具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器

摘要

具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，涉及磁流变阻尼器，包含壳体、端盖、阻尼器外壳和活塞本体。所述活塞本体由活塞杆、侧挡板、外套筒、磁芯、绕线框、线框盖和线圈组成。磁芯布置在活塞杆和外套筒之间，并形成折叠式节流通道。当向缠绕在绕线框上的线圈通入电流，线圈周围产生通过活塞杆轴心、磁芯以及外套筒的闭合磁场。活塞杆相对阻尼器外壳往复运动时，阻尼器外壳中的磁流变液通过节流通道流动，并在磁场的作用下形成磁链从而产生阻尼力。调节电流的大小，阻尼器产生的阻尼力的大小也随之改变。本发明涉及的磁流变阻尼器采用折叠流动模式，能够提供很大的可控阻尼力和宽可调范围，适用于机械、土木、舰船、航天领域的减振应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器。

背景技术

阻尼器，是以提供运动的阻力，耗散运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业得到了广泛的应用。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。特别是有五十多年历史的液压粘滞阻尼器，经历了大量实验、严格的审查和反复的论证。

然而，以液压阻尼器为代表的传统阻尼器，由于不具备动态可调特性，即不能随着环境激励的改变或减振系统参数的变化做出相应的调整，其减振性能及应用的适应性受到大大削减，导致其往往不能满足越来越来多的需要进行自适应调节的减振系统的要求。近年来，一种基于新型智能材料—磁流变液，开发的磁流变阻尼器被提出并被广泛研究。磁流变阻尼器具有结构简单、阻尼出力大、动态可调、反应迅速、自身功耗低等特点，以及卓越的自适应减振性能，被广泛地应用于半主动减振系统，并且其减振效果和可靠性得到广泛的实验和工程论证。

磁流变阻尼器，作为二十一世纪最具有应用前景的智能阻尼器件之一，越来越受到人们的关注。经过二三十年的不断发展，磁流变阻尼器的结构形式得到了一定的改进，其性能在不同层面也得到相应的提升，逐渐可以满足不同减振要求的工程应用。然而，传统磁流变阻尼器的结构大都还是采用单一通道的流动模式，这种结构形式简单可靠，然而在一定的体积条件下往往限制了其最大阻尼出力和动态可调范围，从而限制了其在一些具有恶劣振动环境以及重载减振条件下的应用。

因此，十分有必要对磁流变阻尼器的结构形式继续进行改进，设计一种结构简单紧凑、阻尼出力大、动态可调范围宽的新型磁流变阻尼器，以达到在一定的体积限制下，也具有适应恶劣振动环境以及重载减振的苛责要求的优良性能。这十分有利于扩宽磁流变阻尼器的工程应用前景。

发明内容

为了克服背景技术中提到的问题，并且结合磁流变阻尼器的实际使用要求，本发明提出一种结构紧凑、阻尼性能优良的具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，其能够降低磁流变阻尼器的体积和重量，并增大磁流变阻尼器的最大出力和阻尼力可控范围。所提出的磁流变阻尼器是在传统磁流变阻尼器的工作原理的基础上，对节流通道的结构形式进行了全新改进。通过设计“磁芯”，一种馈流结构，巧妙地改进了磁流变液的流动通道形式，形成了一种全新的折叠流动模式。这种结构形式简单、紧凑，却大大增加了磁流变阻尼器的节流通道的有效长度，而且与传统磁流变阻尼器相比，并没有增加磁流变阻尼器的体积。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，包括：壳体、端盖、阻尼器外壳、侧挡板Ⅰ、外套筒、侧挡板Ⅱ、活塞杆、磁芯Ⅰ、绕线框、线框盖、线圈以及磁芯Ⅱ；端盖安装在阻尼器外壳的一端，壳体、端盖以及阻尼器外壳通过螺丝固定在一起，活塞杆的一端安装在端框的中心孔内，活塞杆的另一端安装在阻尼器外壳一端的中心孔内，绕线框套在活塞杆中间的凸台上，线圈缠绕在绕线框内，线框盖套在绕线框上面，磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ对称地安装在绕线框的两侧，磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ通过安装在活塞杆上的侧挡板Ⅰ和侧挡板Ⅱ进行轴向固定，外套筒与阻尼器外壳通过过渡配合进行径向定位。

所述的磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ的两侧分别开有朝向外圈或内圈的“扇形槽”，并且两侧的“扇形槽”通过四个均布的圆孔—“馈流孔”进行连通。

