CN113803399A - 一种高载荷磁流变液-弹三向减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高载荷磁流变液‑弹三向减振装置，包括磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器，通过注液端盖注液孔在内套中灌满磁流变液，外壳和内套之间由橡胶连接；该磁流变液‑弹三向减振装置可视为弹性体减振器和磁流变液阻尼器的并联，不通电状态具有弹性体减振器刚度和被动阻尼器阻尼，通入不同的电流后，快速产生相应的磁场，磁流变液阻尼器产生相应的磁流变力，即可相应地改变装置的阻尼，通过实时改变发动机悬置***阻尼力以适应不同的环境激励频率。本发明的显著优点是：1)支撑力大且阻尼可调；2)可实现三向减振；3)漏磁少，能耗小；4)温度影响小。

Description

一种高载荷磁流变液-弹三向减振装置

技术领域

本发明涉及高载荷减振装置，特别涉及一种高载荷磁流变液-弹三向减振装置。

背景技术

1948年Rabinow最早发明了磁流变液及其应用装置——离合器。磁流变材料响应快、可逆性好，通过调节磁场可实现材料力学和电学等性能的连续控制，因而在兵器、航空、航天等领域的减振降噪方面应用前景广阔。

在整个军用车辆***中，车辆发动机***是影响车辆振动水平的一个重要因素，它是一个特殊的子***，既是激励源又是受迫振动体。一方面，在整个车辆***中，发动机质量较大，车身无法看作一个无限大的平台，发动机减振器的目的就是减小发动机向车身力的传递，减小车身的振动水平。另一方面，发动机在工作状态时，车辆处于一定的运动状态，因而路面激励也会对车身振动产生一定的影响，发动机减振器的另一个目的就是减小车身向发动机力的传递。

理想的发动机悬置，为衰减因路面和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大幅振动，应具有低频高刚度、大阻尼特性；为降低车内噪声，提高操纵稳定性，应具有高频小刚度、小阻尼特性。客观上要求发动机悬置***具有频变和幅变特性。现有的悬置减振***广泛使用金属弹簧减振器、橡胶或黏弹性材料减振器、库伦摩擦阻尼减振器等，通过内摩擦消耗能量，减小发动机向车身力的传递，降低车身振动，但这些悬置减振器的刚度和阻尼都不能随振动环境而改变，并且现有悬置装置仅具有单方向减振效果。由于发动机振动通常是多主频、宽频剧烈振动，采用固定参数的传统动力减振器无法对其所有频域振动进行减振。磁流变弹性体刚度大，但是励磁装置安装位置有限，并且温度对磁流变弹性体性能影响较大，而磁流变液阻尼大，但支撑力不足。

发明内容

本发明目的在于提供一种高载荷磁流变液-弹三向减振装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明的高载荷磁流变液-弹三向减振装置包括磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器两部分。

磁流变液阻尼器包括活塞杆1、活塞杆盖4、活塞8、内套9、注液端盖10、励磁线圈11、阻尼通道12，内套9上端和注液端盖10内部均设计两个连通的凹槽，分别安装密封圈和自润滑复合轴承铜套，形成密封结构，活塞杆1由直径大小不同的两部分构成，活塞8外壁加工有一个凹槽，励磁线圈11绕制在活塞8凹槽中，活塞8从活塞杆1小直径部分下端套入，并在活塞杆1小直径部分下端拧上活塞杆盖4固定活塞8位置，活塞杆1与活塞8一起深入内套9内部，活塞杆1的大直径部分从内套9上端的密封圈和自润滑复合轴承铜套伸出，活塞8外壁与内套9内壁之间的间隙构成阻尼通道12；注液端盖10上设置有注液孔，通过注液孔向内套9内灌注磁流变液；注液端盖10位于活塞8外侧，注液端盖10内部安装的密封圈和自润滑复合轴承铜套套在活塞杆1小直径部分的末端并固定在内套9腔体下端，活塞杆1受活塞杆1大、小直径两部部分所构成的台阶与注液端盖10内部安装的自润滑复合轴承铜套限制可沿垂直方向运动；

