CN109611498B - 底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，包括外筒、内筒、导向密封组件、磁路组件以及活塞组件。本发明能够对内、外阻尼通道实现分别控制，提供压缩与复原行程独立的阻尼特性，也可以通过对双励磁线圈同时控制实现更大的阻尼力；基于双阻尼器通道独立控制实现的独立阻尼特性，可以实现无障碍容积补偿，避免产生示功特性畸变；可以形成磁流变液的全流通流动，对沉降后的磁流变液形成强烈的再分散效果，使器件更好的适应可能的长期静置工况。

Description

底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器领域，特别涉及一种底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的软磁性颗粒作为分散相，非导磁性液体作为载体液混合而成的悬浮体，这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。基于磁流变液的阻尼器在车辆悬架振动控制、建筑物及桥梁拉索振动抑制、火炮后坐力缓冲控制、传动控制等领域得到了广泛关注。

磁流变液沉降问题无法完全避免，磁流变阻尼器必须有效应对磁流变液的沉降问题，在阻尼器的流道设计中需力求实现磁流变液的流动贯穿磁流变液沉降区域，使磁流变液受到良好的搅拌分散效应，提高磁流变阻尼器的静置恢复能力。

磁流变阻尼器通过控制阻尼通道中的磁场强度，改变其中磁流变液的表观粘度，实现对器件阻尼特性的调控。在大量的研究实例中，示功特性存在严重畸变、动态范围过小的磁流变阻尼器件属于设计失败。成功的设计案例中，包括Magneride***的磁流变阻尼器在内，无论单双筒结构或容积补偿方式如何，绝大部分将阻尼通道设置于活塞部位，用于产生激励磁场的线圈位于活塞内，并与活塞一起运动，其引线通过活塞杆引出，降低活塞杆强度，加工工艺性差，给磁流变阻尼器带来了极大的工艺困扰，且不利于磁流变阻尼器的有效维护。此外，这些结构形式还可能给磁流变阻尼器带来如下问题：

(1)动态范围不够宽。不论电流激励情况，磁流变液通过唯一阻尼通道沟通上下腔，粘滞阻尼力与库伦阻尼力设计间相互制约。为了提高动态范围，增大阻尼间隙以减小粘滞阻尼，必然导致库伦阻尼的降低；而减小间隙提高了库伦阻尼，粘滞阻尼必然过大。

(2)容积补偿效果有限。由于仅有唯一通道沟通上下腔，当压缩行程向阻尼器施加大电流激励时，阻尼通道流动阻力大，致使磁流变液不能顺利通过，容积补偿不及时而在上腔形成真空，活塞换向时率先填补真空而导致阻尼力空程，形成示功特性畸变。

(3)静置恢复性不佳。磁流变液部分沉降后位于缸筒底部，由于缺乏贯穿沉降区的阻尼通道，无法形成强烈的搅拌冲刷效果，不能有效分散已经沉降的磁性颗粒，长期静置后易于导致阻尼器失效。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，能够对阻尼通道实现分别控制，提供独立的阻尼特性，也可以在需要阻尼器提供较大阻尼力时，通过对双励磁线圈同时控制实现；基于双阻尼器通道独立控制实现的独立阻尼特性，可以实现无障碍容积补偿，避免产生示功特性畸变；可以形成磁流变液的全流通流动，对沉降后的磁流变液形成强烈的再分散效果，使器件更好的适应可能的长期静置工况。

本发明的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，包括外筒、内筒、导向密封组件Ⅰ、磁路组件以及活塞组件；

