一种磁流变液充气式减振器的制作方法

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种减振器，尤其是涉及一种磁流变液充气式减振器。

背景技术：

磁流变液是一种新型的智能材料，具体来说，就是磁流变液的流动特性会随着所加磁场而变化。在未加磁场的时候，磁流变液表现为液体状态，而加入磁场后，磁流变液中随机分布的极化粒子沿磁场方向呈链状或柱状结构，表现为固体状态，并且一个变化的过程非常短暂(毫秒级)，而且由液体状态转变为固体状态的过程是可逆的，一旦磁场消除，磁流变液又会呈现为液体状态。磁流变液减振器正是利用这一特性而设计的一种新型的减振装置，其阻尼力可迅速连续顺逆调节，实现结构振动的智能化控制。磁流变减振器利用电磁反应，以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础，对路况和驾驶环境做出实时响应。磁流变液体作为一种磁性软粒悬浮液，当液体被注入减振器活塞内的电磁线圈后，线圈的磁场将改变其流变特性(或产生流体阻力)，从而在没有机电控制阀、且机械装置简单的情形下，产生反应迅速、可控性强的阻尼力。磁流变减振器的有着阻尼力可调倍数高、易于实现计算机变阻尼实时控制、结构紧凑以及外部输入能量小等特点，日益受到工程界的高度重视。

授权公告号为CN 102937158 B的中国发明专利公布了一种汽车磁流变液减振器，包括：工作缸、活塞组件、储气囊，活塞组件包括活塞杆和活塞本体；活塞本体安装于工作缸中，将工作缸隔离为上腔第一腔室和下腔；第一腔室和下腔充满磁流变液；工作缸与活塞本体之间间隙成为连通第一腔室和下腔的阻尼通道；工作缸与活塞本体间的阻尼通道构成外磁路，活塞本体上有励磁线圈构成内磁路；通过控制线圈电流控制磁场强度，改变磁流变液的粘度，从而控制磁流变液减振器的阻尼力；储气囊安装在工作缸下端，储气囊与工作缸下端形成第四腔室；第四腔室内充满惰性气体；该减振器还包括丝杠、丝杠支撑件、螺母件、推力轴承；活塞杆下端有丝杠通过盲孔；活塞杆与活塞本体推力轴承连接；丝杆支撑件固定在活塞本体与储气囊之间的工作缸上；工作缸内充满磁流变液；储气囊与工作缸封密空间充满惰性气体；丝杠支撑件上轴向有阻尼孔；丝杠下端固定在丝杠支撑件上；螺母件滑配非自锁安装在丝杠上；螺母件端部与活塞本体紧固连接，丝杠上端安装在活塞杆下端丝杠通过盲孔内；活塞杆上下往复带动与活塞本体紧固连接的螺母件沿丝杠旋转升降；活塞本体绕推力轴承旋转。然而，上述专利公开的技术方案中，车轮受到突然冲击时振动大，噪声大，结构复杂，工艺复杂。与上述专利相比，本发明减振器中采用密封气室结构设计，在密封气室中填充有高压气体，这样可有效减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，并有助于消除噪声；结构较为简化，大大地减少了材料成本。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可有效减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，消除噪声效果好，安全稳定的磁流变液充气式减振器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁流变液充气式减振器，包括工作缸、插设在工作缸中且可往复移动的活塞杆、设置在活塞杆自由端的活塞组件、依次设置在活塞组件下方的浮动活塞以及密封气室，所述的活塞组件将浮动活塞上方的工作缸的内腔分隔成第一工作腔以及第二工作腔，所述的第一工作腔、第二工作腔中均填充有磁流变液，所述的活塞组件包括与活塞杆自由端固定连接的活塞、缠绕布设在活塞外侧壁上的励磁线圈以及贯穿活塞设置的流通阀，所述的磁流变液通过流通阀在第一工作腔与第二工作腔之间进行流通，所述的密封气室中填充有高压气体。

