CN104776153B - 基于单向挤压模式的磁流变液悬置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单向挤压模式的磁流变液悬置，包括壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧、镶嵌于橡胶主簧顶面的加强板以及贯穿整个悬置的连接杆；其特征是壳体是由上支架、下支架以及中间基座固定连接构成的框架；框架内设置有磁芯组件，包括倒置安装在上支架底面的线圈基座，励磁线圈嵌入在线圈基座中的凹槽内；以下支架与中间基座以及磁芯组件的底部端面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室，固定在连接杆上的挤压圆盘位于磁流变液腔室中，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置回弹过程中。本发明可以实现较大的动刚度调节范围和较小的零场动刚度，有效改善悬置系统高频隔振性能和低频相对位移控制性能。

Description

基于单向挤压模式的磁流变液悬置

技术领域

本发明涉及利用磁流变液进行减振的技术领域，尤其涉及一种用于汽车、轮船、工程机械等发动机悬置系统的磁流变液挤压悬置。

背景技术

磁流变液是一种具有流变特性的智能材料，即在外界磁场作用下，磁流变液材料属性，尤其是粘度能够在牛顿流体和半固体状态之间快速、可逆地调节。磁流变液悬置是磁流变液的典型应用之一，这种半主动执行器具有毫秒级的响应速度、阻尼力大、结构简单、耐久性好、耗能低以及替代性好的特点，在外界磁场控制下，可以实现磁流变液悬置刚度和阻尼的实时调节。

常见的磁流变液悬置大多工作在流动模式，在传统液压悬置的基础上，利用磁流变液替代腔内液压油，通过外加磁路的设计，实现悬置阻尼的调节。这种流动模式的磁流变液悬置，一方面需要使用大量的磁流变液，增加了悬置的生产成本；另一方面即便使用解耦器，也避免不了高频振动时因流体惯性作用而增大悬置的阻尼，恶化悬置隔振性能，同时由于发动机振动幅值相对较小，悬置阻尼力可调节范围比较小。

基于此，中国发明专利“基于挤压模式的发动机磁流变液压悬置”、公开号：CN103148158A中公开了一种用于汽车动力总成悬置系统的磁流变液挤压悬置，在该悬置中设置了上下挤压极板和惯性通道及解耦膜，实现了对挤压间隙磁场强度的控制，进而控制了悬置的动刚度，但悬置中采用的惯性通道结构会产生磁流变液高频共振现象，恶化悬置的高频隔振性能。中国发明专利“基于混合模式的发动机磁流变液压悬置”、公开号：CN104088955A中公开了一种混合模式的发动机磁流变液压悬置，在挤压极板和挤压线圈座之间形成挤压阻尼通道，在外磁芯和流动线圈座之间形成流动阻尼通道，采用流动模式和挤压模式的混合模式结构，增加了阻尼力的可调范围、提高悬置的隔振能力，但是阻尼通道的使用也会恶化悬置的高频隔振性能，并且磁流变液挤压模式工作在悬置压缩过程，不利于悬置相对位移的控制。以上两种专利都使用了大量的磁流变液，降低了磁流变液的使用效率，提高了生产成本。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于单向挤压模式的磁流变液悬置，使悬置在拥有较大的动刚度调节范围的同时，具备较小的零场动刚度，提高悬置系统的高频隔振性能。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于单向挤压模式的磁流变液悬置的结构形式是包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧、镶嵌于橡胶主簧顶面的带有顶部连接头的加强板以及贯穿整个悬置的连接杆；

本发明的结构特点是：所述壳体是由上支架、下支架以及位于上支架和下支架之间的筒状中间基座通过螺栓固定连接构成的框架；在所述框架内设置有磁芯组件，所述磁芯组件包括通过螺钉倒置安装在上支架底面的线圈基座，励磁线圈自线圈基座的底面嵌入在所述线圈基座中的凹槽内，在所述励磁线圈的底部设置封堵垫片，以封堵垫片和线圈基座的底面共同构成磁芯组件的底部端面；所述下支架设置为呈内凹面的盆形结构，以所述下支架的内凹面与中间基座的底部端面、以及磁芯组件的底部端面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室；固定设置在连接杆上的挤压圆盘位于所述磁流变液腔室中，在所述挤压圆盘与磁芯组件的底部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置回弹过程中。