所述内筒同轴设置于外筒内，且内筒外壁与外筒内壁之间形成有流道腔；

所述导向密封组件Ⅰ和磁路组件分别设置于外筒两端，所述导向密封组件Ⅰ包括设置于外筒内用于对活塞组件导向的导向座和固定于外筒端部的密封件，所述导向座一端与内筒一端抵接，导向座另一端与密封件抵接，所述磁路组件包括底座、磁轭、内线圈以及外线圈，所述底座固定于外筒端部，且底座朝向外筒内的一端中心设有轴向延伸的中心柱，所述磁轭套设于中心柱外，磁轭一端通过其端面设有的凸台与底座连接，使磁轭端面与底座之间形成底腔，磁轭另一端与内筒另一端抵接，所述磁轭内壁与中心柱内壁之间形成有与底腔连通的内阻尼通道，磁轭外壁与外筒内壁之间形成有分别与底腔和流道腔连通的外阻尼通道，所述内线圈缠绕于中心柱外，所述外线圈缠绕于磁轭外；

所述内筒内壁与中心柱、磁轭、导向座之间围合形成工作腔，所述活塞组件沿轴向可滑动的设置在工作腔内，并将工作腔分隔形成相互独立的右工作腔和左工作腔，所述右工作腔的腔壁上设有与流道腔连通的流通孔，所述左工作腔与内阻尼通道连通；

所述活塞组件包括活塞和活塞杆，所述活塞为一端敞开、一端封闭的中空结构，所述活塞杆一端穿过活塞封闭端伸入活塞内，与活塞固定连接，活塞杆另一端依次穿过导向座和密封件伸出外筒外，所述活塞内设置有可沿活塞轴向滑动的浮动活塞和用于支撑浮动活塞的压缩弹簧，所述浮动活塞、活塞封闭端以及活塞内壁共同围合成的密闭空间形成容积可变的补偿腔，所述压缩弹簧位于补偿腔内，所述活塞敞开端与左工作腔连通。

进一步，所述密封件为油封，所述内线圈和外线圈的引线均穿过底座并引出底座外。

进一步，所述外筒、中心柱、磁轭均为导磁材料。

进一步，所述浮动活塞为一端敞开、一端封闭的中空结构，该浮动活塞的敞开端朝向活塞的封闭端，所述压缩弹簧一端落入浮动活塞内并抵靠于浮动活塞封闭端，压缩弹簧另一端抵靠于活塞封闭端。

进一步，所述浮动活塞外壁与活塞内壁之间设置有导向密封组件Ⅱ，所述导向密封组件Ⅱ包括套设于浮动活塞外壁的导向环和O型密封圈，所述导向环位于浮动活塞靠近敞开端的一端，所述O型密封圈位于浮动活塞靠近封闭端的一端。

进一步，所述导向环采用聚四氟乙烯材料制成。

进一步，所述活塞的敞开端设置有用于对浮动活塞限位的限位件，所述限位件以可拆的方式设置于活塞敞开端。

进一步，所述限位件为环形挡圈，该环形挡圈外壁与活塞敞开端内壁螺纹连接，且环形挡圈上沿轴向设有辅助安装孔。

进一步，所述活塞封闭端中心设有供活塞杆穿过的过孔，所述活塞杆伸入活塞内的一端为外螺纹段，活塞杆的外螺纹段穿过过孔位于活塞内，并通过与外螺纹段配合的锁紧螺母组件与活塞固定连接。

进一步，所述活塞封闭端一侧设有通气孔，所述通气孔内设置有密封螺钉。

本发明的有益效果：本发明的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，采用底置双阻尼通道和双励磁线圈的结构，能够对阻尼通道实现分别控制，提供独立的阻尼特性，也可以在需要阻尼器提供较大阻尼力时，通过对双励磁线圈同时控制实现。

