具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器的制作方法

1.本发明涉及机械减振领域，特别涉及一种具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器。


背景技术：

2.为适用不同减/隔振工况的需求，具有阻尼可控特性的半主动阻尼器逐渐得到研究与应用，常见的半主动阻尼器为直线式磁流变液阻尼器。考虑到磁流变液的工作模式和运动特性，有时会受到应用空间的限制，从而较难设计出满足要求的直线式阻尼器，而旋转式磁流变阻尼器结构紧凑，易集成自传感自供电模块，可作为磁流变耗能装置的方案，而且近年来已有旋转式磁流变阻尼器在一些传统减/隔振领域的研究与应用，如磁流变座椅悬架隔振领域。
3.目前市面上的旋转式磁流变阻尼器通常基于磁流变液的剪切工作模式，该剪切工作模式的输出效率较低，为了提升输出扭矩密度，只有增加工作面积，如采用多盘片式或多环形筒，但是输出的阻尼扭矩密度依然较小，且此时旋转式磁流变阻尼器结构复杂，应用较为困难。
4.针对目前旋转式磁流变阻尼器存在的机构复杂、体积较大、输出效率低、通用性差等问题，需要对现有旋转式磁流变阻尼器中对磁流变液的剪切工作模式进行改进。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出一种基于新工作原理的高扭矩密度旋转式磁流变阻尼器结构来实现方案，通过在剪切工作面之间嵌入可滚动的滚针，从而在励磁磁场下滑动界面诱导出为更为粗壮磁流变液颗粒链，以改善边界滑移条件，大幅提高输出扭矩。
6.本发明针对上诉问题可通过以下技术方案来实现：
7.一种具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，包括可绕自身轴线转动的铁芯、与铁芯同轴设置的缸筒、与缸筒左端固定连接设置的左端盖以及与缸筒右端固定连接设置的右端盖；所述铁芯作为动力输入端与外部电机输出端相连，所述右端盖作为动力输出端与外部负载相连；所述缸筒、左端盖和右端盖连接固定后形成缸体，所述缸体与铁芯之间的间隙形成封闭腔，所述封闭腔内填充有磁流变液；所述缸体内上设置有用于增强磁流变效应的滚针组件，所述滚针组件包括与所述铁芯配合的滚针，所述铁芯被驱动转动时驱动滚针转动以剪切磁流变液产生具有增强效应的阻尼扭矩。
8.进一步，所述滚针组件还包括用于固定滚针的滚针保持架，所述滚针保持架为筒状且沿轴向开设有用于固定滚针的条形孔，若干所述条形孔均匀分布在所述滚针保持架的侧壁。
9.进一步，还包括用于固定滚针保持架的套筒，所述套筒与所述缸筒过盈配合，所述滚针与铁芯剪切磁流变液产生扭矩通过套筒传递至缸筒上，所述缸筒被驱动转动后通过右端盖输出扭矩至外部负载。
10.进一步，所述套筒的左端设置有定位环ⅰ，所述套筒的右端设置有定位环ⅱ，所述
套筒通过定位环ⅰ和定位环ⅱ在所述封闭腔内轴向定位。
11.进一步，所述铁芯位于封闭腔内的外表面上沿径向开设有线槽，所述线槽内缠绕有励磁线圈，所述励磁线圈通电后用于在工作区域产生励磁磁场。
12.进一步，所述铁芯上还设置有引线通道，所述引线通道用于引出励磁线圈的接线端并使其与外部电源连接，所述外部电源通过改变流经励磁线圈的激励电流大小来控制励磁磁场的磁感应强度。
13.进一步，所述左端盖与缸筒之间和右端盖与缸筒之间分别设置有密封件ⅰ，所述密封件ⅰ用于防止封闭腔内的磁流变液流出缸体。
14.进一步，所述左端盖的外表面向外凸起形成凸起部，所述左端盖与铁芯之间在凸起部内设置有转动轴承ⅰ；所述右端盖的内表面向内凹陷形成凹槽部，所述右端盖与铁芯之间在凹槽部内设置有转动轴承ⅱ。
15.进一步，所述转动轴承ⅰ用于在径向方向上支撑铁芯前端，所述转动轴承ⅱ用于固定铁芯后端，所述铁芯通过转动轴承ⅰ和转动轴承ⅱ双向固定并实现了铁芯的轴向定位。
16.进一步，所述转动轴承ⅰ的前端设置有限位组件，所述限位组件用于限制转动轴承ⅰ在铁芯上的轴向位移；所述转动轴承ⅱ与封闭腔之间设置有密封件ⅱ，所述密封件ⅱ用于防止封闭腔内的磁流变液渗入转动轴承ⅱ内。
17.本发明的有益效果是：
