CN103352956B - 非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，包括磁流变阻尼器本体，磁流变阻尼器本体的活塞头设有励磁线圈并将缸筒内腔分隔为靠近缸筒下端的第一容腔和靠近缸筒上端的第二容腔，活塞头内部设有连通于第一容腔和第二容腔的对流孔，对流孔设有用于对磁流变液由第二容腔到第一容腔进行单向节流的阀门组件，本发明的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，可使复原可控阻尼力大于压缩可控阻尼力，能够在较小的电流下产生较大的复原阻尼力，可延长复原时间，适用于需要非对称可控阻尼的振动控制系统中，比如摩托车后悬架或其他车辆悬架系统，通过改变磁流变阻尼器励磁线圈的电流实现半主动振动控制；本发明结构简单，实现非对称可控阻尼力，使用成本低，利于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动控制装置，尤其涉及一种非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器。
背景技术
阻尼器分为被动、半主动和主动三种。普通被动阻尼器不能根据外部载荷的变化调节阻尼力大小。主动控制系统是用传感器来获取外部载荷变化以便让系统输出正确的阻尼力大小，整个系统比较复杂。而现今越来越受到人们重视的磁流变技术及其半主动控制，很好的结合了被动与主动的优点，能够根据需要调节阻尼器的输出阻尼力。
磁流变阻尼器是近二十年出现的一种用于半主动控制悬架的减振器件。磁流变阻尼器是磁流变技术应用的最为广泛的器件。基于磁流变技术的磁流变阻尼器具有结构简单、阻尼力连续且逆顺可调，而且阻尼力可调范围大、响应快、稳定性优良以及可与微机控制结合等特点。所以磁流变阻尼器在半主动悬架中受到了各国研究学者的广泛关注。目前，磁流变阻尼器已在车辆悬架系统、斜拉桥拉索振动控制、海洋平台结构的减振及高层建筑的隔振等方面得到了初步的应用，展现出了良好的应用前景。不过由于成本和磁流变液本身存在颗粒沉降的问题，磁流变阻尼器在目前还没有普遍用于民用车辆中，多数都在一些高档车和军用设备中用到。
磁流变液是由铁磁颗粒、表面活性剂和悬液组成。铁磁颗粒的大小一般在1-10um范围，一般采用铁、钴、镍等磁性材料加工而成；载液通常用硅油、煤油和矿物油，具有很好的阻燃性和温度稳定性，且对环境没有污染，与一般的材料接触也不会造成腐蚀作用；活性剂主要是起稳定的作用，防止铁磁颗粒相互粘连在一起，引起结团沉降现象。这种活性剂的分子结构很特殊，一端对磁性颗粒表面有很大的亲和力，能够牢固的吸附在磁性颗粒表面，另一端是极易分散于载液中具有适当长度的弹性基团。因此载液中添加的活性剂一般采用氧化硅添加剂或者其他表面活化剂。
磁流变液体是一种智能材料，当磁流变液中存在磁场的时候，液体的抗剪切力就会发生巨大的变化，就是所谓的磁流变效应。正是由于磁流变效应的易掌控性，磁流变液在振动控制中有着广泛的应用。具体来说，磁流变液在磁场内可以由自由流动的液体变成半液半固体，而且这之间的转换时间非常快（微秒级）。在自由流动形态下，磁流变液的塑性粘度只与载液的粘度和铁磁颗粒的体积分数相关。而当外加磁场后，磁流变液的性能就会随着外加磁场的变化而变化，在未达到磁饱和之前，磁场强度越大，抗剪切力就越大。磁流变液的塑性粘度可以当成一个常量，变化很小。外加磁场后，只有当剪切应力超过屈服应力的时候，磁流变液才能自由流动。基于磁流变液的上述特性，现有技术中的磁流变阻尼器阻尼力的大小仅由外加磁场控制，即通过改变励磁线圈的电流大小来实现，而当磁流变阻尼器应用于车辆中时，由于车辆在不同路况下行驶的颠簸状态差异较大，因此对阻尼器的振动控制实时调节性能要求较高，即便结合控制器，也无法预知车辆的颠簸状态来对励磁线圈的电流大小进行实时调节，并且现有技术中的磁流变阻尼器没有非对称可控阻尼特性，同等条件下阻尼器做复原运动和压缩运动时阻尼力大小基本保持一致。而在摩托车后悬架阻尼器中，与阻尼器匹配的弹簧在安装时给予了很大的预压紧，这就造成阻尼器在做压缩运动时阻力很大，如果阻尼器本身具有很大的压缩阻力的话，将不利于活塞头正常往复运动。所以在摩托车后悬架中要求复原阻力远大于压缩阻力。如果要把传统的对称阻尼特性的磁流变阻尼器用于需要非对称可控阻尼特性的场合，诸如摩托车后悬架系统，那么就要用控制器在阻尼器做压缩运动时调小电流或者关闭电流，这不仅需要引入传感器及控制电路，而且增加了系统复杂度，提高了成本。因此目前还没有相应的能够实现非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器用于摩托车后悬架中。