采用底置阻尼通道和励磁线圈的结构，通过底座可以方便地引出励磁线路，克服了传统磁流变阻尼器通过活塞杆内细长孔引出励磁线路的困难，大大提高了阻尼器的加工工艺性。

通过设置活塞组件，利用压缩弹簧和浮动活塞进行配合，无须充气，故阻尼器的安装使用方向不受限制。基于双阻尼器通道独立控制实现的独立阻尼特性，可以实现无障碍容积补偿，避免产生示功特性畸变。在压缩行程时，控制内阻尼通道以获得可控阻尼特性的同时，不对外阻尼通道施加励磁电流而保持补偿通道畅通；在复原行程时，控制外阻尼通道以获得可控阻尼特性的同时，不对内阻尼通道施加励磁电流而保持补偿通道畅通，从而实现完美的容积补偿，避免示功特性畸变。在需要阻尼器提供更大的阻尼力时，可以通过同时控制双阻尼通道实现。

本发明还可以形成磁流变液的全流通流动，使磁流变液流动贯穿位于左工作腔端部的沉降区域，对沉降后的磁流变液形成强烈的再分散效果，使器件更好的适应可能的长期静置工况。

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为本发明的结构示意图；

图2为本发明磁轭的结构示意图；

图3为本发明底座的结构示意图；

图4为本发明活塞组件示意图；

图5为本发明的另一种实施例；

具体实施方式

如图1至图4所示：本实施例的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，包括外筒1、内筒4、导向密封组件Ⅰ、磁路组件以及活塞组件；

所述内筒4同轴设置于外筒1内，且内筒4外壁与外筒1内壁之间形成有流道腔24；

所述导向密封组件和磁路组件分别设置于外筒1两端，所述导向密封组件Ⅰ包括设置于外筒1内用于对活塞组件导向的导向座3和固定于外筒1端部的密封件2，所述导向座3一端与内筒4一端抵接，导向座3另一端与密封件2抵接，所述磁路组件包括底座14、磁轭11、内线圈13以及外线圈12，所述底座14固定于外筒1端部，且底座14朝向外筒1内的一端中心设有轴向延伸的中心柱，所述磁轭11套设于中心柱外，磁轭11一端通过其端面设有的凸台与底座14连接，使磁轭11端面与底座14之间形成底腔10，磁轭11另一端与内筒4另一端抵接，所述磁轭11内壁与中心柱内壁之间形成有与底腔10连通的内阻尼通道25，磁轭11外壁与外筒1内壁之间形成有分别与底腔10和流道腔24连通的外阻尼通道26，所述内线圈13缠绕于中心柱外，所述外线圈12缠绕于磁轭11外；本实施例中底座14上设有与凸台配合的凹槽，使凸台能够部分***凹槽内形成定位。

所述内筒4内壁与中心柱、磁轭11、导向座3之间围合形成工作腔，所述活塞组件沿轴向可滑动的设置在工作腔内，并将工作腔分隔形成相互独立的右工作腔27和左工作腔28，所述右工作腔27的腔壁上设有与流道腔24连通的流通孔29，所述左工作腔28与内阻尼通道25连通；通过分别控制内、外线圈通电，可分别实现内、外阻尼通道26的磁场控制。底座、磁轭和外筒需采用导磁性良好的材料加工；当内线圈通电外线圈不通电，只在内阻尼通道25产生磁场，形成的磁回路为：底座中心柱、内阻尼通道25、磁轭、内阻尼通道25再回到底座中心柱，在内阻尼通道25内形成垂直于磁流变流动方向的磁场；当外线圈通电内线圈不通电，只在外阻尼通道26产生较强的磁场，形成的磁回路为：磁轭、外阻尼通道26、外筒、外阻尼通道26再回到磁轭，在外阻尼通道26内形成垂直于磁流变流动方向的磁场。

