一種基于磁流體的減震器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于磁流體的減震器，所述減震器的組成包括壓縮腔和活塞桿；所述的壓縮腔由內(nèi)壓縮腔外殼和外壓縮腔外殼組成，內(nèi)壓縮腔外殼在外壓縮腔外殼的開(kāi)口內(nèi)，同軸對(duì)稱分布，內(nèi)壓縮腔外殼的下部和底部的外側(cè)各裝有一個(gè)完全相同圓環(huán)形永磁鐵，上部的永磁鐵上裝有調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿并向上延伸探出外壓縮腔外殼；內(nèi)壓縮腔外殼在個(gè)永磁鐵之間的位置上開(kāi)有節(jié)流圓孔；彈簧安裝在內(nèi)壓縮腔外殼內(nèi)；在外壓縮腔外殼內(nèi)焊接一層非磁性圓環(huán)形擋板，圓柱形活塞桿插入內(nèi)壓縮腔內(nèi)。本發(fā)明使用節(jié)流孔和節(jié)流縫隙，屬于薄壁小孔出流模型，磁性液體流過(guò)小孔和縫隙的時(shí)間較短，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高頻振動(dòng)的減震。
【專利說(shuō)明】一種基于磁流體的減震器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液體粘滯型減震器，具體為一種基于磁流體的減震器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的單筒式磁流變液減震器利用磁性液體的管流阻尼力進(jìn)行減震，其結(jié)構(gòu)主要包括充滿磁流變液的壓縮腔，以及有節(jié)流通道的活塞桿，并在節(jié)流通道周圍安裝電磁鐵。此結(jié)構(gòu)可見(jiàn)專利CN201210449699，當(dāng)外界施加震動(dòng)，迫使活塞桿壓縮磁流變液運(yùn)動(dòng)，使磁流變液被擠壓流過(guò)處在磁場(chǎng)中的阻尼通道，外界磁場(chǎng)會(huì)增加磁流變液的粘度，使磁流變液流過(guò)阻尼通道時(shí)產(chǎn)生較大的管流阻尼力實(shí)現(xiàn)減震。
[0003]現(xiàn)有的單筒式磁流變液減震器使用電磁鐵產(chǎn)生外加磁場(chǎng)來(lái)改變磁流變液粘度。由于達(dá)到改變磁流變液粘度的磁場(chǎng)需要的電流比較大，這就使得減震器對(duì)電源的要求較高，限制了減震器的使用領(lǐng)域。
[0004]電磁鐵的線圈在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，改變磁流變液的溫度，進(jìn)而影響磁流變液的粘度，使得減震效果難以控制。
[0005]單筒式減震器使用的是磁流變液為減震液，這就存在磁流變液的沉降問(wèn)題，極大影響了減震器的可靠性。為解決這一問(wèn)題，往往使用較復(fù)雜的減震器結(jié)構(gòu)，需要在減震裝置中添加磁流變液循環(huán)裝置，或能起到使磁流變液循環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)，這就增加了減震器的設(shè)計(jì)成本。
[0006]現(xiàn)有的單筒式磁流變液減震器由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，所以多處密封點(diǎn)采用接觸式密封。這種密封磨損大、發(fā)熱快、無(wú)雙向密封能力、密封潤(rùn)滑脂消耗快、密封體低溫時(shí)硬化加大磨損、密封體高溫時(shí)軟化失穩(wěn)。