18.本技术方案提出的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，可通过控制励磁电流保证精准的扭矩输出，扭矩调节响应速度快，能够适应不同的制动和传力场合；同时该具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器的结构简单，输出扭矩密度高，易与驱动元件构成高集成度。
附图说明
19.下面结合附图和实施方案对本发明作进一步描述。
20.图1本发明的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器结构示意图；
21.图2为图1的a-a剖视图；
22.图3本发明中滚针保持架的结构示意图；
23.图4为本发明中的磁路示意图；
24.图5为常规流道处磁流变液成链示意图；
25.图6为引入滚针后流道处磁流变液成链示意图；
26.图7本发明的实验力学性能曲线图；
27.图8本发明中未考虑滚针结构诱导增强效应时的仿真力学性能曲线图；
28.其中附图标记为：1-左端盖；2-定位环ⅰ；3-缸筒；4-滚针；5-右端盖、6-深沟球轴承ⅰ；7-密封件ⅱ；8-定位环ⅱ；9-线圈；10-深沟球轴承ⅱ；11-轴承挡圈；12-止动螺母；13-铁芯；14-磁流变液；15-滚针保持架；16-滚针套筒；17-密封件ⅰ。
具体实施方式
29.如图所示，本发明提供的一种具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，包括可绕自身轴线转动的铁芯13、与铁芯13同轴设置的缸筒3、与缸筒3左端固定连接设置的左端盖1以及与缸筒3右端固定连接设置的右端盖5；所述铁芯13作为动力输入端与外部电机输出端相
连，所述右端盖5作为动力输出端与外部负载相连；所述缸筒3、左端盖1和右端盖5连接固定后形成缸体，所述缸体与铁芯13之间的间隙形成封闭腔，所述封闭腔内填充有磁流变液14；所述缸体内壁上设置有用于增强磁流变效应的滚针组件，所述滚针组件包括与所述铁芯13配合的滚针4，所述铁芯13被驱动转动时驱动滚针4转动以剪切磁流变液14产生具有增强效应的阻尼扭矩；本技术方案中在旋转式磁流变阻尼器内部的封闭腔内嵌入可滚动的滚针组件，通过铁芯13带动滚针4转动剪切磁流变液以产生阻尼力传递到缸体上，并通过缸体右侧的右端盖5输出扭矩至外部负载；
30.本实施例中，与铁芯13同轴设置的缸筒3、左端盖1和右端盖5形成该磁流变阻尼器的缸体结构，同时缸筒3、左端盖1和右端盖5之间通过螺栓连接固定；缸体结构与铁芯13之间的间隙形成填充有磁流变液的封闭腔，其中封闭腔内的磁流变液可在铁芯13转动时一起流动，以实现磁流变液中微观粒子的运动；通过引入滚针结构后，利用其在封闭腔内的滚动作用，会产生沿滚针外表面的法线方向对磁流变液的挤压力，从而诱导磁流变液的微观链结构形成粗壮链；该滚针结构诱导形成的粗壮链具有较好的抗剪切性能，提高了阻尼器的力学性能，使阻尼器具有输出阻尼扭矩密度高、易与驱动元件构成高集成度的优点。
31.本实施例中，所述滚针组件还包括用于固定滚针的滚针保持架15，所述滚针保持架15为筒状且沿轴向开设有用于固定滚针4的条形孔，若干所述条形孔均匀分布在所述滚针保持架15的侧壁；滚针保持架15为具有一定防腐耐磨性能的筒状金属结构件，设置在填充有磁流变液的封闭腔内，类似于常规轴承结构中的保持架，主要用于固定滚针4并使滚针4与铁芯13之间保持过渡配合，进而在铁芯13转动时能够带动滚针4转动以剪切磁流变液14产生扭矩。
32.本实施例中，还包括用于固定滚针保持架15的套筒16，所述套筒16与所述缸筒3过盈配合，所述滚针4与铁芯13剪切磁流变液14产生扭矩通过套筒16传递至缸筒3上，所述缸筒3被驱动转动后通过右端盖5输出扭矩至外部负载；套筒16主要用于固定滚针保持架15，在安装时先安装滚针4和滚针保持架15，随后再安装套筒16将滚针结构包裹并固定；通过套筒16与缸筒3之间的过盈配合，使铁芯13转动时带动滚针4转动以剪切磁流变液14产生的阻尼扭矩力能够传递到缸筒3上，进而驱动缸体一起转动，并通过右端盖5输出扭矩给外部负载，实现扭矩的输出。