高载荷弹性体减振器包括外壳2、加强板3、过渡座5、上盖6、球铰7，内套9为磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器的共用部件，外壳2套在内套9***并与其共轴，外壳2的前端边沿与上盖6通过螺钉连接，球铰7深入活塞杆1一端空腔内，通过下螺纹与活塞杆1相连，上盖6套在球铰7***，上盖6内表面与球铰7外表面焊死固结；外壳2和内套9之间由橡胶连接。

进一步地，外壳2与内套9之间橡胶为一体化制备，保证连接强度和材料稳定性。

进一步地，根据活塞8和阻尼通道12尺寸，确定内套9和外壳2下部分尺寸，并且为保证外壳2和内套9的相对位移最大，外壳2和内套9为同心结构。

进一步地，活塞杆1和活塞杆盖4由钛合金制成。

进一步地，活塞8和内套9由导磁材料制成。

进一步地，外壳2、加强板3、过渡座5、上盖6和注液端盖10由45钢制成。

进一步地，外壳2与发动机支架13相连，发动机支架13连接并支撑发动机，过渡座5位于载体14上方，与载体14相连，加强板3放置在过渡座5与发动机支架13之间。

进一步地，高载荷磁流变液-弹三向减振装置的外壳2从下方套入并安装在发动机支架13上，两个发动机支架13上方与发动机15连，高载荷磁流变液-弹三向减振装置下方通过过渡座5与载体14相连；当发动机15与载体14发生相对运动时，活塞8与内套9、内套9与外壳2产生相对位移，则磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器两部分同时产生阻尼力和弹性力，通过调节励磁线圈11的励磁电流改变磁流变液阻尼器阻尼力。

该磁流变液-弹三向减振装置可视为弹性体减振器和磁流变液阻尼器的并联，不通电状态下具有弹性体减振器刚度和被动阻尼器阻尼，励磁线圈通入不同电流后，磁流变液阻尼器阻尼通道处磁感应强度和阻尼系数发生快速变化，当活塞随活塞杆上下移动时，磁流变液阻尼器阻尼力发生相应的改变，通过控制励磁线圈电流可实时控制发动机悬置***阻尼力以适应不同的环境激励频率，降低车体与发动机振动的相互影响，提高车辆发动机对振动环境的适应性和整车的可靠性、舒适性、平顺性和机动性。

与现有技术相比，本发明的显著优点是：1)支撑力大且阻尼可调；2)可实现三向减振；3)漏磁少，能耗小；4)温度影响小。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明高载荷磁流变液-弹三向减振装置示意图；

图2是本发明高载荷磁流变液-弹三向减振装置各部件三维立体示意图；

图3是本发明高载荷磁流变液-弹三向减振装置剖面及内部磁路示意图；

图4是本发明高载荷磁流变液-弹三向减振装置安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至4对本发明作进一步详细说明。

参见图1至4，本发明的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，包括磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器两部分。

高载荷弹性体减振器包括外壳2、内套9、加强板3、过渡座5、上盖6、球铰7，内套9为磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器的共用部件，外壳2套在内套9***并与其共轴，外壳2与上盖6通过螺钉连接，球铰7深入活塞杆1一端空腔内，通过下螺纹与活塞杆1相连，上盖6套在球铰7***，上盖6内表面与球铰7外表面焊死固结。外壳2与内套9之间采用橡胶为一体化制备成型，保证连接强度和材料稳定性。

磁流变液阻尼器包括活塞杆1、活塞杆盖4、活塞8、内套9、注液端盖10、励磁线圈11、阻尼通道12，内套9上端和注液端盖10内部均设计两个连通的凹槽，分别安装密封圈和自润滑复合轴承铜套，形成密封结构，活塞杆1由直径大小不同的两部分构成，活塞8外壁加工有一个凹槽，励磁线圈11绕制在活塞8凹槽中，活塞8从活塞杆1小直径部分下端套入，并在活塞杆1小直径部分下端拧上活塞杆盖4固定活塞8位置，活塞杆1与活塞8一起深入内套9内部，活塞杆1的大直径部分从内套9上端的密封圈和自润滑复合轴承铜套伸出，活塞8外壁与内套9内壁之间的间隙构成阻尼通道12；注液端盖10上设置有注液孔，通过注液孔向内套9内灌注磁流变液；注液端盖10位于活塞8外侧，注液端盖10内部安装的密封圈和自润滑复合轴承铜套套在活塞杆1小直径部分的末端并固定在内套9腔体下端，活塞杆1受活塞杆1大、小直径两部部分所构成的台阶与注液端盖10内部安装的自润滑复合轴承铜套限制可沿垂直方向运动；

