本發(fā)明涉及一種振動(dòng)控制用可控執(zhí)行器，尤其是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)應(yīng)用環(huán)境，具體涉及一種大可控轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器。

背景技術(shù)：

機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和耐久性都會(huì)有不良影響，例如：振動(dòng)會(huì)降低機(jī)器的精度與使用性能，車床振動(dòng)可能會(huì)降低零件的加工精度，汽車振動(dòng)會(huì)影響乘員的乘坐舒適性與運(yùn)行的平穩(wěn)性等。為了降低振動(dòng)帶來(lái)的不利影響，需要利用阻尼器進(jìn)行吸能減振。傳統(tǒng)的被動(dòng)阻尼器由于其阻尼力不可調(diào)，不能實(shí)現(xiàn)全振動(dòng)頻率范圍的有效減振；主動(dòng)阻尼器由于系統(tǒng)復(fù)雜、成本昂貴限定了其應(yīng)用范圍，介于主動(dòng)執(zhí)行器和被動(dòng)執(zhí)行器之間的半主動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)運(yùn)而生。半主動(dòng)執(zhí)行器既能夠提供主動(dòng)執(zhí)行器的可控性能，又具有被動(dòng)執(zhí)行器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和低成本。磁流變阻尼器是半主動(dòng)執(zhí)行器中的一種典型實(shí)例，通過(guò)控制磁流變液的屬性實(shí)現(xiàn)磁流變阻尼器的力學(xué)性能控制，該執(zhí)行器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且能夠滿足在不同激勵(lì)條件下的力學(xué)性能需求，基于磁流變阻尼器的半主動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)單。

目前應(yīng)用較為常見的磁流變阻尼器是線性磁流變阻尼器，利用活塞在缸體內(nèi)沿著軸向線性移動(dòng)產(chǎn)生阻尼力，但是像新式摩托車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和汽車橫向穩(wěn)定桿這樣運(yùn)動(dòng)形式為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合，線性磁流變阻尼器就“愛莫能助”了。使用旋轉(zhuǎn)式的磁流變阻尼器通過(guò)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的能量進(jìn)行減振，是解決以上問(wèn)題的可靠途徑。雖然已有旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，但是已有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的磁流變液的流動(dòng)模式為磁流變液在雙板間流動(dòng)，即為平板式流動(dòng)模型，產(chǎn)生阻尼力較小，動(dòng)態(tài)可控范圍較窄；以汽車橫向穩(wěn)定桿應(yīng)用為例，汽車橫向穩(wěn)定桿端部添加一個(gè)磁流變阻尼器可以使橫向穩(wěn)定桿達(dá)到可變剛度的效果。汽車橫向穩(wěn)定桿工作時(shí)旋轉(zhuǎn)角度較小(約為±5-10°)，但是轉(zhuǎn)矩要求較大(最大能夠達(dá)到2000nm)。若采用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，其量程遠(yuǎn)大于工作角度，并且達(dá)不到汽車橫向穩(wěn)定桿所需要的極限轉(zhuǎn)矩。當(dāng)量程遠(yuǎn)大于工作角度時(shí)，磁流變阻尼器內(nèi)葉片只在一個(gè)較小的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，其它未到達(dá)的區(qū)域容易導(dǎo)致磁流變液沉淀，并且由于磁流變液造價(jià)昂貴，也會(huì)大大增加生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，在外形體積不變的前提下改變旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)阻尼范圍，充分利用旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器內(nèi)部空間，減小磁流變液的用量，降低成本。

本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)與方案：

本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括：

一圓柱形密封腔體，由缸體和缸蓋構(gòu)成，磁流變液充滿在圓柱形密封腔體內(nèi)；

一轉(zhuǎn)子總成，是在傳動(dòng)軸上對(duì)稱設(shè)置兩片葉片，利用所述兩片葉片將密封的圓柱形密封腔體分隔為兩個(gè)相互隔離的磁流變液腔，所述傳動(dòng)軸與圓柱形密封腔體為共軸；

一定子總成，其為兩塊橫截面形狀為扇形的扇形柱體，兩塊扇形柱體對(duì)稱分布在兩個(gè)磁流變液腔內(nèi)，在扇形柱體與相鄰的葉片之間形成有扇形腔，在所述扇形柱體內(nèi)設(shè)置有磁流變液通道，利用所述磁流變液通道在扇形柱體兩側(cè)的扇形腔之間形成貫通；葉片隨傳動(dòng)軸的往復(fù)旋轉(zhuǎn)在磁流變液腔內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，利用葉片的往復(fù)擺動(dòng)在扇形柱體的兩側(cè)產(chǎn)生壓強(qiáng)差，進(jìn)而推動(dòng)磁流變液從壓強(qiáng)較大一側(cè)經(jīng)磁流變液通道流向壓強(qiáng)較小一側(cè)；電磁線圈嵌裝在所述定子總成中。