[0007]現(xiàn)有單筒式磁流變液減震器使用的節(jié)流通道較長(zhǎng)，磁流變液流過(guò)通道的時(shí)間較長(zhǎng)，使得減振器無(wú)法對(duì)高頻震動(dòng)源減震。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有磁流體減震器的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種新型的磁流體減震器，該減震器由內(nèi)外壓縮腔以及包裹著永磁鐵的活塞桿組成。該減震器的涉及特點(diǎn)為:1，壓縮腔使用的是內(nèi)外分布；2，使用節(jié)流孔與擋板縫隙代替節(jié)流通道，能夠?qū)崿F(xiàn)高頻震動(dòng)的減震；3，使用位置可調(diào)永磁鐵代替電磁鐵；4使用磁流體代替磁流變液。使用位置可調(diào)永磁鐵代替電磁鐵，擺脫了電源的束縛，解決了電磁鐵線圈發(fā)熱的問(wèn)題。此外在密封處采用磁流體密封，減小了摩擦損耗。這種減振器可用作對(duì)震動(dòng)部件的減震。活塞桿上永磁鐵不僅為縫隙處磁流體提供磁場(chǎng)，還能形成密封環(huán)起到密封效果，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0010]一種基于磁流體的減震器，所述減震器的組成包括壓縮腔和活塞桿；
[0011]所述的壓縮腔由內(nèi)壓縮腔外殼和外壓縮腔外殼組成，內(nèi)壓縮腔外殼和外壓縮腔外殼均為圓筒狀，其中外壓縮腔外殼底部密閉，頂部的中心處開(kāi)有與內(nèi)壓縮腔內(nèi)徑相同的圓形開(kāi)口 ；內(nèi)壓縮腔外殼在外壓縮腔外殼的開(kāi)口內(nèi)，同軸對(duì)稱分布，內(nèi)壓縮腔外殼上、下通透，上端連接外壓縮腔圓形開(kāi)口的邊緣并密閉，下端連接外壓縮腔外殼的底部；
[0012]內(nèi)壓縮腔外殼的下部和底部的外側(cè)各裝有一個(gè)完全相同圓環(huán)形永磁鐵，上部的永磁鐵上裝有調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿并向上延伸探出外壓縮腔外殼；內(nèi)壓縮腔外殼在個(gè)永磁鐵之間的位置上開(kāi)有節(jié)流圓孔；
[0013]彈簧安裝在內(nèi)壓縮腔外殼內(nèi)，與外壓縮腔外殼的底部相連；在外壓縮腔外殼內(nèi)焊接一層非磁性圓環(huán)形擋板，擋板與內(nèi)壓縮腔外殼之間有擋板縫隙；
[0014]活塞桿插入內(nèi)壓縮腔內(nèi)。
[0015]壓縮腔內(nèi)充有磁流體，其中，內(nèi)壓縮腔中充滿磁流體，外壓縮腔頂部為空氣形成氣室，氣室的高度為2?4厘米。
[0016]所述的磁流體為以四氧化三鐵為磁性顆粒、煤油為載液的磁流體，磁性顆粒占總質(zhì)量的百分比為4?6%。
[0017]所述的內(nèi)壓縮腔外殼的直徑為外壓縮腔外殼直徑的20%?40%。
[0018]所述的圓環(huán)形擋板所在位置的高度為外壓縮腔高度的60%?70%。
[0019]所述的活塞桿由剛性框架和空心圓柱形永磁鐵共同組成；軸對(duì)稱形剛性框架縱截面為工字形，上下兩端為活塞帽，中間為活塞中軸，空心圓柱形永磁鐵套在活塞中軸外，并由上下兩個(gè)活塞帽夾住固定；空心圓柱形永磁鐵由八塊橫截面為扇形的柱體組成，永磁鐵延徑向充磁。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:1、本發(fā)明采用永磁鐵提供磁場(chǎng)，不需要外加電源，同時(shí)解決了電磁鐵線圈的發(fā)熱問(wèn)題，使得磁流體不會(huì)受到溫度變化的影響，提高了減震器的應(yīng)用領(lǐng)域。2、本發(fā)明裝有調(diào)節(jié)桿，能夠上下調(diào)節(jié)永磁鐵的位置，控制磁場(chǎng)的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)減震效果的可調(diào)性。3、由于現(xiàn)有磁流體減震器中節(jié)流管較長(zhǎng)，磁流體流過(guò)節(jié)流管的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致減震器無(wú)法給高頻振動(dòng)源減震。本發(fā)明中使用節(jié)流孔和節(jié)流縫隙，屬于薄壁小孔出流模型，由于小孔的厚度為節(jié)流通道厚度的1/10，磁流體流過(guò)小孔和縫隙的時(shí)間比節(jié)流通道短，使得減震器適用的減震頻率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高頻振動(dòng)的減震。4、活塞桿外層永磁鐵能吸附磁流體形成密封環(huán)，對(duì)密封處進(jìn)行密封，減小了摩擦對(duì)減震器帶來(lái)的損耗。5、本發(fā)明使用物理性質(zhì)較穩(wěn)定的磁流體代替磁流變液，解決了磁流變液沉降的問(wèn)題。同時(shí)使用阻尼孔和擋板間隙對(duì)磁流體產(chǎn)生阻尼力，增大減震效果，解決了由磁流體粘度小而導(dǎo)致的阻尼力小的缺點(diǎn)。6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明磁流體減震器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為壓縮腔的示意圖；