所述活塞组件包括活塞6和活塞杆5，所述活塞6为一端敞开、一端封闭的中空结构，所述活塞杆5一端穿过活塞封闭端伸入活塞6内，与活塞6固定连接，活塞杆5另一端依次穿过导向座3和密封件伸出外筒1外，所述活塞6内设置有可沿活塞轴向滑动的浮动活塞9和用于支撑浮动活塞9的压缩弹簧8，所述浮动活塞9、活塞封闭端以及活塞内壁共同围合成的密闭空间形成容积可变的补偿腔30，所述压缩弹簧8位于补偿腔30内，所述活塞敞开端与左工作腔28连通；当活塞杆5带动活塞向左运动时，活塞杆5进入内筒，由于进入的活塞杆5占据一定的容积，使得工作腔内容积减少，同时由于工作腔内工作介质不可压缩，造成活塞左工作腔28的压力增大，增大的压力作用于浮动活塞9，使浮动活塞9对压缩弹簧8进行压缩，进而使浮动活塞9向右运动，即减小补偿腔30的容积，从而使补偿腔30让出的容积用于补偿工作腔内由于活塞杆5进入而减少的容积；反之，当活塞杆5带动活塞向右运动时，活塞杆5退出工作腔，由于退出的活塞杆5释放一定的容积，使得工作腔内容积增大，此时活塞左工作腔28压力下降，减小的压力作用于浮动活塞9，无法与被压缩的压缩弹簧8保持力学平衡，使压缩弹簧8伸张并带动浮动活塞9向左运动，进而使补偿腔30回复到初始容积，从而填补工作腔内由于活塞杆5退出而增加的容积，实现补偿由于活塞杆5运动导致的工作腔内容积变化的目的。本实施例的导向座3和活塞杆5之间设置有青铜减摩圆环，以提高导向支撑效果，且密封效果好。

采用底置双阻尼通道和双励磁线圈的结构，能够对阻尼通道实现分别控制，提供独立的阻尼特性，也可以在需要阻尼器提供较大阻尼力时，通过对双励磁线圈同时控制实现。

采用底置阻尼通道和励磁线圈的结构，通过底座可以方便地引出励磁线路，克服了传统磁流变阻尼器通过活塞杆内细长孔引出励磁线路的困难，大大提高了阻尼器的加工工艺性。

通过设置活塞组件，利用压缩弹簧和浮动活塞进行配合，无须充气，故阻尼器的安装使用方向不受限制。基于双阻尼器通道独立控制实现的独立阻尼特性，可以实现无障碍容积补偿，避免产生示功特性畸变。在压缩行程时，控制内阻尼通道25以获得可控阻尼特性的同时，不对外阻尼通道26施加励磁电流而保持补偿通道畅通；在复原行程时，控制外阻尼通道26以获得可控阻尼特性的同时，不对内阻尼通道25施加励磁电流而保持补偿通道畅通，从而实现完美的容积补偿，避免示功特性畸变。在需要阻尼器提供更大的阻尼力时，可以通过同时控制双阻尼通道实现。

本发明还可以形成磁流变液的全流通流动，使磁流变液流动贯穿位于左工作腔28端部的沉降区域，对沉降后的磁流变液形成强烈的再分散效果，使器件更好的适应可能的长期静置工况。

本实施例中，所述密封件为油封2，所述内线圈13和外线圈12的引线均穿过底座14并引出底座14外，便于布线，方便装配，通过底座可以方便地引出励磁线路，克服了传统磁流变阻尼器通过活塞杆内细长孔引出励磁线路的困难，大大提高了阻尼器的加工工艺性。

本实施例中，所述外筒1、中心柱、磁轭11均为导磁材料，以利于形成稳定的磁场。

本实施例中，所述浮动活塞9为一端敞开、一端封闭的中空结构，该浮动活塞9的敞开端朝向活塞的封闭端，所述压缩弹簧8一端落入浮动活塞9内并抵靠于浮动活塞9封闭端，压缩弹簧8另一端抵靠于活塞封闭端，当活塞杆5带动活塞在工作腔内运动时，活塞杆5进出工作腔导致工作腔内容积发生变化，工作介质产生变化的压力，并通过浮动活塞9迫使压缩弹簧8压缩或伸张，以改变补偿腔30的容积，从而实现补偿由于活塞杆5运动导致的工作腔内容积变化的目的。本实施例的浮动活塞9采用铝等轻质材料制作。