33.本实施例中，所述套筒16的左端设置有定位环ⅰ2，所述套筒的右端设置有定位环ⅱ8，所述套筒16通过定位环ⅰ2和定位环ⅱ8在所述封闭腔内轴向定位；其中定位环ⅰ2设置在套筒16左端和左端盖1之间，定位环ⅱ8设置在套筒16右端和右端5盖之间，定位环ⅰ2和定位环ⅱ8均为环状结构件且与套筒16过盈配合，属于现有技术，在此不再赘述；通过在套筒16的轴向两侧设置定位环ⅰ2和定位环ⅱ8，实现了对套筒16在封闭腔内的轴向定位，进一步提升了该阻尼器工作稳定性。
34.本实施例中，所述铁芯13位于封闭腔内的外表面上沿径向开设有线槽，所述线槽内缠绕有励磁线圈9，所述励磁线圈9通电后用于在工作区域产生励磁磁场；通过在铁芯13上缠绕设置励磁线圈9，使在封闭腔内的铁芯13与滚针4的工作剪切处形成一个励磁磁场，进而使滚针4在滑动界面诱导出为更为粗壮磁流变液颗粒链，改善边界滑移条件，大幅提高输出阻尼扭矩。
35.本实施例中，所述铁芯13上还设置有引线通道，所述引线通道用于引出励磁线圈9
的接线端并使其与外部电源连接，所述外部电源通过改变流经励磁线圈9的激励电流大小来控制励磁磁场的磁感应强度；该磁流变阻尼器通过控制励磁电流的大小来控制输出扭矩的大小，进而保证精准的扭矩输出，同时该阻尼器扭矩调节响应速度快，还能够适应不同的制动和传力场合。
36.本实施例中，所述左端盖1与缸筒3之间和右端盖5与缸筒3之间分别设置有密封件ⅰ17，所述密封件ⅰ17用于防止封闭腔内的磁流变液14流出缸体；密封件ⅰ17为密封胶圈，属于现有技术，在此不在赘述；通过在左端盖1与缸筒3之间和右端盖5与缸筒3分别设置密封胶圈，可以有效防止封闭腔内的磁流变液泄露同时保证滚针4与铁芯13工作剪切面始终充满磁流变液。
37.本实施例中，所述左端盖1的外表面向外凸起形成凸起部，所述左端盖1与铁芯13在凸起部内设置有转动轴承ⅰ10；所述右端盖5的内表面向内凹陷形成凹槽部，所述右端盖5与铁芯13在凹槽部内设置有转动轴承ⅱ6；左端盖1的外表面是指面向封闭腔侧表面的另一面，向外凸起形成环状凸起部，环状凸起部内安装转动轴承ⅰ10，转动轴承ⅰ10用于在径向方向上支撑铁芯13前端；右端盖5的内表面是指面向封闭腔侧的表面，向内凹陷形成凹槽部，凹槽部内安装有转动轴承ⅱ6，转动轴承ⅱ6用于固定铁芯13后端；铁芯13通过转动轴承ⅰ10和转动轴承ⅱ6双向固定并实现了铁芯13的轴向定位，保证了铁芯13转动过程中的稳定性。
38.本实施例中，转动轴承ⅰ10的前端设置有限位组件，限位组件用于限制转动轴承ⅰ10在铁芯13上的轴向位移；转动轴承ⅱ6与封闭腔之间设置有密封件ⅱ7，密封件ⅱ7用于防止封闭腔内的磁流变液14渗入转动轴承ⅱ6内。
39.结合图4和图5所示，当阻尼器中励磁线圈通电，会激发封闭腔内的磁流变液沿磁场方向成微观链，从而产生屈服应力阻碍上下两个壁面间的相对运动，产生阻尼效果；结合图6所示，通过在磁流变液封闭腔内在引入滚针结构，利用滚针4在封闭腔内与铁芯13外壁间的滚动作用，产生沿滚针外表面的法线方向对磁流变液14的挤压力，从而诱导磁流变液的微观链结构形成粗壮链；该结构诱导形成的粗壮链具有较好的抗剪切性能，提高了阻尼器的力学性能。
40.结合图7所示，通过对加工后的旋转式磁流变阻尼器进行正弦激励的扭转试验测试，发现不通电(0a)时阻尼器的零场阻尼扭矩约为1.1n
·
m；当对阻尼器通入激励电流时，阻尼器的输出扭矩达到了较大的提升，且在一定范围内，阻尼扭矩性能会随着电流的增加而得到改善；当输入电流为1.0a时，阻尼器的扭矩密度约为74.15kn
·
m-2
。
41.结合图8所示，未考虑磁流变液14在封闭腔内受滚针4与铁芯13外壁间的滚动作用而诱导磁流变性能液增强时，阻尼器产生的阻尼扭矩的仿真值相较于实验得到的阻尼扭矩有较大差距；引入的滚针结构对阻尼器的力学性能起到了较好的改善效果，尤其是在阻尼器转速较低时，阻尼扭矩能够提升大幅度提升。
42.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。

技术特征：
