基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器及其工作方法与流程

1.本发明涉及减振缓冲技术领域，特别是一种基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器及其工作方法。


背景技术：

2.由于多数情况下有害性的振动会对机械运作产生伤害性的后果，削减机械振动和切断振动的传递的设计成为影响机械运行可靠性的关键一环，减振器已成为民用机械乃至军工装备上不可或缺的重要装置。特别是近年来减振领域在智能、高效、可靠等方面的要求越来越高，开发出一种可控且高效可靠、适用于各种工况恶劣的机械装备上的减振器变得极具价值。
3.现有主动控制减振器虽已较成熟，但多数需要精密维护后的工作环境，且成本高昂，而传统重型装备上使用的可靠性较高的减振器又缺少精密性，可控性较低，减振效果上限较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种可控性高，可靠性强，减振性能好的基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器及其工作方法。
5.本发明采用以下方案实现：一种基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器，包括减震缸体和位于减震缸体外围的线圈机构；所述减震缸体内设有将其内部空间分为上、下两相连腔体的压盘，所述压盘上端连接有从减震缸体上端穿出的活塞杆，减震缸体内部充满磁流变液，压盘上方的上腔体中填充有上金属橡胶元件，压盘下方的下腔体中填充有下金属橡胶元件。
6.进一步的，所述线圈机构包括位于减震缸体外围的线圈架，所述线圈架由环形底座和位于环形底座上侧的六边形框体构成，六边形框体的各边内侧固定连接有垂直于各边的磁场芯轴，所述磁场芯轴朝内一端靠近减震缸体外侧壁，磁场芯轴上缠绕有磁场线圈，相邻两磁场芯轴上磁场线圈产生的磁场n-s极方向相反。
7.进一步的，所述线圈架由沿六边形框体其中一对角线分割开的两个对半架体拼合而成；所述磁场芯轴断面呈正方形，所述磁场芯轴采用硅钢材质，磁场芯轴朝外一端设有安装板，所述安装板通过螺栓固定连接于六边形框体上。
8.进一步的，所述减震缸体底部设有固定座，所述固定座的直径小于环形底座内孔直径；减震缸体上端设有连接法兰，所述连接法兰通过螺栓连接有端盖，所述端盖中间开设有供活塞杆穿过的通孔，所述通孔内设有第一密封圈，端盖和连接法兰之间夹设有第二密封圈。
9.一种如上所述基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器的工作方法，外界输入冲击力或是拉力时，活塞杆的上端将作用力传输至底部压盘部位，使得压盘在上、下金属橡胶元件之间往复产生位移，此时，由于金属橡胶的可压缩性，上、下腔体的体积发生变化，其中
的磁流变液具有经由剪切间隙流动的趋势；当磁场线圈未通电或无指令信号输入时，阻尼力完全由浸泡在磁流变液中的金属橡胶阻尼结构产生，当按照外部给定的电信号激活磁场线圈产生磁场时，处于剪切间隙内向上或向下流动的磁流变液在磁场的作用下产生流变效应，产生剪切阻尼力，另外处于上、下金属橡胶元件内部的磁流变液也会由于磁场的效应产生向半固体转变的趋势，从而增强了金属橡胶元件的刚度和阻尼。
10.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器结构简单可靠，采用金属橡胶为主、磁流变效应为辅助控制的固液复合减振方式，增强金属橡胶阻尼原件的刚度，提高整个装置的减振性能，兼有可控性高以及可靠性强的特点；采用外置的磁场，能够避免运行过程中由于线圈发热导致磁流变液性能下降的不良现象，且线圈工作环境可视，提高了上电运行时的安全性。
11.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
12.图1是本发明实施例整体构造示意图；图2是本发明实施例中减震缸体剖面图；图3是本发明实施例中线圈架的半部结构示意图；图中标号说明：1、减振缸体；2、螺母；3、螺母垫片；4、端盖；5、螺栓垫片；6、螺栓；7、活塞杆；8、第一密封圈；9、第二密封圈；10、上金属橡胶元件；11、下金属橡胶元件；12、环形底座；13、磁场芯轴；14-压盘；15-六边形框体。
具体实施方式
13.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
14.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
15.如图1~3所示，一种基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器，包括减震缸体1和位于减震缸体1外围的线圈机构；所述减震缸体1内设有将其内部空间分为上、下两相连腔体的压盘14，所述压盘14上端连接有从减震缸体1上端穿出的活塞杆7，活塞杆上端设有螺纹部，以便与被隔振部分相连接；减震缸体1内部充满磁流变液，构成磁流变液环境，压盘14上方的上腔体中填充有上金属橡胶元件10，压盘下方的下腔体中填充有下金属橡胶元件11。本发明采用金属橡胶为主、磁流变效应为辅助控制的固液复合减振器方案，使用金属橡胶阻尼原件浸泡在磁流变液环境下的工作形式，在磁场与外压力的作用下，磁流变液不仅可通过毛细效应与体积变化共同作用的结果通过剪切间隙，产生剪切阻尼力，当采用磁导率较高的材料制作金属橡胶元件时，磁流变也还会在金属橡胶元件内部的金属丝之间产生流变效应，故而增强金属橡胶阻尼原件的刚度，提高整个装置的减振性能；故该减振器能够