本实施例中，所述浮动活塞9外壁与活塞内壁之间设置有导向密封组件Ⅱ，所述导向密封组件Ⅱ包括套设于浮动活塞9外壁的导向环16和O型密封圈17，所述导向环16位于浮动活塞9靠近敞开端的一端，用于对浮动活塞9进行导向；所述O型密封圈17位于浮动活塞9靠近封闭端的一端，以保证浮动活塞9的密封效果。

本实施例中，所述导向环16采用聚四氟乙烯材料制成，提高导向性能，且具备一定的密封性能。

本实施例中，所述活塞的敞开端设置有用于对浮动活塞9限位的限位件，所述限位件以可拆的方式设置于活塞敞开端，便于装拆、更换以及维修。

本实施例中，所述限位件为环形挡圈18，该环形挡圈18外壁与活塞敞开端内壁螺纹连接，便于装拆；且环形挡圈18上沿轴向设有辅助安装孔，用于与专用扳手相配合，更加利于装拆、维修以及更换。

本实施例中，所述活塞封闭端中心设有供活塞杆5穿过的过孔，所述活塞杆5伸入活塞内的一端为外螺纹段，活塞杆5的外螺纹段穿过过孔位于活塞内，并通过与外螺纹段配合的锁紧螺母组件与活塞固定连接，实现活塞杆5与活塞的连接固定。本实施例的活塞杆5与过孔之间的间隙通过密封胶进行密封，以保证密封性能，锁紧螺母组件包括锁紧螺母7和弹性垫圈。

本发明装配时，首先在底座14上绕制内线圈13，并将其引线引出底座外，在磁轭11上绕制外线圈12，将其引线引出底座外，并将磁轭底部的凸台和底座底部的凹槽对位安装如图2、3所示，在磁轭顶端安装内筒4；将外筒1以螺纹或者焊接等方式与底座13连接，往内筒4内灌注磁流变液到适当位置；以锁紧螺母7连接活塞杆5和活塞6，并在连接部位涂抹密封胶，将压缩弹簧8放入活塞6内腔，浮动活塞9在安装导向密封组件Ⅱ后压入活塞内腔后，安装浮动活塞挡圈10，形成活塞组件；将活塞组件放入内筒4，并继续向内筒4灌注磁流变液直至注满，在活塞杆5上依次套入导向座3和密封件，将导向座的台阶面支承在内筒4上，导向座的外周面与外筒形成配合，在密封件安装到位后，对外筒进行卷边处理，阻尼器装配完成。

经上述装配步骤，补偿腔30内存在空气和压缩弹簧8，阻尼器投入运行时，浮动活塞受压缩弹簧和空气压缩产生的力，分别具有线性和非线性特征。作为替代，所述活塞封闭端一侧设有通气孔，所述通气孔内设置有密封螺钉19，在浮动活塞9装配后，在外力作用下使压缩弹簧8实现合适的形变后，用密封螺钉19密封通气孔，形成活塞组件后再装入内筒4的磁流变液中，此时的活塞组件如图4所示，包括活塞杆5、密封螺钉19、活塞6、锁紧螺母7、压缩弹簧8、导向环16、O型密封圈17、浮动活塞9和环形挡圈18。

本发明采用底置双通道配合双励磁线圈，可以对两个阻尼通道实行单独控制，实现独立的阻尼特性，也可以对两个阻尼通道进行同时控制，实现大阻尼力的输出。

本发明并不仅仅局限于上述实施例，如图5所示，可对本发明进行进一步简化，采用单线圈同时控制双阻尼通道，即磁路组件包括底座14、右磁轭20、隔磁环21、线圈22、左磁轭23，其中隔磁环21由非导磁材料制作，以确保线圈22生成的磁场在内、外通道同时形成垂直于磁流变液流动方向的磁场。采用本实施例的阻尼器将失去阻尼通道独立控制，形成独立阻尼特性的能力。

