)定位连接作用；右内缸体(12)右侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头(7)右腔与活塞头(7)左腔作用；阀芯(9)、绕线架(10)及励磁线圈(11)三者构成一个阻尼间隙可调的单线圈磁流变阀结构，通过调节阀芯(9)的位置可改变锥形液流通道A的阻尼间隙厚度，从而调节磁流变液流经时的阻尼力；外缸体(4)、阀芯(9)及绕线架(10)分别由低碳导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
（1）本发明磁流变阻尼器采用串联液流通道结构，在不增加磁流变阻尼器外形尺寸的前提下，可在较小的励磁电流作用下获得较大的可控阻尼力。与单一圆环形液流通道的磁流变阻尼器相比，阻尼力动态调节范围更广，特别适用于铁路、交通等行业减振***。
（2）本发明磁流变阻尼器在向励磁线圈中通入一定大小的励磁电流时，由于电磁感应产生的磁力线经外缸体、圆环形液流通道B、绕线架、锥形液流通道A到达阀芯，再经过锥形液流通道A、绕线架、圆环形液流通道B返回外缸体，形成闭合回路；在闭合的磁场回路中，串联液流通道处形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段有效阻尼间隙，充分利用了磁场性能。
（3）与常规固定阻尼间隙的磁流变阻尼器相比，本发明磁流变阻尼器的绕线架与阀芯之间构成的锥形液流通道A可形成两段锥形的有效阻尼间隙；阀芯、绕线架及励磁线圈三者构成一个阻尼间隙可调的单线圈磁流变阀结构；阀芯与绕线架之间形成的锥形有效阻尼间隙距离可调，调节阀芯的位置可改变磁流变液流经时的阻尼力大小，使其阻尼力调节范围更广，磁流变阻尼器工作性能更好。
（4）本发明磁流变阻尼器所用零件除外缸体、阀芯以及绕线架由低碳钢导磁材料制成外，其余零件均由不导磁材料制成。这种设计可有效保证磁力线尽可能集中分布在四段有效阻尼间隙内，充分发挥垂直磁场对磁流变液的作用，提高磁流变阻尼器的效率，并有效降低磁流变阻尼器的能耗。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明右端盖剖视图。
图3是本发明右端盖左视图。
图4是本发明绕线架剖视图。
图5是本发明阀芯剖视图。
图6是本发明左内缸体剖视图。
图7是本发明左内缸体右视图。
图8是本发明右内缸体剖视图。
图9是本发明右内缸体左视图。
图10是本发明通电工作时磁力线分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1所示为本发明结构示意图。主要包括：左吊耳1、活塞杆2、左端盖3、外缸体4、左内缸体5、左圆锥销6、活塞头7、右圆锥销8、阀芯9、绕线架10、励磁线圈11、右内缸体12、右端盖13、锁紧螺母14及右吊耳15。
图2所示为本发明右端盖剖视图，图3是本发明右端盖左视图。右端盖13右端面中心加工有一个圆形通孔，可对活塞杆2左端起轴向定位作用；右端盖13右端面外圈加工有6个周向均匀布置的圆形通孔，对应外缸体4左端面6个螺纹孔，通过螺钉可起到与外缸体4定位连接作用；右端盖13右端面内圈加工有5个周向均匀布置的圆形通孔，对应左内缸体5左端面5个螺纹孔，通过螺钉可起到与左内缸体5定位连接作用；右端盖13右端面开有一个引线孔1301，对应右内缸体12上的引线槽1201，励磁线圈11的引线可从引线孔1301引出阻尼器。
图4所示为本发明绕线架剖视图。绕线架10上加工有绕线槽1001，励磁线圈11缠绕于绕线架10上的绕线槽1001中，其引线经由右内缸体12的引线槽1201，从右端盖13的引线孔1301引出阻尼器；绕线架10中部设计成圆台状通孔，形成锥形内表面1002。
图5所示为本发明阀芯剖视图。阀芯9中心部分开有阶梯孔903，并在左端加工有圆形凸台901，活塞杆2右端可在阀芯9中心阶梯孔903内左右移动；阀芯9左侧工作部位设计成圆台状，形成具有一定角度的锥形外表面902；阀芯9右侧开有通孔904，通孔904与大气相连，保证了活塞杆2右端在阀芯9中心阶梯孔903内左右移动时中心阶梯孔903内的气压不变；阀芯9右侧端部开有销孔905，对应右吊耳15上的销孔，可与十字扳手连接。
