CN109236936A - 一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器，主要由端盖、波纹管、阀套、绕线架、励磁线圈、阻尼盘、止动轴及导向轴等组成。阀套、绕线架、励磁线圈及阻尼盘构成一个具有混合流动式液流通道的磁流变阀式结构，在电流作用下形成4段串联的有效阻尼间隙，有效增大了液流阻尼长度，提高了磁力线的利用率。左右端盖通过4根导向轴固定连接，并由导向轴带动沿着阀套上的导向孔左右运动。端盖之间采用弹性金属波纹管进行静密封，消除了阻尼器的动密封摩擦，有效提高了阻尼力可调范围。本发明磁流变阻尼器阻尼力可调范围广，采用波纹管进行弹性连接能有效隔离高频振动，特别适用于交通行业的减振***。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器。
背景技术
磁流变阻尼器是一种广泛应用于半主动控制***中的新型智能阻尼器件。它主要通过给阻尼器中绕线架上的励磁线圈施加一定大小的电流，产生磁场使得流经液流通道内的磁流变液的屈服强度发生变化，从而动态改变输出阻尼力。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其液流阻尼通道大多是单一圆环流或径向流结构，且均采用由活塞和缸体组成的动密封式结构。工作时，改变加载电流大小，可调节阻尼间隙内的磁感应强度，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。要想提高阻尼器的最大阻尼力和阻尼力可调范围，一般通过减小阻尼间隙厚度或增加有效阻尼间隙长度来实现。减小阻尼间隙厚度容易出现因磁流变液的沉降现象而堵塞液流通道，导致磁流变阻尼器工作时失效；增加有效阻尼间隙长度则会增加磁流变阻尼器的外形体积及尺寸，占用更多的安装空间及使用空间，制造成本也相应增加。此外，采用由活塞和缸体组成的动密封式结构限制了阻尼力的可调范围，因为活塞头与缸体之间及活塞杆与端盖之间使用密封圈进行动密封，导致阻尼器工作时产生很大的密封摩擦，这种摩擦力是不可控阻尼力的一部分。
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，本发明提出一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器的绕线架与阻尼盘之间的间隙构成既有圆环流又有径向流的液流阻尼通道，可形成两段圆环形轴向有效阻尼间隙和两段圆盘形径向有效阻尼间隙。在不增加外形尺寸的前提下，阻尼器的阀套、绕线架、励磁线圈及阻尼盘构成一个具有混合流动式液流通道的磁流变阀式结构。在励磁线圈中电流作用下形成4段串联的有效阻尼间隙，有效增大了液流阻尼长度，提高了磁力线的利用率。与传统的由活塞和缸体之间动密封组成的磁流变阻尼器不同，本发明阻尼器的左右端盖通过4根导向轴固定连接，并由导向轴带动沿着阀套上的导向孔左右运动。端盖之间采用弹性金属波纹管进行静密封，消除了阻尼器的动密封摩擦，有效提高了阻尼力可调范围。该磁流变阻尼器阻尼力可调范围广，采用波纹管进行弹性连接能有效隔离高频振动，特别适用于交通行业的减振***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、法兰盘Ⅰ(2)、左波纹管(3)、法兰盘Ⅱ(4)、绕线架(5)、励磁线圈(6)、法兰盘Ⅲ(7)、右波纹管(8)、法兰盘Ⅳ(9)、右吊耳(10)、右端盖(11)、导向轴(12)、右止动轴(13)、右连接端盖(14)、右阻尼盘(15)、阀套(16)、左阻尼盘(17)、左连接端盖(18)、左止动轴(19)及左端盖(20)；左吊耳(1)右端攻有外螺纹，左端盖(20)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；左端盖(20)加工有4个周向均匀布置的圆形通孔，对应4根导向轴(12)左端面的内螺纹孔；左端盖(20)通过螺钉与4根周向均匀放置的导向轴(12)左端面固定连接；法兰盘Ⅰ(2)与左端盖(20)通过螺钉固定连接；左波纹管(3)左端面紧贴左端盖(20)右端面，并通过法兰盘Ⅰ(2)压紧；左波纹管(3)与左端盖(20)之间通过密封圈进行密封；左连接端盖(18)与阀套(16)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左连接端盖(18)、法兰盘Ⅱ(4)和阀套(16)通过螺钉固定连接；左波纹管(3)