可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器

1.本发明涉及磁流变减振技术领域，具体涉及一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器。


背景技术：

2.在磁流变减振技术方面，现有的磁流变阻尼器的工作形式主要为直线式或旋转式的单一工作模式，主要是利用励磁线圈通电生成磁场，进而结合在工作间隙处的磁流变材料产生磁流变阻尼实现减振。
3.但是传统的旋转式磁流变阻尼器在定电流工作过程中，无法实现当活塞旋转到不同角度时，阻尼器输出不同的阻尼力；同时传统连续旋转式磁流变阻尼器的工作模式为剪切模式，剪切模式下阻尼器的阻尼力值输出有限。而传统直线式磁流变阻尼器多为单个阻尼通路，在定电流下，大多通过改变工作间隙来实现不同行程输出不同阻尼力；同时由于阻尼力输出有限，并且在定电流下无法输出不同阻尼力，在磁流变阻尼器长期工作后，由于工作间隙较小，在阻尼间隙处容易发生铁磁颗粒堆积堵塞，导致阻尼通道失效，甚至出现阻尼器卡死的现象；并且对于高频振动的工作环境，由于液体的可压缩性和惯性作用，传统磁流变液阻尼器会出现高频硬化现象，导致的减振效果不佳。
4.针对上述现有磁流变阻尼器的不足，再结合目前的磁流变减振技术领域的发展需要，如何将直线式磁流变阻尼器和旋转式磁流变阻尼器的工作模式相结合，研发一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器就显得很有必要，以满足磁流变阻尼器能够在高频振动的工作环境根据不同轴向行程位置和不同旋转角度下输出不同强度的阻尼力。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，通过结合直线式磁流变阻尼器和旋转式磁流变阻尼器的工作模式，将第二活塞头内壁设计为椭圆等不规则形状，并改变第一活塞头内部腔体内壁的形状，使第二活塞头旋转至不同角度时和处于第一活塞头内的不同轴向位置时，该磁流变阻尼器可以输出不同的阻尼力值，以满足多自由度减振等更为复杂的工况下使用。
6.本发明针对上诉问题可通过以下技术方案来实现：
7.一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，包括内部填充有磁流变液的缸体、设置在缸体内的活塞头组件以及轴向贯穿缸体的活塞杆，所述缸体包括一端开口的缸筒及连接于缸筒开口的端盖，所述活塞头组件包括分别与活塞杆连接的第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头内部设有腔体且腔体在第一活塞头的不同轴向位置处的截面形状不同，所述第二活塞头设置在第一活塞头的腔体内并与所述活塞杆连接固定，所述第二活塞头随所述活塞杆同步转动并驱动第一活塞头沿缸体轴向方向运动以实现在不同轴向位置和不同旋转角度下输出不同强度的阻尼力。
8.进一步，所述缸筒侧壁沿缸筒轴向开设有环形腔，所述环形腔的外侧壁上设置有
导磁套筒，所述环形腔内设置有阻尼调节组件，所述阻尼调节组件包括磁流变液和铁磁颗粒群，所述铁磁颗粒群内的铁磁颗粒粒径不同。
9.进一步，所述环形腔的开口处设置有用于对环形腔进行密封的密封盖组件，所述密封盖组件与缸筒连接固定。
10.进一步，所述第一活塞头和第二活塞头的外圆周表面上沿径向均开设有安装槽，所述安装槽内安装有励磁线圈。
11.进一步，所述缸体内沿轴向方向还设置有导向杆，所述导向杆一端与缸筒底部连接固定，另一端与所述缸盖连接，所述导向杆用于所述第一活塞头轴向运动导向。
12.进一步，所述活塞杆上设置有螺纹连接部，所述第一活塞头通过螺纹连接部与所述活塞杆连接并形成丝杆结构。
13.进一步，所述活塞杆在与缸体的连接端处分别设置有密封圈和导向环。