[0023]圖3為嵌有永磁鐵的活塞桿不意圖；
[0024]圖4為活塞桿剛性框架示意圖；
[0025]圖5為活塞桿上永磁鐵充磁方向；
[0026]圖6為磁流體粘度隨外磁場(chǎng)變化的曲線圖；
[0027]其中，1-氣室；2_外壓縮腔外殼；3_內(nèi)壓縮腔外殼；4_擋板；5_內(nèi)壓縮腔，；6_節(jié)流孔處永磁鐵；7_調(diào)節(jié)桿；8_外壓縮腔；9_擋板縫隙；10_彈簧；11_節(jié)流孔；12_活塞桿； 13-活塞桿上永磁鐵；14_活塞桿帽；15_活塞桿中軸。
具體實(shí)施方案
[0028]本發(fā)明基于磁流體的減震器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述減震器的組成包括壓縮腔和活塞桿；
[0029]所述的壓縮腔由內(nèi)壓縮腔外殼3和外壓縮腔外殼2組成，內(nèi)壓縮腔外殼3和外壓縮腔外殼2均為圓筒狀，其中外壓縮腔外殼2底部密閉，頂部的中心處開(kāi)有與內(nèi)壓縮腔5內(nèi)徑相同的圓形開(kāi)口 ；內(nèi)壓縮腔外殼3在外壓縮腔外殼2的開(kāi)口內(nèi)，同軸對(duì)稱分布，內(nèi)壓縮腔外殼3上、下通透，上端連接外壓縮腔外殼2的圓形開(kāi)口的邊緣并密閉，下端連接外壓縮腔外殼2的底部；壓縮腔的縱截面如圖2所示；
[0030]內(nèi)壓縮腔外殼3的下部和底部的外側(cè)各裝有一個(gè)完全相同圓環(huán)形永磁鐵6，上部的永磁鐵6上裝有調(diào)節(jié)桿7，并向上延伸探出外壓縮腔外殼2 ；內(nèi)壓縮腔外殼3在2個(gè)永磁鐵6之間的位置上開(kāi)有節(jié)流圓孔11，節(jié)流圓孔11的數(shù)量為3排；
[0031]彈簧10安裝在內(nèi)壓縮腔外殼3內(nèi)，與外壓縮腔外殼2的底部相連；在外壓縮腔外殼2內(nèi)焊接一層非磁性圓環(huán)形擋板4，擋板4與內(nèi)壓縮腔外殼3之間有擋板縫隙9 ；
[0032]內(nèi)壓縮腔5的內(nèi)徑比圓柱形活塞桿的直徑長(zhǎng)1mm，將圓柱形活塞桿插入內(nèi)壓縮腔5內(nèi)，圓柱形活塞桿由非磁性剛性框架12，與包圍在外側(cè)的釹鐵硼永磁鐵13組成。該框架12縱截面圖呈工字形如圖4，它由活塞桿帽14，和活塞桿中軸15組成；空芯圓柱形永磁鐵13，由八塊完全相同的橫截面為扇形的柱體組成，并包裹在活塞桿中軸15上，永磁鐵13延徑向充磁如圖5所示；本發(fā)明中活塞桿為公知技術(shù)。
[0033]圓環(huán)形擋板4的厚度為3mm，材質(zhì)為奧氏體不銹鋼(非磁性材料)，其高度為外壓縮腔8高度的60%?70%。
[0034]壓縮腔內(nèi)充有磁流體，其中，內(nèi)壓縮腔5中充滿磁流體，外壓縮腔8頂部為空氣形成氣室1，氣室I的高度為2?4厘米；
[0035]所述的磁流體為以四氧化三鐵為磁性顆粒，煤油為載液的磁流體，磁性顆粒占總質(zhì)量的百分比為5.8%。
[0036]所述的內(nèi)壓縮腔外殼3的直徑為外壓縮腔外殼2直徑的20%?40%。
[0037]彈簧高度與彈性系數(shù)的選擇與被減震物體的質(zhì)量、震動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)，彈簧的長(zhǎng)度與彈性系數(shù)的選擇應(yīng)確保在減震過(guò)程中，活塞桿的底部不能高于擋板4的水平高度。
[0038]本發(fā)明中內(nèi)壓縮腔外殼3、外壓縮腔外殼2、環(huán)形擋板4和活塞桿的剛性框架12使用的是非磁性剛性材料，例如奧氏體型無(wú)磁性不銹鋼。永磁鐵6、13使用釹鐵硼永磁鐵，永磁鐵6的充磁方向沿軸向充磁,永磁鐵13充磁方向見(jiàn)圖5。