外壳2与发动机支架13通过四个螺钉相连，发动机支架13连接并支撑发动机，过渡座5位于载体14上方，与载体14通过两个螺钉相连，加强板3为了加强结构稳定性，放置在过渡座5与发动机支架13之间。

所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置中，为保证结构强度，活塞杆1和活塞杆盖4由钛合金制成，活塞8和内套9由导磁材料制成，外壳2、加强板3、过渡座5、上盖6和注液端盖10由45钢制成。此外，活塞8和阻尼通道12的具体尺寸和由磁路优化设计结果和阻尼力要求决定，使得最少线圈匝数通最大电流时阻尼通道12处磁流变液达到磁饱和，减振装置获得最大阻尼力。为增加减振装置载荷能力的同时不影响活塞8的垂直运动，减振装置外壳2和内套9均设计成上部分有倾斜角度的空心圆台状，下部分为圆筒状，倾斜角度和下部分高度可根据具体载荷进行调整，倾斜角度要满足载荷要求，而下部分高度要满足活塞最大行程要求。根据活塞8和阻尼通道12尺寸，确定内套9和外壳2下部分尺寸。并且为保证外壳2和内套9的相对位移最大，外壳2和内套9为同心结构。

当励磁线圈11通电流时，活塞8、内套9和阻尼通道12处的磁流变液形成封闭磁路，如图3中黑实线所示，磁场方向与励磁电流方向有关。

结合图1、2、3、4，工作时，本发明的高载荷磁流变液-弹三向减振装置从下方套入并安装在发动机支架13上，两个支架13上方与发动机15相连，减振装置下方通过过渡座5与载体14相连。当发动机15与载体14发生相对运动时，活塞8与内套9、内套9与外壳2产生相对位移，则磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器两部分同时产生阻尼力和弹性力，通过调节励磁线圈11的励磁电流改变磁流变液阻尼器阻尼力。

高载荷磁流变液-弹三向减振装置的工作原理：减振装置活塞杆1的顶部通过球铰7、上盖6、外壳2、发动机支架13与发动机15相连，活塞杆1底部与活塞杆盖4螺纹连接，使活塞8固定，内套9底部外螺纹与过渡座5内螺纹连接，过渡座5通过两个螺钉与载体14相连；减振装置内套9与外壳2之间为橡胶弹性体，便于承受发动机静载，而内套9腔内装有磁流变液液体；活塞8横向缠绕的励磁线圈11中的驱动电流连续可控，这样，腔内阻尼通道处磁流变液感应到的磁感应强度即可调可控；活塞8将内套9内空间隔开形成上腔和下腔，工作时，当减振装置外壳2受到发动机振动激励而产生垂直向上(或向下)的运动时，振动通过球铰7和活塞杆1带动活塞8向上(或向下)运动，上腔和下腔液体压强变化，磁流变液通过活塞8和内套9间的环形阻尼通道12在上腔和下腔间流动，在外加磁场的作用下，磁流变液的流变特性发生变化，即磁流变液从液体变为类固体状态，阻尼和粘性变化，进而使阻尼器活塞杆1垂向运动阻力变大，达到迅速改变装置阻尼力的目的。同时，磁流变液阻尼器的阻尼力在较宽的激振频率范围内均可控。由于采用了橡胶弹性体，当隔振***出现控制器失效或传感器故障等异常情况时，这类减振装置还可以用做被动隔振方式，保证了失效安全。并且，当发动机产生横向振动时，振动直接传递到减振装置外壳2，球铰7限制位置的同时能够保证360°的旋转，将横向振动传递到活塞8和内套9，保证了整个磁流变阻尼器可相对外壳2发生横向运动。因此，当发动机和载体产生横向相对运动时，外壳2和内套9间的橡胶弹性体还可起到横向减振作用。因此，当发动机15与载体14发生相对运动时，磁流变液阻尼器起到垂向减振作用，而高载荷弹性体减振器起到横向减振作用，在笛卡尔坐标系下，本发明的高载荷磁流变液-弹三向减振装置可实现空间三向减振。

