一種通用型復(fù)合間隙磁流變阻尼單元及磁流變閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁流變液體和液壓控制以及磁流變阻尼通道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，更具 體地涉及一種通用性高、具有復(fù)合阻尼間隙，阻尼性能最優(yōu)化的磁流變液壓控制單元，該阻 尼控制單元可用于機(jī)械、車輛、建筑、航空航天等領(lǐng)域中的壓降和流量控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁流變液是一種新型智能材料。磁流變液在磁場(chǎng)作用下，可以瞬間從流動(dòng)良好的 牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)锽ingham半固體狀態(tài)，而且這種變化連續(xù)、可控、可逆。基于磁流變液的優(yōu) 良特性，國內(nèi)外對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了大量的研宄。這些研宄多集中于磁流變阻尼器和磁流變閥， 而其中的關(guān)鍵部件，就是一種阻尼控制元件，可將其歸類為磁流變阻尼控制單元。利用磁流 變液效應(yīng)設(shè)計(jì)的磁流變閥，可通過改變勵(lì)磁線圈的電流來控制加載于磁流變液中的磁場(chǎng)， 以改變流體的流動(dòng)特性，形成壓差，從而改變流量或提供阻尼力。相比傳統(tǒng)液壓閥，磁流變 閥具有響應(yīng)速度快，易于控制，具有更寬的壓降和阻尼調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于磁流 變液閥中無移動(dòng)的機(jī)械部件，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲低，能耗小，耐磨損，工作穩(wěn)定可靠。磁流 變閥現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前磁流變閥的研宄的一個(gè)核心課題是提高進(jìn)出口壓差的可調(diào)范圍。而此范圍與 兩方面的因素有關(guān)。第一，阻尼間隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；第二，磁流變液在磁流變閥內(nèi)部的液 流通道的長(zhǎng)度。因此，在磁流變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先要考慮的是磁流變液在磁流變閥阻尼間隙 內(nèi)的流動(dòng)方向必須與磁場(chǎng)方向垂直；其次是盡可能增大磁流變液在磁流變閥內(nèi)部的液流通 道。一般情況下，可從以下兩個(gè)方面入手來提高磁流變閥進(jìn)出口壓力差的可調(diào)范圍。一是 提高阻尼間隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，常用的方法是減小磁流變閥的阻尼間隙寬度。但這種方法 有其本身的限制條件：當(dāng)磁流變液久置未用，再次啟用時(shí)，容易出現(xiàn)顆粒沉淀從而堵塞阻尼 間隙，導(dǎo)致磁流變閥失效。另一方面提高阻尼間隙的長(zhǎng)度，但這種方法會(huì)受安裝空間以及閥 本身的結(jié)構(gòu)尺寸等條件限制而很難實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)一種性能穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊的磁流 變閥，使磁流變閥的進(jìn)出口壓差更大、壓力控制范圍更寬，是本行業(yè)亟需解決的問題。
[0004] 近年來，磁流變閥的設(shè)計(jì)和應(yīng)用得到了一定的發(fā)展。如中國專利 200810065763. 9 ( -種非直線液流通道的磁流變閥）與中國專利200810065316. 3 ( -種 螺旋液流通道的磁流變閥）通過在磁流變閥定位盤和導(dǎo)磁盤的對(duì)應(yīng)端面上設(shè)置非直線形 液流通道或螺旋液流通道來增加磁流變液流動(dòng)路徑的長(zhǎng)度。但卻忽略磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感線 分布對(duì)磁流變效應(yīng)的影響，其有效阻尼間隙在勵(lì)磁線圈的兩側(cè)，沒有很好的利用磁力線的 分布及走向，實(shí)際上無法有效地提高閥進(jìn)出口壓差的可調(diào)范圍，另外阻尼間隙部分離勵(lì) 磁線圈較遠(yuǎn)，會(huì)降低磁感應(yīng)強(qiáng)度造成響應(yīng)時(shí)間變慢，性能不穩(wěn)定等不良影響。中國專利 200410022657. 4(具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥）同時(shí)采用圓環(huán)形和圓盤形液 流阻力通道。增加了液流阻力通道的剪切面積，在小的激勵(lì)電流的作用下液流阻力就開始 變化，對(duì)磁流變液流量的控制范圍擴(kuò)大，但是這種閥結(jié)構(gòu)中的圓環(huán)形液流通道并沒有充分 利用線圈磁場(chǎng)，降低了壓差調(diào)節(jié)范圍，圓盤形液流通道與磁感線的重合度較小，增加了液流 通道的被動(dòng)阻尼，延長(zhǎng)了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，大大降低了阻尼單元應(yīng)發(fā)揮的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明專利提供了一種具有復(fù)合阻尼間隙的磁流變流體控制的基本單元以及參 數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，依據(jù)所提供的參數(shù)最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的復(fù)合間隙磁流變液阻尼單元可廣 泛應(yīng)用在磁流變控制閥與磁流變阻尼減震器等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁流變液的壓降和流量的高響 應(yīng)、輕噪聲、穩(wěn)定可靠的控制。