本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

所述定子總成是由三角形端蓋和弧形件構(gòu)成，所述弧形件與缸體的內(nèi)側(cè)壁形成密封，所述三角形端蓋與傳動(dòng)軸的外圓面形成密封；

所述弧形件沿軸向分體設(shè)置為上蓋、中段主體和下蓋，在上蓋的底面與中段主體的頂面之間形成有頂部匯流平面，在下蓋的頂面與中段主體的底面之間形成有底部匯流平面，在中段主體的內(nèi)側(cè)面與三角形端蓋的外側(cè)面之間形成有豎向匯流平面；在上蓋上設(shè)置上蓋通孔，上蓋通孔通過(guò)上蓋頂面導(dǎo)流槽與位于扇形柱體一側(cè)的磁流變液腔相通；在下蓋上設(shè)置下蓋通孔，下蓋通孔通過(guò)下蓋底面導(dǎo)流槽與位于扇形柱體另一側(cè)的磁流變液腔相通；由依次相通的上蓋頂面導(dǎo)流槽、上蓋通孔、頂部匯流平面、豎向匯流平面、底部匯流平面、下蓋通孔以及下蓋底面導(dǎo)流槽構(gòu)成所述磁流變液通道；

在所述中段主體上或是在所述三角形端蓋上，位于朝向豎向匯流平面的一側(cè)平面上設(shè)置線圈槽，所述電磁線圈嵌裝在所述線圈槽中。

本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：在上蓋與中段主體之間、處在外圓周位置上設(shè)置有上蓋弧形定位條，在下蓋與中段主體之間、處在外圓周位置上設(shè)置有下蓋弧形定位條，利用上蓋弧形定位條和下蓋弧形定位條的高度調(diào)整一一對(duì)應(yīng)地調(diào)整頂部匯流平面和底部匯流平面的高度。

本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述設(shè)置在傳動(dòng)軸上的葉片也可以是沿圓周均勻分布的三片，利用所述三片葉片將密封的圓柱形密封腔體分隔為三個(gè)相互隔離的磁流變液腔；所述定子總成為三塊橫截面形狀為扇形的扇形柱體，三塊扇形柱體沿圓周均勻布在三個(gè)磁流變液腔內(nèi)；所述葉片數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)一步增加或減少。

與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1.本發(fā)明為大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器，能夠在保證正常的工作旋轉(zhuǎn)角度的前提下，充分利用旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器內(nèi)部空間，大幅度減小磁流變液用量，即大幅度降低制造成本。

2.本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使磁流變液流動(dòng)呈現(xiàn)“點(diǎn)匯-點(diǎn)源”式流動(dòng)模式，增大了磁流變液的有效作用面積，進(jìn)而增大旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的可控阻尼范圍。

3.本發(fā)明大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的工作角度尤其適合像汽車橫向穩(wěn)定桿這樣小旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)用環(huán)境，改善了常見的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器工作時(shí)旋轉(zhuǎn)行程遠(yuǎn)小于磁流變阻尼器量程，從而容易產(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明中定子總成的剖視圖；

圖3b為本發(fā)明中定子總成的俯視圖；

圖4a和圖4b所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明又一實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1傳動(dòng)軸，2缸蓋，3缸體，4上導(dǎo)向環(huán)，5下導(dǎo)向環(huán)，6中段主體，7三角形端蓋，7a豎向匯流平面，8上蓋，8a頂部匯流平面，8b頂部端口，8c上蓋頂面導(dǎo)流槽，9下蓋，9a底部匯流平面，9b下蓋通孔，10磁場(chǎng)，11a葉片密封圈，11b傳動(dòng)軸密封圈，12電磁線圈，13a上蓋弧形定位條，13b下蓋弧形定位條，14葉片。

具體實(shí)施方式

參見圖1和圖2，本實(shí)施例中大轉(zhuǎn)矩往復(fù)旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)形式是：

設(shè)置圓柱形密封腔體，由缸體3和缸蓋2通過(guò)螺栓固定連接構(gòu)成，在缸體3和缸蓋之間設(shè)置密封圈進(jìn)行密封，磁流變液充滿在圓柱形密封腔體內(nèi)。