在同一种磁场下使得磁流变液产生多样的作用形式，提高了磁流变液性能的发挥程度，能产生较理想的减振性能，且智能能可控，后续可在实际试验与生产中逐步开发适应不同设备运行特点的配套控制程序，实际应用前景广阔；采用外置的磁场，能够避免运行过程中由于线圈发热导致磁流变液性能下降的不良现象，且线圈工作环境可视，提高了上电运行时的安全性。
16.在本实施例中，所述线圈机构包括位于减震缸体外围的线圈架，所述线圈架由环形底座12和位于环形底座上侧的六边形框体15构成，所述环形底座上开设有安装孔，便于将线圈架以及磁场线圈固定，并使安装完毕之后的磁场线圈处于最佳作用位置。六边形框体15的各边内侧固定连接有垂直于各边的磁场芯轴13，所述磁场芯轴13朝内一端靠近减震缸体外侧壁，磁场芯轴13上缠绕有磁场线圈（图中未示出），相邻两磁场芯轴上磁场线圈产生的磁场n-s极方向相反；这样会使通电后各磁场形成路径最短的导通磁路，减少磁场损失，采用轴向绕组的磁场影响磁流变液从而产生磁流变效应，以更少的电流量在剪切间隙产生了更高的磁感应强度，磁路构造合理。
17.在本实施例中，所述线圈架由沿六边形框体其中一对角线分割开的两个对半架体拼合而成；所述磁场芯轴13断面呈正方形，所述磁场芯轴13采用硅钢材质，采用硅钢材料的芯轴与壳体减少了磁路损失，且整个磁路主要作用部分设计在活塞上下移动造成剪切的行程范围内，磁场利用率高。磁场芯轴朝外一端设有安装板，所述安装板通过螺栓固定连接于六边形框体上，六边形框体各边开设有用以连接安装板的螺栓孔；在环形底座和六边形框体之间设有肋板，以加强安装线圈后线圈架的刚度，安装了带有绕制线圈的磁场芯轴后，线圈架不会向内过度倾斜造成部件间位置干涉。
18.在本实施例中，所述减震缸体1底部设有固定座，所述固定座上也开设有安装孔，固定座的安装孔孔可用于连接被隔振的部件或是与固定基座连接；所述固定座的直径小于环形底座内孔直径；减震缸体上端设有连接法兰，所述连接法兰通过螺栓连接有端盖4，所述端盖4中间开设有供活塞杆穿过的通孔，所述通孔内设有第一密封圈8，端盖和连接法兰之间夹设有第二密封圈9，密封圈采用氟橡胶密封圈。
19.本发明结构简单可靠，以稳定可靠的金属橡胶阻尼结构来产生主要的阻尼力，电磁控制的磁流变液剪切和挤压产生的阻尼力作为按照需要智能产生的额外部分，使得此减振器兼有可控性高以及可靠性强的特点，即使处于信号中断的特殊情况，依然可以依靠内部的金属橡胶阻尼原件产生一定的阻尼力，不至于整体失效；且由于金属橡胶元件本身强大的互换性，可随时根据实需要制作不同丝径、密度与性能属性的金属橡胶元件进行替换，使得本减振器的适用性广。
20.复合减振器的安装过程：首先要保证磁场芯轴13独立的每一块都均匀缠绕有磁场线圈，且需要注意绕线方向，使得空间位置相邻的两个磁场芯轴上的线圈产生磁场的n-s极相反，将各个磁场芯轴上的线圈正确绕制完毕后，即可使用螺栓与螺母将磁场芯轴13与线圈架12通过安装板上对应的孔安装在一起，并将导线两端捋出待用。
21.正确安装外部磁场之后即可先进行减振器主体的安装工作，首先将下金属橡胶元件11置于减振器缸体1缸内底部，之后带有活塞杆的压盘放置在下金属橡胶元件11上，再将上金属橡胶元件10通过沿活塞杆套入放进减振器缸体1内，检查无误后即可向减振器缸内灌入磁流变液，构造工作的磁流变液环境，注意在磁流变液刚好不没过上金属橡胶元件10
的上表面时，停止灌液，此时先将第二密封圈9正确安装到连接法兰上预留的密封圈槽内，再取端盖4，将第一8正确套入端盖通孔内的密封圈槽之后，将端盖通孔套入活塞杆，正确安装后可使用螺母2、螺母垫片3、螺栓垫片5以及螺栓6将端盖4与连接法兰正确连接固定。
22.减振器主体装配完成后，即可先将减振器主体通过减振缸体1底部固定座的安装孔以及活塞杆7上部的螺纹与被隔振部分相连接，之后将之前组装完毕的线圈机构通过底部环形底座安装孔固定在减震缸体之外，注意安装时要保证线圈架与减振缸体1的底面处于同一平面，这个安装位置能够保证在工作时磁场处于工作效率最高最有效的位置；之后将导线正确连接至外部控制装置上，即可开始工作。
23.一种如上所述基于金属橡胶与磁流变效应的复合减振器的工作方法，外界输入冲击力或是拉力时，活塞杆的上端将作用力传输至底部压盘部位，使得压盘在上、下金属橡胶元件之间往复产生位移，此时，由于金属橡胶的可压缩性，上、下腔体的体积发生变化，其中的磁流变液具有经由剪切间隙流动的趋势；当磁场线圈未通电或无指令信号输入时，阻尼力完全由浸泡在磁流变液中的金属橡胶阻尼结构产生，当按照外部给定的电信号激活磁场线圈产生磁场时，处于剪切间隙内向上或向下流动的磁流变液在磁场的作用下产生流变效应，产生剪切阻尼力，另外处于上、下金属橡胶元件内部的磁流变液也会由于磁场的效应产生向半固体转变的趋势，从而增强了金属橡胶元件的刚度和阻尼。
24.多种效果共同作用，使得阻尼器的阻尼与刚度可通过外界控制电流大小达到稳定高效的控制。
25.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
26.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
27.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
28.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
29.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。