14.进一步，所述第一活塞头腔体的底部沿轴向设置有通孔，所述第一活塞头与缸筒内壁之间的间隙形成磁流变液流动的第一阻尼通道，所述第一活塞头的空腔与通孔形成磁流变液流动的第二阻尼通道。
15.进一步，所述第二活塞头的截面形状为椭圆状且第二活塞头的中心与所述活塞杆的中心为偏心设置。
16.进一步，所述第一活塞头的周向表面上沿径向开设有若干斜沟槽。
17.本发明的有益效果是：
18.(1)该一体式磁流变阻尼器分别结合直线式磁流变阻尼器和旋转式磁流变阻尼器的工作模式，通过将第二活塞头内壁设计为椭圆等不规则形状，并改变第一活塞头内部腔体内壁的形状，使第二活塞头旋转至不同角度时和处于第一活塞头内的不同轴向位置时，阻尼器可以输出不同的阻尼力值；
19.(2)该一体式磁流变阻尼器通过将第二活塞头与活塞杆的连接设计为偏心结构，使第二活塞头旋转时会有一端与第一活塞头腔体内壁之间的间隙很小，足以使得第二活塞头推动磁流变液发生流动，从而实现剪切模式、流动(阀)模式与挤压模式同时存在的复合工作模式，大大提高磁流变阻尼器的阻尼力输出；
20.(3)该一体式磁流变阻尼器通过在活塞杆上加工用于连接第一活塞的螺纹线，使第一活塞头与活塞杆之间形成丝杆结构，实现第二活塞头随活塞杆作旋转运动时，第一活塞在螺纹的作用下作直线运动，使该磁流变阻尼器既有旋转式阻尼器的功能也有直线式阻尼器的功能，并可在多自由度减振等更为复杂的工况下使用；
21.(4)该一体式磁流变阻尼器内设置有多条阻尼通道同时工作，以增大了减振器的输出；还通过在第一活塞头外圆周表面上设计多个斜沟槽，使磁流变液可以在斜沟槽中更充分流动，避免了工作间隙中铁磁颗粒堆积阻塞导致减振器的工作间隙失效，甚至出现减振器卡死的现象；
22.(5)该一体式磁流变阻尼器工作时，通过在缸筒的环形腔体内填充不同粒径的铁磁颗粒，不同粒径的铁磁颗粒会与磁通路径上铁磁颗粒链发生碰撞，进而破坏磁路上铁磁颗粒链的形成，并让磁路上铁磁颗粒链会不断重组，从而有更多的能量耗散，使磁流变阻尼器在高频振动下具有良好的表现；
23.(6)当该一体式磁流变阻尼器竖直安装作直线式阻尼器使用时，缸筒的环形腔体
内的不同粒径的铁磁颗粒会在重力的作用下流向一端，堆积的铁磁颗粒会影响穿过工作间隙的磁感应强度，从而实现在定电流下，直线式磁流变阻尼器在不同行程可以输出不同阻尼力。
附图说明
24.下面结合附图和实施方案对本发明作进一步描述。
25.图1为本发明中一体式磁流变阻尼器的总体结构剖面图；
26.图2为图1的a-a截面的断面图；
27.图3为图1的b-b截面的断面图；
28.图4为本发明中第一活塞与第二活塞周围的磁通路径示意图；
29.图5为本发明中一体式磁流变阻尼器竖直安装使用时的总体结构剖视图；
30.其中附图标记为：1-活塞杆；2、10、14、15、16、28-o型密封圈；3-密封盖；4-缸筒；5-导磁套筒；6-斜沟槽；7-铁磁颗粒群；8-环形腔；9-导向杆；11-端盖；12-内六角螺栓；13-导向环；17-腔体；18-第一活塞头；19、26-轴用挡圈；20、21-励磁线圈；22-安装键；23-第二活塞头；24-通孔；25-螺纹连接部；27-导线槽；29-磁通路径。
具体实施方式
31.如图所示，本发明提供的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，包括内部填充有磁流变液的缸体、设置在缸体内的活塞头组件以及轴向贯穿缸体的活塞杆1，所述缸体包括一端开口的缸筒4及连接于缸筒开口的端盖11，所述活塞头组件包括分别与活塞杆1连接的第一活塞头18和第二活塞头23，所述第一活塞头18内部设有腔体17且腔体17在第一活塞头18的不同轴向位置处的截面形状不同，所述第二活塞头23设置在第一活塞头的腔体17内并与所述活塞杆1连接固定，所述第二活塞头23随所述活塞杆1同步转动并驱动第一活塞头18沿缸体轴向方向运动以实现在不同轴向位置