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 (6)

1.一种底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：包括外筒、内筒、导向密封组件Ⅰ、磁路组件以及活塞组件；

所述内筒同轴设置于外筒内，且内筒外壁与外筒内壁之间形成有流道腔；

所述导向密封组件Ⅰ和磁路组件分别设置于外筒两端，所述导向密封组件Ⅰ包括设置于外筒内用于对活塞组件导向的导向座和固定于外筒端部的密封件，所述导向座一端与内筒一端抵接，导向座另一端与密封件抵接，所述磁路组件包括底座、磁轭、内线圈以及外线圈，所述底座固定于外筒端部，且底座朝向外筒内的一端中心设有轴向延伸的中心柱，所述磁轭套设于中心柱外，磁轭一端通过其端面设有的凸台与底座连接，使磁轭端面与底座之间形成底腔，磁轭另一端与内筒另一端抵接，所述磁轭内壁与中心柱内壁之间形成有与底腔连通的内阻尼通道，磁轭外壁与外筒内壁之间形成有分别与底腔和流道腔连通的外阻尼通道，所述内线圈缠绕于中心柱外，所述外线圈缠绕于磁轭外；

所述内筒内壁与中心柱、磁轭、导向座之间围合形成工作腔，所述活塞组件沿轴向可滑动的设置在工作腔内，并将工作腔分隔形成相互独立的右工作腔和左工作腔，所述右工作腔的腔壁上设有与流道腔连通的流通孔，所述左工作腔与内阻尼通道连通；

所述活塞组件包括活塞、浮动活塞以及与浮动活塞连接设置的活塞杆，所述活塞为一端敞开、一端封闭的中空结构，所述活塞杆一端穿过活塞封闭端伸入活塞内，与活塞固定连接，活塞杆另一端依次穿过导向座和密封件伸出外筒外，所述活塞内设置有可沿活塞轴向滑动的浮动活塞和用于支撑浮动活塞的压缩弹簧，所述浮动活塞、活塞封闭端以及活塞内壁共同围合成的密闭空间形成容积可变的补偿腔，所述压缩弹簧位于补偿腔内，所述活塞敞开端与左工作腔连通；所述浮动活塞为一端敞开、一端封闭的中空结构，该浮动活塞的敞开端朝向活塞的封闭端，所述压缩弹簧一端落入浮动活塞内并抵靠于浮动活塞封闭端，压缩弹簧另一端抵靠于活塞封闭端；所述浮动活塞外壁与活塞内壁之间设置有导向密封组件Ⅱ，所述导向密封组件Ⅱ包括套设于浮动活塞外壁的导向环和O型密封圈，所述导向环位于浮动活塞靠近敞开端的一端，所述O型密封圈位于浮动活塞靠近封闭端的一端；所述活塞的敞开端设置有用于对浮动活塞限位的限位件，所述限位件以可拆的方式设置于活塞敞开端；所述限位件为环形挡圈，该环形挡圈外壁与活塞敞开端内壁螺纹连接，且环形挡圈上沿轴向设有辅助安装孔。

2.根据权利要求1所述的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：所述密封件为油封，所述内线圈和外线圈的引线均穿过底座并引出底座外。

3.根据权利要求1所述的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：所述外筒、中心柱、磁轭均为导磁材料。

4.根据权利要求1所述的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：所述导向环采用聚四氟乙烯材料制成。

5.根据权利要求1所述的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞封闭端中心设有供活塞杆穿过的过孔，所述活塞杆伸入活塞内的一端为外螺纹段，活塞杆的外螺纹段穿过过孔位于活塞内，并通过与外螺纹段配合的锁紧螺母组件与活塞固定连接。

6.根据权利要求1所述的底置双通道双筒抗沉降磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞封闭端一侧设有通气孔，所述通气孔内设置有密封螺钉。

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