右端面紧贴左连接端盖(18)左端面，并通过法兰盘Ⅱ(4)压紧；左波纹管(3)与左连接端盖(18)之间通过密封圈进行密封；左止动轴(19)右端攻有外螺纹，左连接端盖(18)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；左连接端盖(18)右端面紧贴左阻尼盘(17)及绕线架(5)左端面，对左阻尼盘(17)及绕线架(5)左侧起轴向定位作用；左阻尼盘(17)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(5)的圆周内表面过渡配合；绕线架(5)与阀套(16)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(5)中部加工成阶梯孔，阶梯孔内部形成面(501)、面(502)及导流孔(503)；绕线架(5)的面(501)与左阻尼盘(17)右端面加工的4个周向均匀布置的圆柱小凸台贴合，绕线架(5)通过面(501)对左阻尼盘(17)右侧进行轴向定位；绕线架(5)的面(502)与右阻尼盘(15)左端面加工的4个周向均匀布置的圆柱小凸台贴合，绕线架(5)通过面(502)对右阻尼盘(15)左侧进行轴向定位；励磁线圈(6)缠绕于绕线架(5)的绕线槽(504)中，其引线从阀套(16)的引线孔(1601)中引出；右阻尼盘(15)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(5)的圆周内表面过渡配合；右连接端盖(14)左端面紧贴右阻尼盘(15)及绕线架(5)右端面，对右阻尼盘(15)及绕线架(5)右侧起轴向定位作用；右止动轴(13)左端攻有外螺纹，右连接端盖(14)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹固定连接；右连接端盖(14)与阀套(16)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右连接端盖(14)、法兰盘Ⅲ(7)和阀套(16)通过螺钉固定连接；右波纹管(8)左端面紧贴右连接端盖(14)右端面，并通过法兰盘Ⅲ(7)压紧；右波纹管(8)与右连接端盖(14)之间通过密封圈进行密封；法兰盘Ⅳ(9)与右端盖(11)通过螺钉紧固连接；右波纹管(8)右端面紧贴右端盖(11)左端面，并通过法兰盘Ⅳ(9)压紧；右波纹管(8)与右端盖(11)之间通过密封圈进行密封；右吊耳(10)左端攻有外螺纹，右端盖(11)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；右端盖(11)加工有4个周向均匀布置的圆形通孔，分别对应4根导向轴(12)右端面的内螺纹孔；右端盖(11)通过螺钉与4根周向均匀放置的导向轴(12)右端面固定连接；4根导向轴(12)分别与阀套(16)上周向均匀布置的4个导向孔间隙配合；4根导向轴(12)可沿阀套(16)上的导向孔轴向左右运动，可带动左端盖(20)和右端盖(11)轴向方向左右运动；左端盖(20)、左波纹管(3)、左止动轴(19)及左连接端盖(18)之间围成密闭容腔A；右连接端盖(14)、右止动轴(13)、右波纹管(8)及右端盖(11)之间围成密闭容腔B；密闭容腔A和密闭容腔B内分别填充磁流变液；左波纹管(3)与右波纹管(8)由规格参数相同的弹性金属波纹管制成；当阻尼器拉伸或压缩时，左波纹管(3)与右波纹管(8)体积发生变化，导致密闭容腔A和密闭容腔B的容积随之发生改变；左止动轴(19)与右止动轴(13)长度相等且小于左波纹管(3)与右波纹管(8)的长度，可限制左波纹管(3)与右波纹管(8)过度拉伸或压缩；左阻尼盘(17)与绕线架(5)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左阻尼盘(17)与绕线架(5)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；右阻尼盘(15)与绕线架(5)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；右阻尼盘(15)与绕线架(5)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段和第Ⅳ段有效阻尼间隙依次相连，构成混合流动式液流通道结构；绕线架(5)、右阻尼盘(15)、阀套(16)及左阻尼盘(17)分别由低碳钢导磁材料制成；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）本发明采用弹性金属波纹管式结构，弹性金属波纹管的体积会随其内部的液流压力变化而变化，这种结构将阻尼器的刚性连接变为弹性连接，使得阻尼器在高速小行程运动情况下具有良好的隔震性能，极大减少了高频振动的传递，提高了使用舒适度，特别适合用于铁路、交通等行业减振***。