因此，为解决上诉问题，需要对传统对称阻尼特性的磁流变阻尼器加以改进，让磁流变阻尼器复原阻力远大于压缩阻力，在保持传统对称阻尼特性的磁流变阻尼器基础上，保持其复原阻尼特性，即通过调节电流大小调节复原阻尼力，但是改变其压缩阻尼特性，让压缩阻力大大减小，无需反复调节往复运动变换过程中的电流大小，适用于需要非对称可控阻尼特性的振动控制系统中，比如摩托车后悬架上的阻尼器或者其他车辆悬架系统，起到较好的减震效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，在原有圆环形磁流变阀的基础上，增加了非对称对流孔和沿对流孔对磁流变液进行单向节流的阀门组件，在复原运动时，调节电流大小就能得到不同的阻尼力，但是在压缩运动时，电流大小对阻尼力大小影响很小，压缩阻力都保持在一个很低的水平，适用于需要非对称阻尼的振动控制系统中，比如摩托车后悬架上的阻尼器或者其他车辆悬架系统，起到较好的减震效果。
本发明的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，包括磁流变阻尼器本体；所述磁流变阻尼器本体包括缸筒、活塞杆、活塞头和填充于缸筒内腔的磁流变液；所述活塞头设有励磁线圈并且活塞头设于缸筒内将缸筒内腔分隔为靠近缸筒下端的第一容腔和靠近缸筒上端的第二容腔；所述活塞头内部设有连通于第一容腔和第二容腔的对流孔；所述对流孔设有用于对磁流变液由第二容腔到第一容腔进行单向节流的阀门组件；
进一步，所述阀门组件为可在磁流变液压力作用下打开的弹性复位常闭结构；
进一步，所述对流孔至少为两个并且各对流孔沿活塞头周向均布；
进一步，所述阀门组件设于第二容腔内，阀门组件包括环形簧片和复位弹簧，所述环形簧片与活塞头同轴设置并沿轴向滑动连接于活塞头；所述复位弹簧弹顶于活塞杆和簧片之间用于将簧片弹压于活塞头端面进而封闭对流孔；
进一步，所述复位弹簧为塔簧；
进一步，所述活塞杆对应复位弹簧和环形簧片设有套状挡块；所述套状挡块夹紧定位于活塞杆和活塞头之间，套状挡块设有径向凸出的用于支撑复位弹簧的凸缘；环形簧片与套状挡块外壁轴向滑动配合；
进一步，所述励磁线圈为两个且两个励磁线圈的绕向相反；
进一步，所述磁流变阻尼器本体还包括与缸筒内壁滑动配合的用于对活塞杆和活塞头进行滑动导向的导向盘；导向盘外圆周固定有与缸筒内壁密封配合的密封圈；所述活塞头与缸筒之间设有用于供磁流变液在第一容腔和第二容腔之间流动的阻尼通道；所述导向盘设有用于将第一容腔与阻尼通道和对流孔连通的通流孔，导向盘可以单独成型并与活塞头通过螺纹固定连接，也可与活塞头一体成型；
进一步，所述缸筒上端设有密封连接于活塞杆和缸筒的上密封组件；所述上密封组件包括上端盖、上端盖橡胶封、固定Z字卡、Z字卡、滑片、油封卡、油封和缸内安全垫；所述活塞杆上端固定有上端接头；位于上端接头下端并套于活塞杆外壁设有缸外安全垫；所述励磁线圈的引出导线沿活塞头及活塞杆的轴线设置并由上端接头内引出；所述缸筒下端密封连接有下端接头；所述下端接头设有与第一容腔连通的气囊；所述下端接头与缸筒通过滚边或螺纹密封连接；
进一步，所述缸筒和活塞头由高导磁材料制成并且当导向盘与活塞头一体成型时也由高导磁材料制成；所述套状挡块、活塞杆和上密封组件由不导磁材料制成并且当导向盘单独成型时也由不导磁材料制成；所述励磁线圈由漆包线绕成。