設(shè)置轉(zhuǎn)子總成，是在傳動(dòng)軸1上對(duì)稱設(shè)置兩片葉片14，利用兩片葉片14將密封的圓柱形密封腔體分隔為兩個(gè)相互隔離的磁流變液腔，傳動(dòng)軸1與圓柱形密封腔體為共軸，傳動(dòng)軸1利用上導(dǎo)向環(huán)4與設(shè)置在缸蓋2上的臺(tái)階軸孔滑動(dòng)配合，利用下導(dǎo)向環(huán)5與設(shè)置在缸體底板上的凹槽滑動(dòng)配合，上導(dǎo)向環(huán)4和下導(dǎo)向環(huán)5是以黃銅或其它耐磨材料制成，其一是作為密封件避免磁流變液的滲出，另一方面保證傳動(dòng)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定順暢，避免因傳動(dòng)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定性帶來(lái)的側(cè)向沖擊力，損壞器件。

設(shè)置定子總成，其為兩塊橫截面形狀為扇形的扇形柱體，兩塊扇形柱體對(duì)稱分布在兩個(gè)磁流變液腔內(nèi)，在扇形柱體與相鄰的葉片之間形成有扇形腔，在扇形柱體內(nèi)設(shè)置有磁流變液通道，利用磁流變液通道在扇形柱體兩側(cè)的扇形腔之間形成貫通；葉片14隨傳動(dòng)軸1的往復(fù)旋轉(zhuǎn)在磁流變液腔內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，利用葉片14的往復(fù)擺動(dòng)在扇形柱體的兩側(cè)產(chǎn)生壓強(qiáng)差，進(jìn)而推動(dòng)磁流變液從壓強(qiáng)較大一側(cè)經(jīng)磁流變液通道流向壓強(qiáng)較小一側(cè)；電磁線圈12嵌裝在定子總成中，

如圖1、圖2、圖3a和圖3b所示，本實(shí)施例中的定子總成是由三角形端蓋7和弧形件構(gòu)成，弧形件以其外弧面與缸體3的內(nèi)側(cè)壁形成密封，三角形端蓋7以其內(nèi)凹弧面與傳動(dòng)軸1的外圓面形成密封?；⌒渭剌S向分體設(shè)置為上蓋8、中段主體6和下蓋9，在上蓋8的底面與中段主體6的頂面之間形成有頂部匯流平面8a，在下蓋9的頂面與中段主體6的底面之間形成有底部匯流平面9a，在中段主體6的內(nèi)側(cè)面與三角形端蓋7的外側(cè)面之間形成有豎向匯流平面7a；在上蓋8上設(shè)置上蓋通孔8b，上蓋通孔8b通過(guò)上蓋頂面導(dǎo)流槽8c與位于扇形柱體一側(cè)的磁流變液腔相通；在下蓋9上設(shè)置下蓋通孔9b，下蓋通孔9b通過(guò)下蓋底面導(dǎo)流槽與位于扇形柱體另一側(cè)的磁流變液腔相通；由依次相通的上蓋頂面導(dǎo)流槽、上蓋通孔8b、頂部匯流平面8a、豎向匯流平面7a、底部匯流平面9a、下蓋通孔9b以及下蓋底面導(dǎo)流槽構(gòu)成磁流變液通道。

本實(shí)施例中，在上蓋8與中段主體6之間、處在外圓周位置上設(shè)置有上蓋弧形定位條13a，在下蓋9與中段主體6之間、處在外圓周位置上設(shè)置有下蓋弧形定位條13b，利用上蓋弧形定位條13a和下蓋弧形定位條13b的高度調(diào)整一一對(duì)應(yīng)地調(diào)整頂部匯流平面8a和底部匯流平面9a的高度。

磁流變液在磁流變液通道內(nèi)受到電磁線圈12產(chǎn)生的磁場(chǎng)10的作用發(fā)生磁流變響應(yīng)。

為了提高密封性能，在葉片14的端面缸體3的內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有葉片密封圈11a，在傳動(dòng)軸1的外圓周面與三角形端蓋7的內(nèi)凹弧面之間設(shè)置有傳動(dòng)軸密封圈11b；缸體3、缸蓋2以及轉(zhuǎn)子總成均為非導(dǎo)磁材料，或低導(dǎo)磁材料，如不銹鋼或硬鋁，以防止磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)沒有磁流變液通過(guò)的構(gòu)件，降低磁場(chǎng)強(qiáng)度，減小磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)阻尼范圍；定子總成中的上蓋、下蓋、中段主體以及三角形端蓋均采用導(dǎo)磁材料，如dt4或20鋼，用來(lái)引導(dǎo)磁場(chǎng)10的走向，使磁場(chǎng)能夠集中在定子總成中并順利穿過(guò)磁流變液流通的截面，調(diào)節(jié)電磁線圈12中的輸入電流，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁流變液通道中磁流變液粘性的控制，進(jìn)而改變阻尼器的力學(xué)特性。