（2）与传统的由活塞和缸体之间动密封组成的磁流变阻尼器相比，本发明采用金属波纹管制成无摩擦单元，并通过静态密封来密封，无活塞杆与端盖及活塞头与缸体之间因动密封而产生的高摩擦，使得与磁场有关的阻尼力占总的输出阻尼力的比例更大，从而使得磁流变阻尼器具有更宽的阻尼力可调范围。
（3）本发明磁流变阻尼器阻尼间隙设计成同时具有圆环流和径向流的混合流动式液流通道，将4段有效阻尼间隙均布分布在励磁线圈中间位置，每一段阻尼间隙中磁流变液的流动方向都与磁场方向垂直，在径向和轴向方向充分利用了磁力线的走向，在增大阻尼间隙长度的同时并没有减小阻尼间隙中的磁感应强度，使得磁流变阻尼器的阻尼力可调范围更宽，性能更好。
（4）本发明磁流变阻尼器所用零件除绕线架、右阻尼盘、阀套及左阻尼盘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4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是本发明左端盖剖视图。
图3是本发明左端盖右视图。
图4是本发明左连接端盖剖视图。
图5是本发明左连接端盖左视图。
图6是本发明阀套剖视图。
图7是本发明阀套左视图。
图8是本发明左阻尼盘剖视图。
图9是本发明左阻尼盘右视图。
图10是本发明绕线架剖视图。
图11是本发明向右压缩时磁流变液流经液流通道示意图。
图12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、法兰盘Ⅰ2、左波纹管3、法兰盘Ⅱ4、绕线架5、励磁线圈6、法兰盘Ⅲ7、右波纹管8、法兰盘Ⅳ9、右吊耳10、右端盖11、导向轴12、右止动轴13、右连接端盖14、右阻尼盘15、阀套16、左阻尼盘17、左连接端盖18、左止动轴19及左端盖20。
图2所示为本发明左端盖剖视图，图3所示为本发明左端盖右视图。左端盖20中心加工有一个内螺纹通孔，可与左吊耳1右端螺纹连接；左端盖20右端面外圈加工有4个周向均匀布置的圆形通孔，分别对应4根导向轴12左端面的螺纹孔，通过螺钉可起到与导向轴12固定连接作用；左端盖20右端面内圈加工有6个周向均匀布置的内螺纹通孔，对应法兰盘Ⅰ2上的6个圆形通孔，通过螺钉可起到与法兰盘Ⅰ2紧固连接作用；左端盖20右端面加工有环形凹槽，左波纹管3左端安装于环形凹槽中并通过法兰盘Ⅰ2压紧。
图4所示为本发明左连接端盖剖视图，图5所示为本发明左连接端盖左视图。左连接端盖18中心加工有一个内螺纹通孔，可与左止动轴19右端螺纹连接；左连接端盖18左端面加工有6个周向均匀布置的圆形通孔，分别对应法兰盘Ⅱ4上的6个圆形通孔和阀套16左端面6个螺纹孔，左连接端盖18、法兰盘Ⅱ4和阀套16通过螺钉固定连接；左连接端盖18左端面加工有环形凹槽，左波纹管3右端安装于环形凹槽中，并通过法兰盘Ⅱ4压紧；左连接端盖18左端面加工有4个周向均匀布置的腰形孔，起导流作用。
图6所示为本发明阀套剖视图，图7所示为本发明阀套左视图。阀套16左端面加工有6个周向均匀布置的内螺纹孔，对应左连接端盖18上的6个圆形通孔；阀套16右端面加工有6个周向均匀布置的内螺纹孔，对应右连接端盖14上的6个圆形通孔；阀套16上加工有一个引线孔1601，励磁线圈6的引线可从引线孔1601引出阻尼器；阀套16中部安装座上加工有4个周向均匀布置的导向孔，导向轴12与导向孔间隙配合，并可沿导向孔左右运动。
图8所示为本发明左阻尼盘剖视图，图9所示为本发明左阻尼盘右视图。左阻尼盘17径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起可与绕线架5内表面过渡配合；左阻尼盘17右端面加工有4个周向均匀布置的圆柱小凸台。
图10所示为本发明绕线架剖视图。绕线架5中部加工成阶梯孔，阶梯孔内部形成面501、面502及导流孔503。面501对左阻尼盘17右侧起轴向定位作用，面502对右阻尼盘15左侧起轴向定位作用，导流孔503起导流作用。绕线架5上加工有绕线槽504，励磁线圈6缠绕于绕线架5的绕线槽504中，其引线穿过阀套16的引线孔1601引出阻尼器。
