新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器论文和设计-徐明

全文摘要

本实用新型公开了一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器,主要由活塞杆、阻尼器缸体、线圈绕线架、左引磁套环、阻磁套环、右引磁套环、定位盘II、浮动活塞、左导磁环、左励磁线圈、定位盘I、中导磁环、右励磁线圈、右导磁环等组成。线圈绕线架在左、中、右加工有圆环形凹槽，用以放置导磁环。该活塞头结构设计充分利用了活塞头体积，在不增大阻尼器外形尺寸前提下，实现了阻尼通道全通道有效。该磁流变阻尼器结构紧凑、磁场利用率高、可产生较大输出阻尼力、阻尼力可调范围较宽，特别适用于铁路、汽车、桥梁等结构的减振抗震系统。

主设计要求

1.一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征包括：左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)、左引磁套环(7)、阻磁套环(8)、右引磁套环(9)、定位盘II(10)、活塞头右端盖(11)、浮动活塞(12)、阻尼器右端盖(13)、右吊环(14)、左导磁环(15)、左励磁线圈(16)、定位盘I(17)、中导磁环(18)、右励磁线圈(19)、右导磁环(20)，左吊环(1)右端加工有内螺纹孔，活塞杆(2)左端加工有外螺纹，两者通过螺纹紧固连接；左吊环(1)右端加工有内螺纹孔，活塞杆(2)左端加工有外螺纹，两者通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞杆(2)右端外圆周面加工有周向均匀分布的3个圆形通孔，与活塞杆(2)右端面加工的圆形盲孔相贯通，构成磁流变液流经的中间阻尼孔通道;阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(5)圆周内表面加工有内螺纹通孔，活塞杆(2)右端圆周外加工有外螺纹，两者通过螺纹固定连接；活塞头左端盖(5)与线圈绕线架(6)通过螺钉固定连接；线圈绕线架(6)圆周外表面加工有两个轴向长度和槽深均相等的圆环型凹槽，左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)依次均匀缠绕在线圈绕线架(6)的两个圆环型凹槽内；线圈绕线架(6)、阻尼器缸体(4)、活塞杆(2)、左吊环(1)分别加工有引线孔，左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)的两根引线依次通过上述引线孔引出；活塞头左端盖(5)右端面加工有四个盲孔，定位盘I(17)左端面加工有四个圆柱形凸起，四个圆柱形凸起的圆周外表面与活塞头左端盖(5)的右端面四个盲孔过盈配合；线圈绕线架(6)中部的左右端面各加工4个盲孔，定位盘I(17)的右端面与定位盘II(10)的左端面各加工4个圆柱形凸起，四个圆柱形凸起的圆周外表面与对应线圈绕线架(6)的四个盲孔过盈配合;活塞头右端盖(11)与线圈绕线架(6)通过螺钉固定连接；活塞头右端盖(11)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面过盈配合；活塞头右端盖(11)中部加工有圆形通孔；浮动活塞(12)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(13)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(13)右端加工有外螺纹，右吊环(14)左端加工有内螺纹孔，两者通过螺纹紧固连接。

设计方案

2.根据权利要求书1所述的一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征是：左励磁线圈(16)产生的磁力线在流经中导磁环(18)时发生分流，其中一部分磁力线垂直穿入阻尼通道I后流向活塞头左端盖(5)，再流入阻尼器缸体(4)；另一部分磁通先穿入线圈绕线架(6)，再通过引磁套环(9)流向活塞头左端盖(5)后流入阻尼器缸体(4)，最后，两部分磁力线在阻尼器缸体(4)汇合，一起回到线圈绕线架(6)形成闭合回路，右励磁线圈(19)的磁力线分布与左励磁线圈(16)的磁力线分布类似，左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)通入异向电流，线圈绕线架(6)中间段的有效阻尼间隙处的磁感应强度增强，从而提高了磁流变阻尼器的输出阻尼力。

3.根据权利要求书1所述的一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征是：左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)通入同向电流，线圈绕线架(6)中间段的有效阻尼间隙处的磁感应强度减弱，从而减弱了磁流变阻尼器的输出阻尼力。