和不同旋转角度下输出不同强度的阻尼力；其中缸筒4为弱导磁材料且内部填充有磁流变液，缸筒4的开口端设置有端盖11，端盖11通过螺纹与缸筒4旋合固定，而o型密封圈10、14起到密封、防漏液的作用；而第二活塞头23上环绕设置有用于形成励磁磁场的励磁线圈并通过安装键22和轴用挡圈19固定在活塞杆1上，并可随着活塞杆1一起转动；第一活塞头18与活塞杆1连接且内部设置有腔体17，第二活塞头23设置在腔体17内并与第一活塞头18形成旋转式磁流变阻尼器结构，其中腔体17的内壁截面形状在不同轴向位置处不同(具体形状根据实际需要进行设计)，构成空间拓扑截面形状，使得当第二活塞头23处于第一活塞头18内部的不同轴向位置和旋转不同角度时，第二活塞头23与第一活塞头18之间的间隙也随之发生改变，从而实现第二活塞头23旋转不同角度时阻尼器可以输出不同的阻尼力；该一体式磁流变阻尼器既有旋转式阻尼器的功能也有直线式阻尼器的功能，从而得到了一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，实现更大的阻尼力输出，以满足多自由度减振等更为复杂的工况下使用。
32.本实施例中，所述缸筒4侧壁沿缸筒轴向开设有环形腔8，所述环形腔8的外侧壁上设置有导磁套筒5，所述环形腔8内设置有阻尼调节组件，所述阻尼调节组件包括磁流变液和铁磁颗粒群7，所述铁磁颗粒群7内的铁磁颗粒粒径不同；结合图1所示，其中导磁套筒5是强导磁材料，主要用于与第一活塞头18配合形成磁流路径29，导磁套筒5通过螺纹与缸筒4
螺旋固定，而o型密封圈2起到密封的作用；而设置在环形腔8内的阻尼调节组件主要由磁流变液和不同粒径的铁磁颗粒组成的铁磁颗粒群7构成，其中铁磁颗粒群并不完成填充满环形腔8；当阻尼器工作时，不同粒径的颗粒之间的碰撞与摩擦会消耗系统的振动能量，同时由于导向杆9是非导磁材料，缸筒4都是弱导磁材料，而套筒5是强导磁材料，当励磁线圈20通电后，产生的磁感线将穿过缸筒4跟环形腔8，第一活塞头18与导磁套筒5形成闭合的磁通回路。结合图4所示，当磁流变阻尼器开始工作，励磁线圈20通电时，环形腔8中的铁磁颗粒会在磁通路径上形成链状结构，铁磁颗粒间的摩擦力也会增大，而环形腔8中未排列成链的不同粒径的铁磁颗粒会与磁通路径上的链状铁磁颗粒发生碰撞，这会破坏磁路上铁磁颗粒链的形成，磁路上铁磁颗粒链会不断的重组，从而有更多的能量耗散，使得该一体式磁流变阻尼器在高频振动下具有良好的表现。
33.本实施例中，所述环形腔8的开口处设置有用于对环形腔进行密封的密封盖组件，所述密封盖组件与缸筒4连接固定；结合图1所示，密封盖组件包括密封盖3、设置在密封盖与套筒之间的o型密封圈15和o型密封圈16，其中密封盖3为环状盖，且内侧设置有螺纹部通过螺纹的方式与缸筒4连接紧固以防止环形腔8内的磁流变液泄漏。
34.本实施例中，所述第一活塞头18和第二活塞头23的外圆周表面上沿径向均开设有安装槽，所述安装槽内安装有励磁线圈；结合图1所示，第一活塞头18的安装槽内环绕设置有励磁线圈20，励磁线圈20的通电端通过导线槽27伸出该阻尼器外并与外部电源连通，其中导线槽27处需要用密封物质进行密封处理，防止磁流变液发生泄漏，而第二活塞头23的安装槽内安装有励磁线圈21，励磁线圈21通过开设在活塞杆1内的导线孔与外部电源连通；通过在第一活塞头18和第二活塞头23上设置励磁线圈，使其通电后形成励磁磁场以作用于于磁流变液，最终产生阻尼力。
35.本实施例中，所述缸体内沿轴向方向还设置有导向杆9，所述导向杆9一端与缸筒4底部连接固定，另一端与所述缸盖11连接，所述导向杆9用于所述第一活塞头18轴向运动导向；结合图1所示，导向杆9是一根由非导磁材料制成的与缸筒4相连接的固定杆，其中一端与缸筒4底部连接，外部的一端通过内六角螺栓12来压紧固定缸盖11，其中导向杆9主要用于限制第一活塞头18的周向转动并对第一活塞头18的轴向运动导向，使第一活塞头18只能沿活塞杆1做轴向移动。