图11所示为本发明向右压缩时磁流变液流经液流通道示意图。当左端盖20、导向轴12及右端盖11向右运动时，箭头所指方向为磁流变液从阻尼器容腔A到容腔B的流动方向。
图12所示为本发明通电工作时磁力线分布图。左阻尼盘17与绕线架5之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左阻尼盘17与绕线架5之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；右阻尼盘15与绕线架5之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；右阻尼盘15与绕线架5之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段和第Ⅳ段有效阻尼间隙依次相连，构成混合流动式液流通道结构。当向励磁线圈6中通入一定大小的电流时，由于电磁感应产生的磁力线经阀套16、绕线架5左侧、第Ⅰ段有效阻尼间隙、左阻尼盘17、第Ⅱ段有效阻尼间隙到达绕线架5中部，再经过第Ⅲ段有效阻尼间隙、右阻尼盘15、第Ⅳ段有效阻尼间隙、绕线架5右侧返回阀套16，形成闭合回路。
本发明工作原理如下：
如图1、图11和图12所示，左端盖20和右端盖11通过4根导向轴12固定连接，并由导向轴12带动沿着阀套16上的导向孔左右运动；端盖之间采用左波纹管3和右波纹管8进行静密封，消除了阻尼器的动密封摩擦，有效提高了阻尼力可调范围。左波纹管3和右波纹管8由规格参数相同的弹性金属波纹管制成，其体积会随内部的液流压力变化而变化，将阻尼器的刚性连接改变为弹性连接，使得阻尼器在高速小行程运动情况下具有良好的隔震性能，极大减少了高频振动的传递。阀套16、绕线架5、励磁线圈6、左阻尼盘17及右阻尼盘15构成一个具有混合流动液流通道的磁流变阀式结构。在电流作用下，第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段和第Ⅳ段有效阻尼间隙内部会形成磁场，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，此时4段阻尼间隙中的磁流变液在外磁场作用下粘度增大，迅速由牛顿流体状态转变为半固态或固态，其剪切屈服强度迅速增加且随着外加磁场强度而变化，磁流变液流经这4段阻尼间隙时就必须克服本身链状阻力，从而导致磁流变液流经阀的阻力增大，可减缓或阻止液流流通，并产生四级压降使得阻尼器容腔A和容腔B之间产生压力差。通过调节励磁线圈6中电流大小，可控制阻尼间隙处的磁场强度进而控制磁流变液的剪切应力，从而实现对阻尼器输出阻尼力的调节。
Claims (3)
1.一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器，其特征在于包括：左吊耳(1)、法兰盘Ⅰ(2)、左波纹管(3)、法兰盘Ⅱ(4)、绕线架(5)、励磁线圈(6)、法兰盘Ⅲ(7)、右波纹管(8)、法兰盘Ⅳ(9)、右吊耳(10)、右端盖(11)、导向轴(12)、右止动轴(13)、右连接端盖(14)、右阻尼盘(15)、阀套(16)、左阻尼盘(17)、左连接端盖(18)、左止动轴(19)及左端盖(20)；左吊耳(1)右端攻有外螺纹，左端盖(20)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；左端盖(20)加工有4个周向均匀布置的圆形通孔，对应4根导向轴(12)左端面的内螺纹孔；左端盖(20)通过螺钉与4根周向均匀放置的导向轴(12)左端面固定连接；法兰盘Ⅰ(2)与左端盖(20)通过螺钉固定连接；左波纹管(3)左端面紧贴左端盖(20)右端面，并通过法兰盘Ⅰ(2)压紧；左波纹管(3)与左端盖(20)之间通过密封圈进行密封；左连接端盖(18)与阀套(16)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左连接端盖(18)、法兰盘Ⅱ(4)和阀套(16)通过螺钉固定连接；左波纹管(3)右端面紧贴左连接端盖(18)左端面，并通过法兰盘Ⅱ(4)压紧；左波纹管(3)与左连接端盖(18)之间通过密封圈进行密封；左止动轴(19)右端攻有外螺纹，左连接端盖(18)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；左连接端盖(18)右端面紧贴左阻尼盘(17)及绕线架(5)左端面，对左阻尼