本发明基于单向挤压模式的磁流变液悬置的结构特点也在于：

所述线圈基座和挤压圆盘均是由高导磁材料制成，在由所述挤压圆盘与下支架的顶面形成的挤压间隙中无磁场；所述连接杆是由非导磁材料制成，所述连接杆的顶端螺纹连接在加强板上，连接杆的底端嵌插在所述下支架的盆底中心。

在所述下支架的盆底上分别设置与磁流变腔室贯通的注液孔和排气孔。

增厚设置下支架的盆底，并将所述盆底设置为带有外螺纹的连接端，利用所述连接端将悬置与带有安装角度的螺纹孔进行固定连接。

本发明基于单向挤压模式的磁流变液悬置的另一结构形式是包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧、镶嵌于橡胶主簧顶面的带有顶部连接头的加强板以及贯穿整个悬置的连接杆，其特征是：所述壳体是由上支架和具有筒形内腔的封底基座通过螺栓固定连接构成的框架；磁芯组件放置在封底基座的筒形内腔中，所述磁芯组件包括放置在所述筒形内腔底部的线圈基座，励磁线圈自线圈基座的顶面嵌装在所述线圈基座中的凹槽内，在所述励磁线圈的顶部设置封堵垫片，以封堵垫片和线圈基座的顶面共同构成磁芯组件的顶部端面；由所述磁芯组件的顶部端面、上支架的底面以及封底基座的上部内圆周面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室；固定设置在连接杆上的挤压圆盘位于所述磁流变液腔室中，在所述挤压圆盘与磁芯组件的顶部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置压缩过程中。

所述线圈基座和挤压圆盘均是由高导磁材料制成，在由所述挤压圆盘与上支架的底面形成的挤压间隙中无磁场；所述连接杆是由非导磁材料制成，所述连接杆的顶端螺纹连接在加强板上，连接杆的底端嵌插在所述线圈基座中。

在所述封底基座的侧壁中分别设置与磁流变液腔室贯通的注液孔和排气孔。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明配合设置了弹性橡胶总成和磁流变液挤压总成，根据磁流变液挤压力大的特点，匹配了刚度及阻尼较小的橡胶主簧，使得在半主动控制系统中，磁流变液悬置具有较大的动刚度调节范围和较小的零场动刚度，使得悬置系统具有良好的隔振性能和悬置相对位移控制性能；

2、本发明设置磁芯组件通过螺钉连接倒置安装在上支架上，磁流变液单向挤压模式工作在悬置回弹过程，有益于悬置相对位移的控制；

3、本发明摒弃了传统液压悬置两个液压腔的结构，仅包含一个由中间基座、磁芯组件和下支架组成的封闭液室，减小了磁流变液的填充量，提高了磁流变液的使用效率，避免了因流体高频共振产生较大的悬置阻尼而恶化悬置的隔振性能；

4、本发明中励磁线圈固定于线圈基座的凹槽内，这样可以更容易地保护电磁线圈，不会由于连接杆的往复运动导致励磁线圈或者引线的疲劳损坏；

5、将下支架的底部增厚并设置有带安装螺纹的连接端，使得本发明的悬置可与带有安装角度的螺纹孔进行固定连接，易于装配。

附图说明

图1a为本发明第一实施例结构装配俯视图；图1b为图1a的A-A剖面图；

图2a为发明第一实施例中下支架的仰视图；图2b为图2a的B-B剖面图；

图3a为发明第一实施例中线圈基座仰视图；图3b为图3a的C-C剖面图；

图4a为发明第一实施例中中间基座俯视图；图4b为图4a的D-D剖面图；

图5a为本发明第二实施例结构装配俯视图；图5b为图5a的E-E剖面图。

图中标号：1下支架，2挤压圆盘，3第二螺栓，4为O型密封圈，5线圈基座，6励磁线圈，7上支架，8连接杆，9加强板，10橡胶主簧，11第一螺栓，12螺钉，13中间基座，14第一U型密封圈，15橡胶垫片，16封堵垫片，17注液孔，18第二U型密封圈，19排气孔，20封底基座。