36.本实施例中，所述活塞杆1上设置有螺纹连接部25，所述第一活塞头18通过螺纹连接部25与所述活塞杆1连接并形成丝杆结构；通过在活塞杆1上加工螺纹连接部25，并通过加工螺纹连接部25与第一活塞头18连接形成丝杆结构，使得第二活塞头23在安装键22的作用下随活塞杆1一同作旋转运动时，第一活塞头18在螺纹连接部25的作用下沿导向杆9做直线运动，当励磁线圈20通电后，第一活塞头18与缸筒4之间的磁流变液起作用产生阻尼力，使第一活塞头18起到直线式阻尼器的效果，而第二活塞头23充当旋转式阻尼器的作用，使该磁流变阻尼器既有旋转式阻尼器的作用效果同时也能实现直线式阻尼器的效果，同时集成直线式和旋转式阻尼器的功能，实现更大的阻尼力输出。
37.本实施例中，所述活塞杆1在与缸体的连接端处分别设置有密封圈和导向环13；结合图1所示，在活塞杆1在与缸筒4和缸盖11的连接端处分别设置有o型密封圈14和导向环13，通过o型密封圈14进行密封防漏液，通过导向环13对活塞杆的直线运动进行导向。
38.本实施例中，所述第一活塞头腔体的底部沿轴向设置有通孔24，所述第一活塞头
18与缸筒内壁之间的间隙形成磁流变液流动的第一阻尼通道，所述第一活塞头的空腔与通孔形成磁流变液流动的第二阻尼通道；当活塞杆1仅作直线运动时，第一活塞头18和第二活塞头23被带动作直线运动，此时该一体式磁流变阻尼器仅作为直线式阻尼器起作用；该状态下缸筒4内的磁流变液一方面可以从第一活塞头18与缸筒4之间的间隙中流通，并且由于第一活塞头18为空心结构，磁流变液还可以从第一活塞头18与第二活塞头23之间间隙中流过，这相当于增加了阻尼通道，实现多个阻尼通道同时工作，起到增大阻尼力输出得到目的。
39.本实施例中，所述第二活塞头23的截面形状为椭圆状且第二活塞头23的中心与所述活塞杆1的中心为偏心设置；结合图2和图3所示，第二活塞头23的截面为椭圆形，当然也可以根据实际需求设计为其他不规则形状，并与活塞杆1为偏心结构连接，主要是为了保证第二活塞头23在转动时能够对磁流变液继续挤压；因此当第二活塞头23旋转时，第二活塞头23会有一端与第一活塞头18腔体内壁之间的间隙很小，足以使得第二活塞头23推动并挤压其与第一活塞头18之间的磁流变液，从而实现剪切模式、流动(阀)模式与挤压模式同时存在的复合工作模式，大大提高一体式磁流变阻尼器的阻尼力输出。
40.本实施例中，所述第一活塞头18的外圆周表面上沿径向开设有若干斜沟槽6；由于第一活塞头18与缸筒4之间的工作间隙比较狭小，当该阻尼器长期处于运作状态时，磁流变液中铁磁颗粒容易在工作间隙处发生堆积阻塞，阻碍磁流变液的流动，影响磁流变阻尼器的使用；通过在第一活塞头18表面设计多个斜沟槽6，使磁流变液可以在斜沟槽6中充分流动，避免了工作间隙中铁磁颗粒堆积阻塞情况的出现，确保该一体式磁流变阻尼器正常工作。
41.本实施例中，结合图5所示，当一体式磁流变阻尼器竖直安装作直线式阻尼器使用时，环形腔8中不同粒径的铁磁颗粒在重力的作用下会流向阻尼器的一侧，由于颗粒粒径不同，更多小粒径和大粒径的颗粒会堆积在底部，当第一活塞头18产生的磁感线穿过环形腔8时，由于更多的小粒径颗粒和大粒径颗粒会堆积在底部，彼此间距很小，顶部只有少量铁磁颗粒，彼此之间间距较大，而堆积数量较多的地方磁感应强度大，从而导致第一活塞头18处于不同行程时阻尼器输出不同阻尼力。
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：