所述的磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ的外壁与外套筒的内壁形成外侧环形节流通道，磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ的内壁与活塞杆的外壁形成内侧环形节流通道，磁芯Ⅰ和磁芯Ⅱ中心的“馈流孔”将外侧环形节流通道和内侧环形节流通道连接起来。

所述的活塞杆、磁芯Ⅰ、外套筒以及磁芯Ⅱ由导磁材料制作，其余零件均由非导磁材料制成。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

（1）该具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，采用折叠流动通道形式，与传统磁流变阻尼器相比，多出了内侧的环形节流通道，大大增加节流通道的有效长度，提高了节流通道的利用效率，从而在不改变体积的前提下能够提供更大（约为传统磁流变阻尼器的2倍）的阻尼力，另外，也大大扩宽了磁流变阻尼器的可控阻尼力的调控范围，这对将其应用于半主动减振控制系统是大有裨益的。

（2）该具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，由于磁芯上四个均布的“馈流孔”的直径较大，且磁芯实体的导磁率远大于磁流变液的导磁率，因此，由通电线圈产生的磁场将迂回“馈流孔”，通过磁芯的实体部分、活塞杆、外套筒以及节流通道形成闭合的磁回路，总磁路不会产生损失。

（3）该具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器，外侧的节流通道和内侧的节流通道中的磁流变液的流动方向是一致的，因此，在磁场作用下产生的阻尼力的方向也是一致。

说明书附图

图1是本发明具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器的俯视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图2的B处放大图。

图4是本发明具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器的磁芯的正视图。

图5是图4的C-C剖视图。

图6是本发明具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器的磁芯的结构示意图。

附图标记：1—外壳体、2—端盖、3—阻尼器外壳、4—侧挡板Ⅰ、5—外套筒、6—侧挡板Ⅱ、7—活塞杆、8—磁芯Ⅰ、9—绕线框、10—线框盖、11—线圈、12—磁芯Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

图1是本发明具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器的俯视图，磁流变阻尼器的外轮廓为圆形。

图2是图1的A-A剖视图，该磁流变阻尼器包括：外壳体（1）、端盖（2）、阻尼器外壳（3）、侧挡板Ⅰ（4）、外套筒（5）、侧挡板Ⅱ（6）、活塞杆（7）、磁芯Ⅰ（8）、绕线框（9）、线框盖（10）、线圈（11）、磁芯Ⅱ（12）。

图3是图2的B处放大图，磁芯 Ⅰ（8）、磁芯Ⅱ（12）分别与活塞杆和外套筒之间形成内侧节流通道和外侧节流通道，内侧节流通道和外侧节流通道通过磁芯的“馈流孔”连通；阻尼器外壳（3）中的磁流变液经过折叠式节流通道进行流动，线圈（11）通电后将会产生穿过内、外侧的磁场。

图4、图5和图6显示了本发明具有宽可调范围的折叠流动式磁流变阻尼器的磁芯的结构图，磁芯Ⅰ（8）和磁芯Ⅱ（12）的两侧分别开有朝向外圈或内圈的“扇形槽”，并且两侧的“扇形槽”通过四个均布的圆孔—“馈流孔”进行连通。

上述活塞杆（7）、磁芯Ⅰ（8）、外套筒（5）以及磁芯Ⅱ（12）由导磁材料制作，其余零件均由非导磁材料制成。

本发明的工作原理如下：

向阻尼器外壳（3）中注满磁流变液，并排空其中的空气，然后盖上端盖（2）和外壳体（1）并通过螺钉固定。

当线圈（11）中没有通入电流时，在外界的振动作用下，活塞杆（7）与阻尼器外壳（3）之间产生相对运动，磁流变液通过折叠式节流通道进行流动，阻尼器外壳（3）中形成压力差，磁流变阻尼器会产生与活塞杆运动速度相关的粘性阻尼力。

当线圈（11）中通入电流时，在磁流变阻尼器内、外侧节流通道中会产生感应磁场，节流通道中的磁流变液在磁场的作用下会迅速由牛顿流体状态转变为半固体状态，其剪切屈服强度迅速增大并且会随着磁场强度的增大而继续增大，磁流变阻尼器会产生克服磁链作用的可控阻尼力。在磁路达到饱和状态之前，通过调节通入线圈电流的大小，来改变节流通道中磁场强度进而调节磁流变液的剪切应力，从而对磁流变阻尼器的阻尼出力大小进行调控。