盘(17)及绕线架(5)左侧起轴向定位作用；左阻尼盘(17)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(5)的圆周内表面过渡配合；绕线架(5)与阀套(16)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(5)中部加工成阶梯孔，阶梯孔内部形成面(501)、面(502)及导流孔(503)；绕线架(5)的面(501)与左阻尼盘(17)右端面加工的4个周向均匀布置的圆柱小凸台贴合，绕线架(5)通过面(501)对左阻尼盘(17)右侧进行轴向定位；绕线架(5)的面(502)与右阻尼盘(15)左端面加工的4个周向均匀布置的圆柱小凸台贴合，绕线架(5)通过面(502)对右阻尼盘(15)左侧进行轴向定位；励磁线圈(6)缠绕于绕线架(5)的绕线槽(504)中，其引线从阀套(16)的引线孔(1601)中引出；右阻尼盘(15)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(5)的圆周内表面过渡配合；右连接端盖(14)左端面紧贴右阻尼盘(15)及绕线架(5)右端面，对右阻尼盘(15)及绕线架(5)右侧起轴向定位作用；右止动轴(13)左端攻有外螺纹，右连接端盖(14)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹固定连接；右连接端盖(14)与阀套(16)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右连接端盖(14)、法兰盘Ⅲ(7)和阀套(16)通过螺钉固定连接；右波纹管(8)左端面紧贴右连接端盖(14)右端面，并通过法兰盘Ⅲ(7)压紧；右波纹管(8)与右连接端盖(14)之间通过密封圈进行密封；法兰盘Ⅳ(9)与右端盖(11)通过螺钉紧固连接；右波纹管(8)右端面紧贴右端盖(11)左端面，并通过法兰盘Ⅳ(9)压紧；右波纹管(8)与右端盖(11)之间通过密封圈进行密封；右吊耳(10)左端攻有外螺纹，右端盖(11)中间加工有内螺纹通孔，两者通过螺纹紧固连接；右端盖(11)加工有4个周向均匀布置的圆形通孔，分别对应4根导向轴(12)右端面的内螺纹孔；右端盖(11)通过螺钉与4根周向均匀放置的导向轴(12)右端面固定连接；4根导向轴(12)分别与阀套(16)上周向均匀布置的4个导向孔间隙配合；4根导向轴(12)可沿阀套(16)上的导向孔轴向左右运动，可带动左端盖(20)和右端盖(11)轴向方向左右运动；左端盖(20)、左波纹管(3)、左止动轴(19)及左连接端盖(18)之间围成密闭容腔A；右连接端盖(14)、右止动轴(13)、右波纹管(8)及右端盖(11)之间围成密闭容腔B；密闭容腔A和密闭容腔B内分别填充磁流变液；左波纹管(3)与右波纹管(8)由规格参数相同的弹性金属波纹管制成；当阻尼器拉伸或压缩时，左波纹管(3)与右波纹管(8)体积发生变化，导致密闭容腔A和密闭容腔B的容积随之发生改变；左止动轴(19)与右止动轴(13)长度相等且小于左波纹管(3)与右波纹管(8)的长度，可限制左波纹管(3)与右波纹管(8)过度拉伸或压缩。
2.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器，其特征在于：左阻尼盘(17)与绕线架(5)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左阻尼盘(17)与绕线架(5)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；右阻尼盘(15)与绕线架(5)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；右阻尼盘(15)与绕线架(5)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段和第Ⅳ段有效阻尼间隙依次相连，构成混合流动式液流通道结构。
3.根据权利要求1所述的一种采用弹性金属波纹管进行密封的磁流变阻尼器，其特征在于：绕线架(5)、右阻尼盘(15)、阀套(16)及左阻尼盘(17)分别由低碳钢导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。
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