[0039]本實(shí)施例減震器的具體數(shù)據(jù)為:氣室I高度為2cm ;外壓縮腔外殼2厚度為Imm ；內(nèi)壓縮腔外殼3厚度為1_ ;擋板4厚度為3_，在外殼13cm的高度位置上；內(nèi)壓縮腔5直徑4cm,高度20cm ;節(jié)流孔處永磁鐵6內(nèi)徑4.1cm、外徑4.5cm,其中上部的永磁鐵6的高度為3cm ;外壓縮腔8直徑10cm，高度20cm ;擋板縫隙9寬度3mm ;彈簧10未經(jīng)受力時(shí)原長(zhǎng)為1cm,徑向長(zhǎng)度為3.8cm,彈性系數(shù)100N/m。;節(jié)流孔11直徑2mm ;活塞桿帽14的直徑3.9cm，厚度為2mm ;活塞桿中軸15直徑3.4cm ;活塞桿上永磁鐵13外部直徑3.9cm,內(nèi)直徑3.4cm ；
[0040]外壓縮腔外殼2與內(nèi)壓縮腔外殼3所圍成的凹字形區(qū)域?yàn)橥鈮嚎s腔8。由于外殼2、3的特殊形狀，同時(shí)形成上端開(kāi)口的內(nèi)壓縮腔5。將活塞桿12插入內(nèi)壓縮腔5使其封閉。在內(nèi)壓縮腔5中充滿磁流體，外壓縮腔8中充入部分磁流體，留下部分空氣形成氣室1，氣室I的高度為2cm。將磁流體減震器的外壓縮腔外殼2和活塞桿12分別安裝在非震動(dòng)部件和震動(dòng)部件處，當(dāng)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)(震幅不超過(guò)6cm)活塞桿會(huì)擠壓內(nèi)腔5內(nèi)的磁流體通過(guò)節(jié)流孔11進(jìn)入外腔8,當(dāng)磁流體流過(guò)節(jié)流孔11與縫隙9時(shí),永磁鐵6、13產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)增大磁流體的粘度，增加液體出流節(jié)流孔與縫隙所受的阻尼力，減緩壓縮腔與活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到減振效果。在減震過(guò)程中永磁鐵13能與磁流體形成密封環(huán)，避免磁流體泄露。調(diào)節(jié)桿7可以調(diào)節(jié)永磁鐵6的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)出流阻尼力，實(shí)現(xiàn)減震效果的可調(diào)性。彈簧10與氣室I內(nèi)的空氣受到壓縮后，為活塞桿提供回復(fù)力。
[0041]這種減振器可用作對(duì)震動(dòng)部件的減震。它由一個(gè)嵌有永磁鐵的活塞桿如圖3所示，及內(nèi)外兩個(gè)非磁性壓縮腔組成如圖2所示。內(nèi)壓縮腔用作活塞桿的壓縮運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)壓縮腔底部有提供回復(fù)力的彈簧和數(shù)個(gè)聯(lián)通內(nèi)外壓縮腔的節(jié)流孔，并在節(jié)流孔處安裝可移動(dòng)的永磁鐵來(lái)增大磁流體的粘度，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)永磁鐵位置，改變節(jié)流孔處的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)減震效果的可調(diào)性，使用位置可調(diào)永磁鐵代替電磁鐵，擺脫了電源的束縛，解決了電磁鐵線圈發(fā)熱的問(wèn)題。外壓縮腔充入磁流體，并留下一定量空氣(空氣的體積應(yīng)大于震動(dòng)源震動(dòng)幅度乘以內(nèi)壓縮腔橫截面積)形成氣室用作緩沖并提供部分回復(fù)力。外壓縮腔內(nèi)還裝有一個(gè)非磁性擋板，并與內(nèi)壓縮腔外壁存在一定間隙，且擋板的位置處在活塞桿上永磁鐵震動(dòng)的區(qū)域內(nèi)?；钊麠U由剛性框架如圖4，和環(huán)形徑向充磁的永磁鐵如圖5組成。