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種通用型復(fù)合間隙磁流變阻尼 單元，所述阻尼單元包括繞線套筒、閥芯、線圈、連接銷、非導(dǎo)磁墊片、上導(dǎo)磁圓環(huán)、下導(dǎo)磁圓 環(huán)、上導(dǎo)磁圓盤、下導(dǎo)磁圓盤、缸體；閥芯、繞線套筒、線圈、缸體由內(nèi)向外依次同軸安裝；繞 線套筒同軸安裝在閥芯外部，上導(dǎo)磁圓盤、下導(dǎo)磁圓盤分別通過連接銷安裝在閥芯的兩端， 上導(dǎo)磁圓盤與閥芯之間、下導(dǎo)磁圓盤與閥芯之間均墊有非導(dǎo)磁墊片，形成圓盤形液流通道； 上導(dǎo)磁圓環(huán)同軸安裝在上導(dǎo)磁圓盤外部、下導(dǎo)磁圓環(huán)同軸安裝在下導(dǎo)磁圓盤外部，上導(dǎo)磁 圓環(huán)與上導(dǎo)磁圓盤之間、下導(dǎo)磁圓環(huán)與下導(dǎo)磁圓盤之間分別形成圓環(huán)形液流通道；線圈繞 在繞線套筒上；上導(dǎo)磁圓盤末端和下導(dǎo)磁圓盤末端均設(shè)置有螺紋；所述閥芯中心設(shè)置有圓 筒形液流通道，圓環(huán)形液流通道、圓盤形液流通道、圓筒形液流通道依次連通，形成完整的 圓環(huán)-圓盤-圓筒形復(fù)合阻尼間隙；缸體的一側(cè)開有引線孔，線圈的導(dǎo)線從所述引線孔引 出；缸體內(nèi)部設(shè)置階梯孔，階梯孔與上導(dǎo)磁圓環(huán)形成臺(tái)階配合；圓環(huán)形液流通道的寬度1 與缸體外表面半徑R之比的范圍為0. 02~0. 15 ;圓盤形液流通道的寬度t與缸體外表面 半徑R之比的范圍為0. 02~0. 15 ;閥芯厚度Rc與缸體外表面半徑R之比的范圍為0. 25~ 0. 7 ;導(dǎo)磁圓盤厚度La與上導(dǎo)磁圓環(huán)上表面與下導(dǎo)磁圓環(huán)下表面之間的距離L之比的范圍 為0. 1~0. 4 ;缸體厚度th與缸體外表面半徑R之比的范圍為0. 1~0. 4。
[0007] 進(jìn)一步地，所述上導(dǎo)磁圓盤、下導(dǎo)磁圓盤在圓環(huán)形液流通道入口處均設(shè)有倒角。
[0008] 進(jìn)一步地，所述繞線套筒，連接銷、非導(dǎo)磁墊片采用非導(dǎo)磁材料，上導(dǎo)磁圓環(huán)、下導(dǎo) 磁圓環(huán)、上導(dǎo)磁圓盤、下導(dǎo)磁圓盤、缸體均采用具有高導(dǎo)磁率、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度特性的導(dǎo) 磁材料。
[0009] 進(jìn)一步地，該應(yīng)用為：將所述阻尼單元應(yīng)用于液壓閥和液壓阻尼減震器。
[0010] 一種應(yīng)用通用型復(fù)合間隙磁流變阻尼單元的磁流變閥，所述磁流變閥包括上述阻 尼單元、上連接環(huán)、下連接環(huán)、上端蓋、下端蓋、缸體密封圈、導(dǎo)磁圓環(huán)密封圈、端蓋密封圈；
[0011] 上端蓋、下端蓋安裝在缸體的兩端，上端蓋與缸體、下端蓋與缸體之間設(shè)置有端蓋 密封圈，上連接環(huán)和下連接環(huán)分別安裝在所述阻尼單元的兩端；上導(dǎo)磁圓盤與上連接環(huán)、下 導(dǎo)磁圓盤與下連接環(huán)均通過螺紋連接，上連接環(huán)與上導(dǎo)磁圓環(huán)之間、下連接環(huán)與下導(dǎo)磁圓 環(huán)之間均設(shè)置有導(dǎo)磁圓環(huán)密封圈；缸體與上連接環(huán)和下連接環(huán)過渡配合，缸體與上連接環(huán) 之間、缸體與下連接環(huán)之間均配有缸體密封圈；
[0012] 上連接環(huán)、下連接環(huán)上設(shè)置均勻分布的至少1個(gè)導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔與圓環(huán)形液流通 道相通；上端蓋、下端蓋中心均設(shè)置有通孔，通孔內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，液壓管道與通孔通過 螺紋連接，上連接環(huán)、下連接環(huán)、上端蓋、下端蓋均為非導(dǎo)磁材料。
[0013] 本發(fā)明與技術(shù)背景相比，具有的有益效果有：
[0014] 1.本發(fā)明采用參數(shù)最優(yōu)化后的圓環(huán)-圓盤-圓筒形復(fù)合液流通道。在現(xiàn)有技術(shù)的 基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)建模、有限元仿真分析及優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化，確定了合適的無量綱設(shè)計(jì)參數(shù)， 使磁流變液控制閥或阻尼減震器對(duì)磁流變液的壓降或流量的控制范圍更寬。
[0015] 2.本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了導(dǎo)磁圓環(huán)，一方面使得阻尼單元結(jié)構(gòu)形式 更加緊湊，減少了被動(dòng)阻尼流道部分，使系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間更短，有利于提高阻尼單元的調(diào)節(jié)性 能，另一方面根據(jù)具體需求可便捷地通過改變導(dǎo)磁圓盤和導(dǎo)磁圓環(huán)的尺寸以改變液流通道 的位置和尺寸，從而達(dá)到最優(yōu)效果。
[0016] 3.本發(fā)明的缸體采用階梯孔結(jié)構(gòu)，保證了定位方便精密，起軸向定位作用，便于裝 配。
[0017] 4.本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于液壓閥和液壓阻尼減震器中，提高了磁流變液阻尼單元的 通用性。通過磁