圖1和圖2所示，本實(shí)施例中在中段主體6上，位于朝向豎向匯流平面7a的一側(cè)平面上設(shè)置線圈槽，電磁線圈12嵌裝在線圈槽中。

另一種實(shí)施方式是如圖4a和圖4b所示，在三角形端蓋7上，位于朝向豎向匯流平面7a的一側(cè)平面上設(shè)置線圈槽，電磁線圈12嵌裝在線圈槽中。

本實(shí)施例中，磁流變液的一種流向是：從頂部端口8b進(jìn)入定子總成，在頂部匯流平面8a中流動(dòng)并匯聚到豎向匯流平面7a中，然后從豎向匯流平面7a流入底部匯流平面9a，呈現(xiàn)扇形分散流動(dòng)模式，形成“點(diǎn)匯-點(diǎn)源”的流動(dòng)模式。

工作原理：電磁線圈12產(chǎn)生的磁場(chǎng)10在上蓋、下蓋、中段主體以及三角形端蓋形成各閉合回路，磁流變液的有效作用區(qū)域?yàn)轫敳繀R流平面8a和底部匯流平面9a除去電磁線圈截面的面積以及豎向匯流平面7a的面積；中段主體6的體積較大，可以設(shè)置多道電磁線圈。在導(dǎo)磁體與磁流變液未達(dá)到磁飽和的前提下，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的可控阻尼力越大。當(dāng)電磁線圈12不通過(guò)電流時(shí)，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器旋轉(zhuǎn)的阻尼力為最小，在一定范圍內(nèi)，隨著通入電流的增大，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的旋轉(zhuǎn)阻尼力越大，旋轉(zhuǎn)阻尼力與電流成正比關(guān)系。

具體實(shí)施中，上蓋弧形定位條13a的高度確定了頂部匯流平面8a的高度，下蓋弧形定位條13b的高度確定了底部匯流平面9a的高度；仿真結(jié)果表明：向電磁線圈12中通入2a電流，當(dāng)定子總成中頂部匯流平面8a的高度和底部匯流平面9a的高度均為0.6mm時(shí)，頂部匯流平面8a與底部匯流平面9a中磁流變液的磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.33t-0.40t，豎向匯流平面7a的磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.96t左右；當(dāng)頂部匯流平面8a的高度和底部匯流平面9a的高度均為1mm時(shí)，頂部匯流平面8a與底部匯流平面9a中磁流變液的磁感應(yīng)高強(qiáng)度在0.20t-0.22t，豎向匯流平面7a的磁場(chǎng)強(qiáng)度在0.97t左右；從兩種不同平面高度對(duì)比中可以看出，頂部匯流平面8a及底部匯流平面9a的高度越小，形成在頂部匯流平面8a及底部匯流平面9a中的磁流變液的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，定子總成中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度位于三角形端蓋7與中段主體6的面接觸位置處，磁流變液流通通道內(nèi)磁流變液的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度位于豎向匯流平面7a處；從仿真結(jié)果可以看出，電磁線圈12通入電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠滿足磁流變液的需求，間隙平面的高度越小，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的可控性越強(qiáng)。

圖5所示，設(shè)置在傳動(dòng)軸1上的葉片14也可以是沿圓周均勻分布的三片，利用三片葉片14將密封的圓柱形密封腔體分隔為三個(gè)相互隔離的磁流變液腔；定子總成為三塊橫截面形狀為扇形的扇形柱體，三塊扇形柱體沿圓周均勻布在三個(gè)磁流變液腔內(nèi)；在旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器具有相同工作旋轉(zhuǎn)角度的前提下，三個(gè)葉片式的磁流變阻尼器比兩個(gè)葉片式的磁流變阻尼器運(yùn)行更穩(wěn)定，減振效果更好，依次可以預(yù)測(cè)，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器的葉片數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器工作越穩(wěn)定，減振效果越好，但是伴隨而來(lái)的是加工難度將會(huì)增大。