本发明的有益效果是：本发明的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，在原有圆环形磁流变阀的基础上，增加了非对称对流孔和沿对流孔对磁流变液进行单向节流的阀门组件，在复原运动时，调节电流大小就能得到不同的阻尼力，但是在压缩运动时，电流大小对阻尼力大小影响很小，压缩阻力都保持在一个很低的水平，适用于需要非对称阻尼的振动控制系统中，比如摩托车后悬架上的阻尼器或者其他车辆悬架系统，通过改变磁流变阻尼器励磁线圈的电流实现半主动振动控制；本发明结构简单，实现非对称可控阻尼力；操作简便，可节约能耗，使用成本低，利于推广使用。
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为本发明压缩行程的结构示意图；
图2为本发明复原行程的结构示意图；
图3为图1的A处放大视图；
图4为图2的B处放大视图；
图5为本发明单极结构示意图；
图6为活塞杆伸入活塞头内固定连接结构示意图；
图7为活塞杆贯穿活塞头固定连接结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明压缩行程的结构示意图，图2为本发明复原行程的结构示意图，图3为图1的A处放大视图，图4为图2的B处放大视图，图5为本发明单极结构示意图，图6为活塞杆伸入活塞头内固定连接结构示意图，图7为活塞杆贯穿活塞头固定连接结构示意图，如图所示：本实施例的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，包括磁流变阻尼器本体；所述磁流变阻尼器本体包括缸筒14、活塞杆4、活塞头22和填充于缸筒14内腔的磁流变液；所述活塞头22设有励磁线圈20并且活塞头22设于缸筒14内将缸筒14内腔分隔为靠近缸筒14下端的第一容腔26和靠近缸筒14上端的第二容腔15；缸筒14上端是指缸筒14对应活塞杆4伸出的一端；所述活塞头22内部设有连通于第一容腔26和第二容腔15的对流孔21，有效的利用了活塞头22体积；所述对流孔21设有用于对磁流变液由第二容腔15到第一容腔26进行单向节流的阀门组件；活塞头22采用导磁材料制成并且活塞头22与缸筒14之间设有用于供磁流变液在第一容腔26和第二容腔15之间流动的阻尼通道19，压缩行程时，如图1所示：其中虚线和箭头表示磁流变液流动路径和方向，由于励磁线圈20内侧的磁场集中分布于活塞头22内部，对流孔21内磁场较弱，因此磁流变液极易通过对流孔21由第一容腔26流至第二容腔15，并且所受阻力与电流关系很小，使压缩阻尼力大小保持在一个很低的水平；复原行程时，如图2所示：其中虚线和箭头表示磁流变液流动路径和方向，通过阀门组件对对流孔21进行部分或完全节流，使磁流变液大部分或全部通过阻尼通道19由第二容腔15流至第一容腔26，而经由阻尼通道19的磁流变液因磁场作用而产生较大阻尼力，即复原阻尼力，其大小与阻尼通道19内的磁感应强度成正比，能通过调节励磁线圈20的电流大小来控制复原阻尼力的大小，励磁线圈20可以设置为一个或多个，均能实现本发明目的，能实现复原阻尼力根据车辆颠簸状态进行实时调节，压缩阻力保持在很低的水平，能起到较好的减震效果。
本实施例中，所述阀门组件为可在磁流变液压力作用下打开的弹性复位常闭结构；使阀门组件的开度即磁流变液由第一容腔26经对流孔21流至第二容腔15的截面积大小与受到磁流变液压力的大小呈正比变化，应用于车辆时，能实现压缩阻尼力根据车辆颠簸状态进行实时调节，能起到较好的减震效果。
本实施例中，所述对流孔21至少为两个并且各对流孔21沿活塞头22周向均布；使活塞头22受力均匀，避免活塞头22因受力不均而产生径向分力破坏活塞杆4、活塞头22和缸筒14的连接结构，保证使用寿命。
本实施例中，所述阀门组件设于第二容腔15内，阀门组件包括环形簧片18和复位弹簧17，所述环形簧片18与活塞头22同轴设置并沿轴向滑动连接于活塞头22；所述复位弹簧17弹顶于活塞杆4和簧片18之间用于将簧片18弹压于活塞头22端面进而封闭对流孔21；结构简单，制造方便，应用于车辆时，通过采用一定弹性模量的复位弹簧17可对应车辆载荷及相应的颠簸状态控制对流孔21的开度，实用性强。
本实施例中，所述复位弹簧17为塔簧，即锥形弹簧，其压缩量大，因此采用较短的塔簧便能实现对流孔21的较大开度范围，使阀门组件结构紧凑，稳定性好。