4.根据权利要求书1所述的一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征是：定位盘I(17)与活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)左圆形凹槽右端面分别构成径向盘式液流通道A、径向盘式液流通道B;定位盘II(10)与线圈绕线架(6)右圆形凹槽左端面、活塞头右端盖(11)分别构成径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道D；线圈绕线架（6）与定位盘I(17)、定位盘II(10)分别构成圆环轴向液流通道I、圆环轴向液流通道II，当活塞杆(2)沿轴向方向受拉伸时，磁流变液从左腔室出发，流经径向盘式液流通道A、轴向液流通道I、径向盘式液流通道B、径向盘式液流通道C、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道D，进入右腔室，当活塞杆(2)沿轴向方向受压缩时，磁流变液从右腔室出发，流经径向盘式液流通道D、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道B、圆环轴向液流通道I、径向盘式液流通道A，进入左腔室。

5.根据权利要求书1所述的一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器，其特征是：阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)、左引磁套环(7)、右引磁套环(9)、左导磁环(15)、中导磁环(18)、右导磁环(20)及活塞头右端盖(11)由磁导率较高的电工软铁制成，由其余零件均由不导磁类不锈钢制成。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器。

背景技术

磁流变阻尼器是一种广泛应用于半主动控制系统中的新型智能阻尼器件。其毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前磁流变阻尼器已在建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车悬架系统的减振等方面取得广泛应用。

目前对磁流变阻尼器的改进主要集中于结构设计及参数优化两方面。磁流变阻尼器结构设计时，首先应使磁流变液在有效阻尼间隙内的流动方向与磁场方向相互垂直；其次是尽可能使磁流变液在磁流变阻尼器内部的液流通道加长。目前所设计的磁流变阻尼器大多采用的是单一励磁线圈的圆环式液流阻尼通道，并且是通过以下两种方法来提高磁流变阻尼器的阻尼力可调范围，一是在相同输入电流下，尽可能在磁流变液饱和范围内提高有效阻尼间隙内的磁感应强度，常用的方法是减小磁流变阻尼器的阻尼间隙宽度，但由于磁流变液久置未用再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼间隙，导致磁流变阻尼器失效；第二就是提高有效阻尼间隙长度，但这样会显著增加磁流变阻尼器的体积，占用更多的安装及使用空间，制造成本也相应增加。

参数优化就是根据结构振动的环境的使用要求，确定最初的概念设计方案，包括阻尼器选型，出力大小的估算以及宏观结构尺寸的大体预估等，进而通过各种不同性能的使用要求及磁路的设计特点对结构参数的优化取舍，确定最佳使用范围，但由于实际应用时阻尼器的某些结构参数的初步选取需要依靠经验预估，因而最终设计结果需要反复试算才能确定，整个过程非常繁琐。上述研究中设计的磁流变阻尼器的输出阻尼力并不能很好的取得理想效果，设计的阻尼器只能应用于低压小流量液压系统，进而限制了阻尼器在工业方面上的应用。