[0042]本發(fā)明利用磁流體同時(shí)具有磁性和液體的流動(dòng)性這種特殊性能，用永磁鐵磁場(chǎng)增加節(jié)流孔及縫隙處磁流體的粘度，當(dāng)磁流體流過(guò)節(jié)流孔和縫隙時(shí)受到阻尼力，實(shí)現(xiàn)對(duì)震動(dòng)源的減震。磁流體在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度、不同轉(zhuǎn)速下粘度變化關(guān)系如圖6所示，此數(shù)據(jù)由NDG-5S旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量得出。由于磁流體屬于非牛頓流體，故其粘度隨著液層相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化而變化。此外磁流體的粘度與外加磁場(chǎng)的大小相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)使用三種不同的轉(zhuǎn)速，測(cè)量磁流體粘度隨外加磁場(chǎng)增加的變化趨勢(shì)，證實(shí)了磁流體粘度隨外加磁場(chǎng)的增大而增大的變化關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)可知，磁流體粘度隨著外加磁場(chǎng)的增加而增加，故而本發(fā)明可以通過(guò)改變外加磁場(chǎng)的大小來(lái)調(diào)節(jié)磁流體粘度，實(shí)現(xiàn)減震效果的可調(diào)性。
[0043]本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁流體的減震器，其特征為該減震器的組成包括壓縮腔和活塞桿； 所述的壓縮腔由內(nèi)壓縮腔外殼和外壓縮腔外殼組成，內(nèi)壓縮腔外殼和外壓縮腔外殼均為圓筒狀，其中外壓縮腔外殼底部密閉，頂部的中心處開(kāi)有與內(nèi)壓縮腔內(nèi)徑相同的圓形開(kāi)口 ；內(nèi)壓縮腔外殼在外壓縮腔外殼的開(kāi)口內(nèi)，同軸對(duì)稱分布，內(nèi)壓縮腔外殼上、下通透，上端連接外壓縮腔圓形開(kāi)口的邊緣并密閉，下端連接外壓縮腔外殼的底部； 內(nèi)壓縮腔外殼的下部和底部的外側(cè)各裝有一個(gè)完全相同圓環(huán)形永磁鐵，上部的永磁鐵上裝有調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿并向上延伸探出外壓縮腔外殼；內(nèi)壓縮腔外殼在2個(gè)圓環(huán)形永磁鐵之間的位置上開(kāi)有節(jié)流圓孔； 彈簧安裝在內(nèi)壓縮腔外殼內(nèi)，與外壓縮腔外殼的底部相連；在外壓縮腔外殼內(nèi)焊接一層非磁性圓環(huán)形擋板，擋板與內(nèi)壓縮腔外殼之間有擋板縫隙； 活塞桿插入內(nèi)壓縮腔內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于磁流體的減震器，其特征為壓縮腔內(nèi)充有磁流體，其中，內(nèi)壓縮腔中充滿磁流體，外壓縮腔頂部為空氣形成氣室，氣室的高度為2?4厘米。
3.如權(quán)利要求1所述的基于磁流體的減震器，其特征為所述的磁流體為以四氧化三鐵為磁性顆粒、煤油為載液的磁流體，磁性顆粒占總質(zhì)量的百分比為4?6% 。
4.如權(quán)利要求1所述的基于磁流體的減震器，其特征為所述的內(nèi)壓縮腔外殼的直徑為外壓縮腔外殼直徑的20%?40%。
5.如權(quán)利要求1所述的基于磁流體的減震器，其特征為所述的圓環(huán)形擋板所在位置的高度為外壓縮腔高度的60%?70%。
6.如權(quán)利要求1所述的基于磁流體的減震器，其特征為所述的活塞桿由剛性框架和空心圓柱形永磁鐵共同組成；軸對(duì)稱形剛性框架縱截面為工字形，上下兩端為活塞帽，中間為活塞中軸，空心圓柱形永磁鐵套在活塞中軸外，并由上下兩個(gè)活塞帽夾住固定；空心圓柱形永磁鐵由八塊橫截面為扇形的柱體組成，永磁鐵延徑向充磁。
【文檔編號(hào)】F16F9/36GK104196949SQ201410474853
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】楊文榮, 遲超 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)