本发明可用于降低车体与发动机振动的相互影响，提高车辆发动机对振动环境的适应性和整车的可靠性、舒适性、平顺性和机动性。

Claims (9)

1.一种高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于：该装置包括磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器；

磁流变液阻尼器包括活塞杆[1]、活塞杆盖[4]、活塞[8]、内套[9]、注液端盖[10]、励磁线圈[11]、阻尼通道[12]，内套[9]上端和注液端盖[10]内部均设计两个连通的凹槽，分别安装密封圈和自润滑复合轴承铜套，形成密封结构，活塞杆[1]由直径大小不同的两部分构成，活塞[8]外壁加工有一个凹槽，励磁线圈[11]绕制在活塞[8]凹槽中，活塞[8]从活塞杆[1]小直径部分下端套入，并在活塞杆[1]小直径部分下端拧上活塞杆盖[4]固定活塞[8]位置，活塞杆[1]与活塞[8]一起深入内套[9]内部，活塞杆[1]的大直径部分从内套[9]上端的密封圈和自润滑复合轴承铜套伸出，活塞[8]外壁与内套[9]内壁之间的间隙构成阻尼通道[12]；注液端盖[10]上设置有注液孔，通过注液孔向内套[9]内灌注磁流变液；注液端盖[10]位于活塞[8]外侧，注液端盖[10]内部安装的密封圈和自润滑复合轴承铜套套在活塞杆[1]小直径部分的末端并固定在内套[9]腔体下端，活塞杆[1]受活塞杆[1]大、小直径两部部分所构成的台阶与注液端盖[10]内部安装的自润滑复合轴承铜套限制可沿垂直方向运动；

高载荷弹性体减振器包括外壳[2]、加强板[3]、过渡座[5]、上盖[6]、球铰[7]，内套[9]为磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器的共用部件，外壳[2]套在内套[9]***并与其共轴，外壳[2]的前端边沿与上盖[6]通过螺钉连接，球铰[7]深入活塞杆[1]一端空腔内，通过下螺纹与活塞杆[1]相连，上盖[6]套在球铰[7]***，上盖[6]内表面与球铰[7]外表面焊死固结；外壳[2]和内套[9]之间由橡胶连接。

2.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，外壳[2]和内套[9]均设计成上部分有倾斜角度的空心圆台状、下部分为圆筒状的结构。

3.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，根据活塞[8]和阻尼通道[12]尺寸，确定内套[9]和外壳[2]下部分尺寸，并且为保证外壳[2]和内套[9]的相对位移最大，外壳[2]和内套[9]为同心结构。

4.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，外壳[2]与内套[9]之间橡胶为一体化制备。

5.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，活塞杆[1]和活塞杆盖[4]由钛合金制成。

6.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，活塞[8]和内套[9]由导磁材料制成。

7.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，外壳[2]、加强板[3]、过渡座[5]、上盖[6]和注液端盖[10]由45钢制成。

8.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，外壳[2]与发动机支架[13]相连，发动机支架[13]连接并支撑发动机，过渡座[5]位于载体[14]上方，与载体[14]相连，加强板[3]放置在过渡座[5]与发动机支架[13]之间。

9.根据权利要求1所述的高载荷磁流变液-弹三向减振装置，其特征在于，高载荷磁流变液-弹三向减振装置的外壳[2]从下方套入并安装在发动机支架[13]上，两个发动机支架[13]上方与发动机[15]相连，高载荷磁流变液-弹三向减振装置下方通过过渡座[5]与载体[14]相连；当发动机[15]与载体[14]发生相对运动时，活塞[8]与内套[9]、内套[9]与外壳[2]产生相对位移，则磁流变液阻尼器和高载荷弹性体减振器两部分同时产生阻尼力和弹性力，通过调节励磁线圈[11]的励磁电流改变磁流变液阻尼器阻尼力。

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