因此，设计一种结构紧凑、性能稳定、输出阻尼力大、阻尼力控制范围宽的磁流变阻尼器，是进一步拓宽磁流变阻尼器工业应用的前提。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提出一种新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器。该阻尼器的活塞头由活塞头左端盖、线圈绕线架、左励磁线圈、右励磁线圈、定位盘I、定位盘II、活塞头右端盖组合而成。线圈绕线架在左、中、右加工有环形凹槽，用以放置导磁环。该活塞头结构设计充分利用了活塞头体积，在不增大阻尼器外形尺寸前提下，延长了有效阻尼通道长度，改变了磁力线走向，充分利用了磁场。该磁流变阻尼器结构紧凑、磁场利用率高、可产生较大输出阻尼力、阻尼力可调范围较宽，特别适用于铁路、汽车、桥梁等结构的减振抗震系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括；左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)、左引磁套环(7)、阻磁套环(8)、右引磁套环(9)、定位盘II(10)、活塞头右端盖(11)、浮动活塞(12)、阻尼器右端盖(13)、右吊环(14)、左导磁环(15)、左励磁线圈(16)、定位盘I(17)、中导磁环(18)、右励磁线圈(19)、右导磁环(20);左吊环(1)右端加工有内螺纹孔，活塞杆(2)左端加工有外螺纹，两者通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(3)中间加工有圆形通孔，活塞杆(2)与阻尼器左端盖(3)圆形通孔内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞杆(2)右端外圆周面加工有周向均匀分布的3个圆形通孔，与活塞杆(2)右端面加工的圆形盲孔相贯通，构成磁流变液流经的中间阻尼孔通道;阻尼器左端盖(3)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；活塞头左端盖(5)圆周内表面加工有内螺纹通孔，活塞杆(2)右端圆周外加工有外螺纹，两者通过螺纹固定连接；活塞头左端盖(5)与线圈绕线架(6)通过螺钉固定连接；线圈绕线架(6)圆周外表面加工有两个轴向长度和槽深均相等的圆环型凹槽，左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)依次均匀缠绕在线圈绕线架(6)的两个圆环型凹槽内；线圈绕线架(6)、阻尼器缸体(4)、活塞杆(2)、左吊环(1)分别加工有引线孔，左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)的两根引线依次通过上述引线孔引出；活塞头左端盖(5)右端面加工有四个盲孔，定位盘I(17)左端面加工有四个圆柱形凸起，四个圆柱形凸起的圆周外表面与活塞头左端盖(5)的右端面四个盲孔过盈配合；线圈绕线架(6)中部的左右端面各加工4个盲孔，定位盘I(17)的右端面与定位盘II(10)的左端面各加工4个圆柱形凸起，四个圆柱形凸起的圆周外表面与对应线圈绕线架(6)的四个盲孔过盈配合;活塞头右端盖(11)与线圈绕线架(6)通过螺钉固定连接；活塞头右端盖(11)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面过盈配合；活塞头右端盖(11)中部加工有圆形通孔；浮动活塞(12)圆周外表面与阻尼器缸体(4)圆周内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(13)与阻尼器缸体(4)通过螺钉固定连接，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(13)右端加工有外螺纹，右吊环(14)左端加工有内螺纹孔，两者通过螺纹紧固连接。左励磁线圈(16)产生的总磁通在流经中导磁环(18)时发生分流，其中一部分磁通垂直穿入阻尼通道I后流向活塞头左端盖(5)，再流入阻尼器缸体(4)，另一部分磁通先穿入线圈绕线架(6)，再通过引磁套环(9)流向活塞头左端盖(5)最后再流入阻尼器缸体(4)。右励磁线圈(19)的磁力线分布与左励磁线圈(16)的磁力线分布类似。为了避免磁通在流经两引磁套环之间直接形成回路，造成漏磁现象，在两引磁线圈中加入阻磁套环(8)。在引磁套环和阻磁套环的厚度选择上，应使该处不发生磁饱和现象为宜。左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)通入异向电流，线圈绕线架(6)中间段的有效阻尼间隙处的磁感应强度增强，从而提高了磁流变阻尼器的输出阻尼力；左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)通入同向电流，线圈绕线架(6)中间段的有效阻尼间隙处的磁感应强度降低，从而减小了磁流变阻尼器的输出阻尼力；定位盘I(17)与活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)左圆形凹槽右端面分别构成径向盘式液流通道A、径向盘式液流通道B;定位盘II(10)与线圈绕线架(6)右圆形凹槽左端面、活塞头右端盖(11)分别构成径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道D；线圈绕线架(6)与定位盘I(17)、定位盘II(10)分别构成圆环轴向液流通道I、圆环轴向液流通道II。当活塞杆(2)沿轴向方向受拉伸时，磁流变液从左腔室出发，流经径向盘式液流通道A、轴向液流通道I、径向盘式液流通道B、径向盘式液流通道C、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道D，进入右腔室。当活塞杆(2)沿轴向方向受压缩时，磁流变液从右腔室出发，流经径向盘式液流通道D、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道B、圆环轴向液流通道I、径向盘式液流通道A，进入左腔室；阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)、左引磁套环(7)、右引磁套环(9)、左导磁环(15)、中导磁环(18)、右导磁环(20)及活塞头右端盖(11)由磁导率较高的电工软铁制成，由其余零件均由不导磁类不锈钢制成。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)本实用新型的磁流变液流经活塞头形成盘式液流通道和圆环轴向液流通道，该液流通道包括四条径向圆盘式有效阻尼长度，两条圆环轴向液流通道。这种结构可以充分利用阻尼间隙长度，在导磁环以及引磁套环的作用下分别能够保证磁力线垂直通过盘式液流通道A、B、C、D以及圆环轴向液流通道I、II,将原本线圈挖槽下方占据的无效长度将转化为有效长度，励磁线圈产生的磁通沿阻尼通道全长激发磁感应强度，保证阻尼通道的全通道有效。通过控制电流的大小可以控制磁感应强度的大小进而对输出阻尼力的有效控制。该装置可以在较小的电流下输出较大的阻尼力。