图6所示为本发明左内缸体剖视图，图7所示为本发明左内缸体右视图。左内缸体5左端面加工有5个周向均匀布置的螺纹孔，对应左端盖3上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与左端盖3定位连接作用；左内缸体5左侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头7左腔与活塞头7右腔作用。
图8所示为本发明右内缸体剖视图，图9所示为本发明右内缸体左视图。右内缸体12右端面加工有5个周向均匀布置的内螺纹孔，对应右端盖13上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与右端盖13定位连接作用；右内缸体12右侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头7右腔与活塞头7左腔作用。
图10所示为本发明通电工作时磁力线分布图。阀芯9外表面902及绕线架10内表面1002采用具有一定角度的锥形面结构，其间隙形成锥形液流通道A；绕线架10外表面及外缸体4内表面采用光滑的圆柱面结构，且两者之间的间隙为1mm，其间隙形成圆环形液流通道B；锥形的液流通道A与圆环形液流通道B构成串联液流通道结构；当向励磁线圈11中通入一定大小的励磁电流工作时，由于电磁感应产生的磁力线经外缸体4、圆环形液流通道B、绕线架10、锥形液流通道A到达阀芯9，再经过锥形液流通道A、绕线架10、圆环形液流通道B返回外缸体4，形成闭合回路；此时在串联液流通道处形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段有效阻尼间隙。
本发明工作原理如下：
如图6、图7、图8、图9和图10所示，阀芯9外表面902及绕线架10内表面1002采用具有一定角度的锥形面结构，阀芯9外表面902与绕线架10内表面1002之间的间隙形成锥形液流通道A。绕线架10外表面及外缸体4内表面采用光滑的圆柱面结构，且两者之间的间隙为1mm，绕线架10外表面与外缸体4内表面之间的间隙形成圆环形液流通道B。锥形液流通道A与圆环形液流通道B构成串联液流通道结构。当向励磁线圈11中通入一定大小的励磁电流时，由于电磁感应产生的磁力线经外缸体4、圆环形液流通道B、绕线架10、锥形液流通道A到达阀芯9，再经过锥形液流通道A、绕线架10、圆环形液流通道B返回外缸体4，形成闭合回路。此时将在串联液流通道处形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段有效阻尼间隙。其中绕线架10与阀芯9之间构成的锥形液流通道A可形成两段锥形有效阻尼间隙，阀芯9、绕线架10及励磁线圈11三者构成一个阻尼间隙可调的单线圈磁流变阀结构，通过调节阀芯9的位置可改变锥形液流通道A的有效阻尼间隙厚度，从而起到调节磁流变液流经时阻尼力大小的作用。

Claims (4)

1.一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器，其特征在于包括：左吊耳(1)、活塞杆(2)、左端盖(3)、外缸体(4)、左内缸体(5)、左圆锥销(6)、活塞头(7)、右圆锥销(8)、阀芯(9)、绕线架(10)、励磁线圈(11)、右内缸体(12)、右端盖(13)、锁紧螺母(14)及右吊耳(15)；活塞杆(2)左端与左吊耳(1)通过螺纹紧固连接；左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与左内缸体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与左内缸体(5)通过螺钉固定连接；外缸体(4)与左内缸体(5)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(3)与外缸体(4)通过螺钉固定连接；活塞杆(2)中间部分加工有圆形凸起，活塞头(7)圆周内表面与活塞杆(2)圆形凸起部分过渡配合；活塞头(7)左端与活塞杆(2)通过左圆锥销(6)进行轴向定位；活塞头(7)右端与活塞杆(2)通过右圆锥销(8)进行轴向定位；活塞头(7)外表面与左内缸体(5)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(10