1.一种具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：包括可绕自身轴线转动的铁芯、与铁芯同轴设置的缸筒、与缸筒左端固定连接设置的左端盖以及与缸筒右端固定连接设置的右端盖；所述铁芯作为动力输入端与外部电机输出端相连，所述右端盖作为动力输出端与外部负载相连；所述缸筒、左端盖和右端盖连接后形成缸体，所述缸体与铁芯之间的间隙形成封闭腔，所述封闭腔内填充有磁流变液；所述缸体内上设置有用于增强磁流变效应的滚针组件，所述滚针组件包括与所述铁芯配合的滚针，所述铁芯被驱动转动时驱动滚针转动以剪切磁流变液产生具有增强效应的阻尼扭矩。2.根据权利要求1所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述滚针组件还包括用于固定滚针的滚针保持架，所述滚针保持架为筒状且沿轴向开设有用于固定滚针的条形孔，若干所述条形孔均匀分布在所述滚针保持架的侧壁。3.根据权利要求2所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：还包括用于固定滚针保持架的套筒，所述套筒与所述缸筒过盈配合，所述滚针与铁芯剪切磁流变液产生阻尼扭矩通过套筒传递至缸筒上，所述缸筒被驱动转动后通过右端盖输出扭矩至外部负载。4.根据权利要求3所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述套筒的左端设置有定位环ⅰ，所述套筒的右端设置有定位环ⅱ，所述套筒通过定位环ⅰ和定位环ⅱ在所述封闭腔内轴向定位。5.根据权利要求2所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述铁芯位于封闭腔内的外表面上沿径向方向开设有线槽，所述线槽内缠绕有励磁线圈，所述励磁线圈通电后用于在工作区域产生励磁磁场。6.根据权利要求5所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述铁芯上还设置有引线通道，所述引线通道用于引出励磁线圈的接线端并使其与外部电源连接，所述外部电源通过改变流经励磁线圈的激励电流大小来控制励磁磁场的磁感应强度。7.根据权利要求2所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述左端盖与缸筒之间和右端盖与缸筒之间分别设置有密封件ⅰ，所述密封件ⅰ用于防止封闭腔内的磁流变液流出缸体。8.根据权利要求7所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述左端盖的外表面向外凸起形成凸起部，所述左端盖与铁芯之间在凸起部内设置有转动轴承ⅰ；所述右端盖的内表面向内凹陷形成凹槽部，所述右端盖与铁芯之间在凹槽部内设置有转动轴承ⅱ。9.根据权利要求8所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述转动轴承ⅰ用于在径向方向上支撑铁芯前端，所述转动轴承ⅱ用于固定铁芯后端，所述铁芯通过转动轴承ⅰ和转动轴承ⅱ双向固定并实现了铁芯的轴向定位。10.根据权利要求9所述的具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述转动轴承ⅰ的前端设置有限位组件，所述限位组件用于限制转动轴承ⅰ在铁芯上的轴向位移；所述转动轴承ⅱ与封闭腔之间设置有密封件ⅱ，所述密封件ⅱ用于防止封闭腔内的磁流变液渗入转动轴承ⅱ内。

技术总结
本发明提供一种具有增强效应的旋转式磁流变阻尼器，包括可绕自身轴线转动的铁芯、与铁芯同轴设置的缸筒、与缸筒左端固定连接设置的左端盖以及与缸筒右端固定连接设置的右端盖；所述铁芯作为动力输入端与外部电机输出端相连，所述右端盖作为动力输出端与外部负载相连；所述缸筒、左端盖和右端盖连接形成缸体，所述缸体与铁芯之间的间隙形成封闭腔，所述封闭腔内填充有磁流变液；所述缸体内上设置有用于增强磁流变效应的滚针组件，所述滚针组件包括与所述铁芯配合的滚针，所述铁芯被驱动转动时驱动滚针转动以剪切磁流变液产生具有增强效应的阻尼扭矩；本发明结构简单，输出扭矩密度高，易与驱动元件构成高集成度，可作为独立的制动器或扭转减振器。制动器或扭转减振器。制动器或扭转减振器。


技术研发人员：董小闵 杨宝林 吴礼繁 程洪 熊桂武
受保护的技术使用者：重庆武瓴智能技术有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/28