具体实施方式

参见图1a、图1b、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a和图4b，本实施例中基于单向挤压模式的磁流变液悬置，包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧10、镶嵌于橡胶主簧10顶面的带有顶部连接头的加强板9，以及贯穿整个悬置的连接杆8；本实施例中，如图1b所示，壳体是由上支架7、下支架1以及位于上支架7和下支架1之间的筒状中间基座13通过螺栓固定连接构成的框架，包括在上支架7与中间基座13之间以第一螺栓11固定连接，在下支架1与中间基座13之间以第二螺栓3固定连接；在框架内设置有磁芯组件，磁芯组件包括通过螺钉12倒置安装在上支架7底面的线圈基座5，励磁线圈6自线圈基座5的底面嵌入在线圈基座5中的凹槽内，在凹槽的底部有多个螺纹孔，励磁线圈6是通过螺钉12连接在上支架7上，在励磁线圈6的底部设置封堵垫片16，封堵垫片16过盈配合安装在凹槽内用以固定励磁线圈6，以封堵垫片16和线圈基座5的底面共同构成磁芯组件的底部端面；如图2b所示，下支架1设置为呈内凹面的盆形结构，以下支架1的内凹面与中间基座13的底部端面、以及磁芯组件的底部端面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室，在磁流变液与橡胶主簧10之间由磁芯组件、中间基座13以及上支架7形成阻隔；固定设置在连接杆8上的挤压圆盘2位于磁流变液腔室中，在挤压圆盘2与磁芯组件的底部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置回弹过程中；为了避免磁流变液泄漏，在中间基座13和下支架1之间加装橡胶垫片15，在线圈基座5与连接杆8之间设置第一U型密封圈14，在下支架1与连接杆8之间设置第二U型密封圈18，在线圈基座5的外圆周面与中间基座13之间设置O型密封圈4。

具体实施中，线圈基座5和挤压圆盘2均是由高导磁材料制成，在由挤压圆盘2与下支架1的顶面形成的挤压间隙中无磁场；连接杆8是由非导磁材料制成，连接杆8的顶端螺纹连接在加强板9上，连接杆8的底端嵌插在所述下支架1的盆底中心，在下支架1的盆底上分别设置与磁流变腔室贯通的注液孔17和排气孔19；增厚设置下支架1的盆底，并将盆底设置为带有外螺纹的连接端，利用连接端将悬置与带有安装角度的螺纹孔进行固定连接。

由于同发动机壳体为刚性连接，发动机的振动会带动挤压圆盘2挤压磁流变液，在外部励磁电流作用下，当连接杆8向下运动时，挤压圆盘2挤压下部磁流变液，此时仅产生流体粘性阻尼作用，悬置具有较小阻尼，当连接杆8向上运动时，挤压圆盘2挤压上部磁流变液，此时不仅产生流体粘性阻尼作用，还包括磁流变液的挤压工作模式，悬置具有较大阻尼。

挤压圆盘2与磁芯组件下端的初始挤压间隙取决于悬置系统，并受限制于悬置的静态载荷位移，在悬置整体尺寸约束下，挤压间隙越小，悬置阻尼力越大。

图5a和图5b所示为另一实施方式结构示意图，其包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧10、镶嵌于橡胶主簧10顶面的带有顶部连接头的加强板9以及贯穿整个悬置的连接杆8；图5b所示结构中，壳体是由上支架7和具有筒形内腔的封底基座20通过螺栓固定连接构成的框架；磁芯组件放置在封底基座20的筒形内腔中，磁芯组件包括放置在筒形内腔底部的线圈基座5，励磁线圈6自线圈基座5的顶面嵌装在线圈基座5中的凹槽内，在励磁线圈6的顶部设置封堵垫片16，以封堵垫片16和线圈基座5的顶面共同构成磁芯组件的顶部端面；由磁芯组件的顶部端面、上支架7的底面以及封底基座20的上部内圆周面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室，在磁流变液与橡胶主簧10之间由上支架7形成阻隔；固定设置在连接杆8上的挤压圆盘2位于磁流变液腔室中，在挤压圆盘2与磁芯组件的顶部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置压缩过程中；本实施方式中，线圈基座5和挤压圆盘2均是由高导磁材料制成，在由挤压圆盘2与上支架7的底面形成的挤压间隙中无磁场；连接杆8是由非导磁材料制成，连接杆8的顶端螺纹连接在加强板9上，连接杆8的底端嵌插在线圈基座5中，在封底基座20的侧壁中分别设置与磁流变液腔室贯通的注液孔17和排气孔19。