本实施例中，所述活塞杆4对应复位弹簧17和环形簧片18设有套状挡块16；所述套状挡块16夹紧定位于活塞杆4和活塞头22之间，套状挡块16设有径向凸出的用于支撑复位弹簧17的凸缘；环形簧片18与套状挡块16外壁轴向滑动配合；活塞头22与活塞杆4通过螺纹连接固定；活塞头22与活塞杆4的连接结构可以是图1所示结构，即活塞头22上端轴向设置连接螺杆，活塞杆4下端沿轴向对应连接螺杆设置连接螺孔；也可以是图5所示结构，即活塞杆4下端轴向设置连接螺杆，活塞头22上端沿轴向对应连接螺杆设置连接螺孔；也可以是图6所示结构，即活塞杆4下端轴向设置轴向长度大于活塞头22的长连接螺杆，活塞头22沿轴向对应长连接螺杆设置连接通孔，使长连接螺杆由连接通孔伸出并通过连接螺母将活塞头22锁紧固定于活塞杆4，均能实现本发明目的；套状挡块16可拆的套于相应的连接螺杆或长连接螺杆定位，使环形簧片18与套状挡块16滑动配合，当套状滑块磨损后可更换，利于降低使用成本，同时通过凸缘能够对复位弹簧17进行可靠的支撑定位，无需在活塞杆4上加工较大台阶面，利于降低活塞杆4的径向尺寸，节约用材，降低重量保证第二容腔15容量，提高振动控制性能。
本实施例中，所述励磁线圈20为两个且两个励磁线圈20的绕向相反，产生相反的两路磁场，安装完励磁线圈20后在励磁线圈20外部上胶密封，将励磁线圈20与磁流变液隔绝，以避免磁流变液与励磁线圈20反复摩擦，损坏线圈，造成短路。
本实施例中，所述磁流变阻尼器本体还包括与缸筒14内壁滑动配合的用于对活塞杆4和活塞头22进行滑动导向的导向盘24；导向盘24外圆周固定有与缸筒14内壁密封配合的密封圈25；所述活塞头22与缸筒14之间设有用于供磁流变液在第一容腔26和第二容腔15之间流动的阻尼通道19；所述导向盘24设有用于将第一容腔26与阻尼通道19和对流孔21连通的通流孔23，导向盘24可以单独成型并与活塞头22通过螺纹固定连接，也可与活塞头22一体成型；导向盘24可以是板状或套状结构，当导向盘24为板状结构时，如图1所示，导向盘24与活塞头22同轴设置并且导向盘24的中心与活塞头22的中心连接固定，使导向盘24与活塞头22之间形成环槽30，通流孔23轴向设置并绕导向盘24轴线均布，通流孔23通过环槽30与阻尼通道19和对流孔21连通；当导向盘24为套状结构时，如图7所示，导向盘24与活塞头22同轴设置并且导向盘24的侧壁固定连接于活塞头22端面，导向盘内孔与各对流孔21连通，导向盘24侧壁沿径向开设用于将导向盘内孔与阻尼通道19连通的旁通孔29，因此导向盘内孔和旁通孔29组合形成通流孔23；在构成阻尼通道19的同时实现活塞头22与缸筒14的滑动配合，并且阻尼力输出大，摒弃了现有技术中通过活塞杆4下端伸出缸筒14底部滑动配合的结构，大幅缩短了整体长度，减少了密封配合面积，利于减少泄漏，确保振动控制性能。
本实施例中，所述缸筒14上端设有密封连接于活塞杆4和缸筒14的上密封组件；所述上密封组件包括上端盖6、上端盖橡胶封7、固定Z字卡8、Z字卡9、滑片10、油封卡11、油封12和缸内安全垫13，通过上密封组件能够避免阻尼器在工作时发生漏油现象；所述活塞杆4上端固定有上端接头1；位于上端接头1下端并套于活塞杆4外壁设有缸外安全垫3，能够在阻尼器承受很大的外部载荷时保护阻尼器不受损坏；所述励磁线圈20的引出导线2沿活塞头22及活塞杆4的轴线设置并由上端接头1内引出，上端接头1、活塞杆4以及活塞头22的至少部分设有用于容纳引出导线的中心孔5；所述缸筒14下端密封连接有下端接头28；下端接头28与缸筒14之间设有用于密封的O形圈27；所述下端接头28设有与第一容腔26连通的气囊，能够有效补偿活塞杆4和活塞头22往复运动所引起的第一容腔26的容积变化；所述下端接头28与缸筒14通过滚边或螺纹密封连接，连接结构稳定，容易加工制造，利于密封。
本实施例中，所述缸筒14和活塞头22由高导磁材料制成并且当导向盘24与活塞头22一体成型时也由高导磁材料制成；所述套状挡块16、活塞杆4和上密封组件由不导磁材料制成并且当导向盘24单独成型时也由不导磁材料制成，可保证磁场回路中的大部分磁力线穿过阻尼通道19，能充分发挥垂直磁场对磁流变液的作用，有效控制阻尼力的大小，提高控制效率，降低功耗；所述励磁线圈20由漆包线绕成，使用性能较好。