)左端与左内缸体(5)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(10)右端与右内缸体(12)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；励磁线圈(11)缠绕于绕线架(10)的绕线槽(1001)中，其引线经由右内缸体(12)的引线槽(1201)，从右端盖(13)的引线孔(1301)引出阻尼器外；阀芯(9)中心部分开有阶梯孔(903)，并在左端加工有圆形凸台(901)，阀芯(9)左端圆形凸台(901)与活塞杆(2)右端间隙配合，并通过密封圈进行密封；阀芯(9)右侧攻有外螺纹，可与右端盖(13)中部开的内螺纹孔进行螺纹连接，并通过锁紧螺母(14)机械锁紧定位；活塞杆(2)右端可在阀芯(9)中心阶梯孔(903)内左右移动；阀芯(9)左侧工作部位设计成圆台状，形成具有一定角度的锥形外表面(902)；阀芯(9)右侧开有通孔(904)，通孔(904)与大气相连，保证了活塞杆(2)右端在阀芯(9)中心阶梯孔(903)内左右移动时中心阶梯孔(903)内的气压不变；阀芯(9)右侧端部开有销孔(905)，对应右吊耳(15)上的销孔，可与十字扳手连接；阀芯(9)外表面(902)及绕线架(10)内表面(1002)采用具有一定角度的锥形面结构，阀芯(9)外表面(902)与绕线架(10)内表面(1002)之间的间隙形成锥形液流通道A；绕线架(10)外表面及外缸体(4)内表面采用光滑的圆柱面结构，且两者之间的间隙为1mm，绕线架(10)外表面与外缸体(4)内表面之间的间隙形成圆环形液流通道B；锥形液流通道A与圆环形液流通道B构成串联液流通道结构；当向励磁线圈(11)中通入一定大小的励磁电流时，由于电磁感应产生的磁力线经外缸体(4)、圆环形液流通道B、绕线架(10)、锥形液流通道A到达阀芯(9)，再经过锥形液流通道A、绕线架(10)、圆环形液流通道B返回外缸体(4)，形成闭合回路；此时在串联液流通道中形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段有效阻尼间隙；右端盖(13)与右内缸体(12)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(13)与右内缸体(12)通过螺钉固定连接；外缸体(4)与右内缸体(12)外表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(13)与外缸体(4)通过螺钉固定连接；右吊耳(15)与阀芯(9)右端通过螺纹紧固连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器，其特征在于：左内缸体(5)左端面加工有5个周向均匀布置的内螺纹孔，对应左端盖(3)上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与左端盖(3)定位连接作用；左内缸体(5)左侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头(7)左腔与活塞头(7)右腔作用；右内缸体(12)右端面加工有5个周向均匀布置的内螺纹孔，对应右端盖(13)上开的5个圆形通孔，通过螺钉可起到与右端盖(13)定位连接作用；右内缸体(12)右侧外表面周向均匀开有5个圆形导流通孔，起连通活塞头(7)右腔与活塞头(7)左腔作用。
3.根据权利要求1所述的一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器，其特征在于：阀芯(9)、绕线架(10)及励磁线圈(11)三者构成一个阻尼间隙可调的单线圈磁流变阀结构，通过调节阀芯(9)的位置可改变锥形液流通道A的阻尼间隙厚度，从而调节磁流变液流经时的阻尼力。
4.根据权利要求1所述的一种具有串联液流通道的阻尼间隙可调式磁流变阻尼器，其特征在于：外缸体(4)、阀芯(9)及绕线架(10)分别由低碳导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。
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