Claims (5)

1.一种基于单向挤压模式的磁流变液悬置，包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧(10)、镶嵌于橡胶主簧(10)顶面的带有顶部连接头的加强板(9)以及贯穿整个悬置的连接杆(8)；其特征是：所述壳体是由上支架(7)、下支架(1)以及位于上支架(7)和下支架(1)之间的筒状中间基座(13)通过螺栓固定连接构成的框架；在所述框架内设置有磁芯组件，所述磁芯组件包括通过螺钉(12)倒置安装在上支架(7)底面的线圈基座(5)，励磁线圈(6)自线圈基座(5)的底面嵌入在所述线圈基座(5)中的凹槽内，在所述励磁线圈(6)的底部设置封堵垫片(16)，以封堵垫片(16)和线圈基座(5)的底面共同构成磁芯组件的底部端面；所述下支架(1)设置为呈内凹面的盆形结构，以所述下支架(1)的内凹面与中间基座(13)的底部端面、以及磁芯组件的底部端面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室；固定设置在连接杆(8)上的挤压圆盘(2)位于所述磁流变液腔室中，在所述挤压圆盘(2)与磁芯组件的底部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置回弹过程中；

所述线圈基座(5)和挤压圆盘(2)均是由高导磁材料制成，在由所述挤压圆盘(2)与下支架(1)的顶面形成的挤压间隙中无磁场；所述连接杆(8)是由非导磁材料制成，所述连接杆(8)的顶端螺纹连接在加强板(9)上，连接杆(8)的底端嵌插在所述下支架(1)的盆底中心。

2.根据权利要求1所述的基于单向挤压模式的磁流变液悬置，其特征是：在所述下支架(1)的盆底上分别设置与磁流变液腔室贯通的注液孔(17)和排气孔(19)。

3.根据权利要求1或2所述的基于单向挤压模式的磁流变液悬置，其特征是：增厚设置下支架(1)的盆底，并将所述盆底设置为带有外螺纹的连接端，利用所述连接端将悬置与带有安装角度的螺纹孔进行固定连接。

4.一种基于单向挤压模式的磁流变液悬置，包括顶端开口的壳体、封堵于壳体顶端开口处的橡胶主簧(10)、镶嵌于橡胶主簧(10)顶面的带有顶部连接头的加强板(9)以及贯穿整个悬置的连接杆(8)，其特征是：所述壳体是由上支架(7)和具有筒形内腔的封底基座(20)通过螺栓固定连接构成的框架；磁芯组件放置在封底基座(20)的筒形内腔中，所述磁芯组件包括放置在所述筒形内腔底部的线圈基座(5)，励磁线圈(6)自线圈基座(5)的顶面嵌装在所述线圈基座(5)中的凹槽内，在所述励磁线圈(6)的顶部设置封堵垫片(16)，以封堵垫片(16)和线圈基座(5)的顶面共同构成磁芯组件的顶部端面；由所述磁芯组件的顶部端面、上支架(7)的底面以及封底基座(20)的上部内圆周面共同形成一个密闭且充满磁流变液的磁流变液腔室；固定设置在连接杆(8)上的挤压圆盘(2)位于所述磁流变液腔室中，在所述挤压圆盘(2)与磁芯组件的顶部端面之间形成有效挤压间隙，磁流变液以单向挤压模式工作在悬置压缩过程中；

所述线圈基座(5)和挤压圆盘(2)均是由高导磁材料制成，在由所述挤压圆盘(2)与上支架(7)的底面形成的挤压间隙中无磁场；所述连接杆(8)是由非导磁材料制成，所述连接杆(8)的顶端螺纹连接在加强板(9)上，连接杆(8)的底端嵌插在所述线圈基座(5)中。

5.根据权利要求4所述的基于单向挤压模式的磁流变液悬置，其特征是：在所述封底基座的侧壁中分别设置与磁流变液腔室贯通的注液孔(17)和排气孔(19)。