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 (10)
1.一种非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：包括磁流变阻尼器本体；所述磁流变阻尼器本体包括缸筒、活塞杆、活塞头和填充于缸筒内腔的磁流变液；所述活塞头设有励磁线圈并且活塞头设于缸筒内将缸筒内腔分隔为靠近缸筒下端的第一容腔和靠近缸筒上端的第二容腔；所述活塞头内部设有连通于第一容腔和第二容腔的对流孔；所述对流孔设有用于对磁流变液由第二容腔到第一容腔进行单向节流的阀门组件；所述磁流变阻尼器本体还包括与缸筒内壁滑动配合的用于对活塞杆和活塞头进行滑动导向的导向盘；导向盘外圆周固定有与缸筒内壁密封配合的密封圈；所述活塞头与缸筒之间设有用于供磁流变液在第一容腔和第二容腔之间流动的阻尼通道；导向盘为套状结构，导向盘与活塞头同轴设置并且导向盘的侧壁固定连接于活塞头端面，导向盘内孔与各对流孔连通，导向盘侧壁沿径向开设用于将导向盘内孔与阻尼通道连通的旁通孔。
2.根据权利要求1所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述阀门组件为可在磁流变液压力作用下打开的弹性复位常闭结构。
3.根据权利要求2所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述对流孔至少为两个并且各对流孔沿活塞头周向均布。
4.根据权利要求3所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述阀门组件设于第二容腔内，阀门组件包括环形簧片和复位弹簧，所述环形簧片与活塞头同轴设置并沿轴向滑动连接于活塞头；所述复位弹簧弹顶于活塞杆和簧片之间用于将簧片弹压于活塞头端面进而封闭对流孔。
5.根据权利要求4所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述复位弹簧为塔簧。
6.根据权利要求5所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞杆对应复位弹簧和环形簧片设有套状挡块；所述套状挡块夹紧定位于活塞杆和活塞头之间，套状挡块设有径向凸出的用于支撑复位弹簧的凸缘；环形簧片与套状挡块外壁轴向滑动配合。
7.根据权利要求6所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述励磁线圈为两个且两个励磁线圈的绕向相反。
8.根据权利要求7所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：导向盘可以单独成型并与活塞头通过螺纹固定连接，也可与活塞头一体成型。
9.根据权利要求8所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒上端设有密封连接于活塞杆和缸筒的上密封组件；所述上密封组件包括上端盖、上端盖橡胶封、固定Z字卡、Z字卡、滑片、油封卡、油封和缸内安全垫；所述活塞杆上端固定有上端接头；位于上端接头下端并套于活塞杆外壁设有缸外安全垫；所述励磁线圈的引出导线沿活塞头及活塞杆的轴线设置并由上端接头内引出；所述缸筒下端密封连接有下端接头；所述下端接头设有与第一容腔连通的气囊；所述下端接头与缸筒通过滚边或螺纹密封连接。
10.根据权利要求9所述的非对称可控阻尼特性的磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒和活塞头由高导磁材料制成并且当导向盘与活塞头一体成型时也由高导磁材料制成；所述套状挡块、活塞杆和上密封组件由不导磁材料制成并且当导向盘单独成型时也由不导磁材料制成；所述励磁线圈由漆包线绕成。
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