1.一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：包括内部填充有磁流变液的缸体、设置在缸体内的活塞头组件以及轴向贯穿缸体的活塞杆，所述缸体包括一端开口的缸筒及连接于缸筒开口的端盖，所述活塞头组件包括分别与活塞杆连接的第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头内部设有腔体且腔体在第一活塞头的不同轴向位置处的截面形状不同，所述第二活塞头设置在第一活塞头的腔体内并与所述活塞杆连接固定，所述第二活塞头随所述活塞杆同步转动并驱动第一活塞头沿缸体轴向方向运动以实现在不同轴向位置和不同旋转角度下输出不同强度的阻尼力。2.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸筒侧壁沿缸筒轴向开设有环形腔，所述环形腔的外侧壁上设置有导磁套筒，所述环形腔内设置有阻尼调节组件，所述阻尼调节组件包括磁流变液和铁磁颗粒群，所述铁磁颗粒群内的铁磁颗粒粒径不同。3.根据权利要求2所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述环形腔的开口处设置有用于对环形腔进行密封的密封盖组件，所述密封盖组件与缸筒连接固定。4.根据权利要求2所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述第一活塞头和第二活塞头的外圆周表面上沿径向均开设有安装槽，所述安装槽内安装有励磁线圈。5.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述缸体内沿轴向方向还设置有导向杆，所述导向杆一端与缸筒底部连接固定，另一端与所述缸盖连接，所述导向杆用于所述第一活塞头轴向运动导向。6.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞杆上设置有螺纹连接部，所述第一活塞头通过螺纹连接部与所述活塞杆连接并形成丝杆结构。7.根据权利要求6所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述活塞杆在与缸体的连接端处分别设置有密封圈和导向环。8.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述第一活塞头腔体的底部沿轴向设置有通孔，所述第一活塞头与缸筒内壁之间的间隙形成磁流变液流动的第一阻尼通道，所述第一活塞头的空腔与通孔形成磁流变液流动的第二阻尼通道。9.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述第二活塞头的截面形状为椭圆状且第二活塞头的中心与所述活塞杆的中心为偏心设置。10.根据权利要求1所述的可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，其特征在于：所述第一活塞头的周向表面上沿径向开设有若干斜沟槽。

技术总结
本发明提供一种可变行程阻尼直线旋转一体式磁流变阻尼器，包括内部填充有磁流变液的缸体、设置在缸体内的活塞头组件以及轴向贯穿缸体的活塞杆，所述缸体包括一端开口的缸筒及连接于缸筒开口的端盖，所述活塞头组件包括分别与活塞杆连接的第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头内部设有腔体且腔体在第一活塞头的不同轴向位置处的截面形状不同，所述第二活塞头设置在第一活塞头的腔体内并与所述活塞杆连接固定，所述第二活塞头随所述活塞杆同步转动时驱动第一活塞头沿缸体轴向方向运动以实现在不同轴向位置和不同旋转角度下输出不同强度的阻尼力；本发明结合直线式和旋转式磁流变阻尼器的工作模式，以满足多自由度减振等更为复杂的工况下使用。等更为复杂的工况下使用。等更为复杂的工况下使用。


技术研发人员：席军 王英健 于涛 高培鑫
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/20