(2)本实用新型采用双线圈激励的方式，当左、右励磁线圈通入异向电流，线圈绕线架中间部分的磁感应强度增强，从而增加了磁流变制动器输出阻尼力；当左、右线圈通入同向电流，线圈绕线架中间部分的磁感应强度减弱，从而降低了磁流变制动器输出阻尼力。本实用新型具有结构相对紧凑、磁场利用率高、输出阻尼力大、阻尼力可调范围宽等优点。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型受拉伸时磁流变液的流向及有效阻尼间隙分布示意图。

图3是本实用新型励磁线圈通异向电流磁力线分布示意图。

图4是本实用新型励磁线圈通异向电流磁力线的局部放大示意图。

图5是左导磁环的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1所示为本实用新型结构示意图。主要包括：左吊环(1)、活塞杆(2)、阻尼器左端盖(3)、阻尼器缸体(4)、活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)、左引磁套环(7)、阻磁套环(8)、右引磁套环(9)、定位盘II(10)、活塞头右端盖(11)、浮动活塞(12)、阻尼器右端盖(13)、右吊环(14)、左导磁环(15)、左励磁线圈(16)、定位盘I(17)、中导磁环(18)、右励磁线圈(19)、右导磁环(20)。

图2是本实用新型受拉伸时磁流变液的流向及有效阻尼间隙的分布示意图。定位盘I(17)与活塞头左端盖(5)、线圈绕线架(6)左圆形凹槽右端面分别构成径向盘式液流通道A、径向盘式液流通道B;定位盘II(10)与线圈绕线架(6)右圆形凹槽左端面、活塞头右端盖(11)分别构成径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道D；线圈绕线架(6)与定位盘I(17)、定位盘II(10)分别构成圆环轴向液流通道I、圆环轴向液流通道II。当活塞杆(2)沿轴向方向受拉伸时，磁流变液从左腔室出发，流经径向盘式液流通道A、圆环轴向液流通道I、径向盘式液流通道B、径向盘式液流通道C、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道D，进入右腔室。

图3所示为本实用新型励磁线圈通异向电流磁力线分布示意图。左励磁线圈(16)产生的磁力线在流经中导磁环(18)时发生分流，其中一部分磁力线垂直穿入阻尼通道I后流向活塞头左端盖(5)，再流入阻尼器缸体(4)；另一部分磁通先穿入线圈绕线架(6)，再通过引磁套环(9)流向活塞头左端盖(5)后流入阻尼器缸体(4)，最后，两部分磁力线在阻尼器缸体(4)汇合，一起回到线圈绕线架(6)形成闭合回路。右励磁线圈(19)产生的磁力线开始于线圈绕线架(6)，在流经右导磁环(20)时发生分流，其中一部分磁力线垂直穿入阻尼通道II后流向线圈绕线架(6)，再流入阻尼器缸体(4)；另一部分磁通先穿入线圈绕线架(6)，再通过右引磁套环(9)，流进中导磁环(18)后流入阻尼器缸体(4)，最后，两部分磁力线在阻尼器缸体(4)汇合,一起回到线圈绕线架(6)形成闭合回路。由于左励磁线圈(16)和右励磁线圈(19)通入异向电流，线圈绕线架(6)中间段的有效阻尼间隙处的磁感应强度增强，从而增强了磁流变阻尼器的输出阻尼力。当两线圈通入同向电流时，则可以减小磁流变阻尼器的输出阻尼力。

图4是本实用新型励磁线圈通异向电流磁力线的局部放大示意图。

图5是左导磁环的左视图。

本实用新型工作原理如下：

当活塞杆(2)沿轴向方向受拉伸时，磁流变液从左腔室出发，流经径向盘式液流通道A、圆环轴向液流通道I、径向盘式液流通道B、径向盘式液流通道C、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道D，进入右腔室。当活塞杆(2)沿轴向方向受压缩时，磁流变液从右腔室出发，流经径向盘式液流通道D、圆环轴向液流通道II、径向盘式液流通道C、径向盘式液流通道B、圆环轴向液流通道I、径向盘式液流通道A，进入左腔室；当给励磁线圈通电时，由于磁场作用，径向盘式液流通道和圆环轴向液流通道有效阻尼间隙内的磁流变液粘度会增大，屈服应力增强，磁流变液流经有效阻尼间隙时，就必须克服这种链状排列的分子间的力，从而导致磁流变液流经液流通道的阻力增大，可减慢或阻止液体的流动，通过调节励磁线圈中电流大小，可改变磁流变液的屈服应力，以达到控制输出阻尼力大小的目的。

设计图

新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器论文和设计

新型全通道蜿蜒式磁流变阻尼器论文和设计-徐明

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主设计要求

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设计说明书

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