所述的活塞上设有压缩阀及伸张阀。

所述的活塞为圆柱形活塞，该圆柱形活塞的外侧壁上开设有环形凹槽，所述的励磁线圈沿环形凹槽缠绕布设在圆柱形活塞的外侧壁上。

所述的流通阀设有一对，并以圆柱形活塞横截面的圆心为对称中心沿轴向贯穿设置在圆柱形活塞中。

所述的活塞通过锁紧螺母及垫片与活塞杆自由端固定连接。

所述的第一工作腔的顶部设有导向座，所述的活塞杆的自由端穿过导向座插设在工作缸中。

所述的导向座上开设有一对相对设置的阻尼孔。

所述的浮动活塞的外侧壁上开设有安装槽，该安装槽中设有O型密封圈。

所述的工作缸顶部还设有油封，所述的活塞杆的自由端穿过油封插设在工作缸中。

本发明中，所述的压缩阀和伸张阀都是由一组厚度相同、直径不等、由大到小而排列的弹簧钢片组成。在实际使用时，压缩阀和伸张阀的通道截面积的大小随活塞组件的运动速度大小而改变。其中，压缩阀：当活塞向下的运动速度较低时，液压不足以克服第一工作腔与第二工作腔之间的压差，此时，多余部分的磁流变液经过缝隙回流至第一工作腔；而当活塞向下运动的速度较高时，第二工作腔的液压骤增，达到足以克服第一工作腔与第二工作腔之间的压差时，便会推开压缩阀，从而使磁流变液流入第一工作腔。伸张阀：当活塞向上的运动速度较低时，磁流变液经伸张阀流入第二工作腔，由于通道截面积很小，便产生液压，从而消耗了振动能量，使振动迅速衰减；而当活塞上移速度增大到足以克服第一工作腔与第二工作腔之间的压差时，伸张阀开启，通道截面积增大，使液压与压差保持在一定限度之内。当减振器开始工作时，活塞在磁流变液中做往复运动，从而使第一工作腔和第二工作腔之间产生压力差，磁流变液便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。

在实际设计时，在工作缸的下部设置浮动活塞，并且在浮动活塞与工作缸一端形成的密闭气室中充满高压气体(可以选择氮气，压力值为2-3Mpa)，在浮动活塞上部的工作缸内腔中填充磁流变液，通过在浮动活塞上设置大断面的O型密封圈，从而将磁流变液和高压气体完全分开。由于活塞杆的进出而引起的第一工作腔和第二工作腔容积的变化，则由浮动活塞的上下运动来补偿。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)由于减振器内充有高压气体，能有效地减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，并有助于消除噪声；

2)工作缸内充有磁流变液，能够产生一定的阻尼力，确保控制性能的准确性和较好的故障安全性；

3)充气式减振器其结构较为简化，大大地减少了材料成本；

4)由于采用液封，可有效防止磁流变液的渗漏问题；

5)整体结构简单、紧凑，密封效果好，大大提高了活塞组件与工作缸的相对速度，能产生足够大的阻尼力，消除噪声效果好，磁流变液的耐久性和可靠性好，励磁利用率高，能耗小，可广泛用于车辆工程、机械工程、环保、医疗、航天航空工程、军事等众多技术领域，具有良好的工程适用性和较大的经济效益。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的活塞组件的剖面结构示意图；

图3为本发明的导向座的剖面结构示意图；

图中标记说明：

1—活塞杆、2—工作缸、3—活塞组件、31—活塞、32—垫片、33—锁紧螺母、34—励磁线圈、35—流通阀、4—伸张阀、5—O型密封圈、6—浮动活塞、7—密封气室、8—压缩阀、9—导向座、91—阻尼孔、10—油封、11—第一工作腔、12—第二工作腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种磁流变液充气式减振器，包括工作缸2、插设在工作缸2中且可往复移动的活塞杆1、设置在活塞杆1自由端的活塞组件3、依次设置在活塞组件3下方的浮动活塞6以及密封气室7，活塞组件3将浮动活塞6上方的工作缸2的内腔分隔成第一工作腔11以及第二工作腔12，第一工作腔11、第二工作腔12中均填充有磁流变液，活塞组件3包括与活塞杆1自由端固定连接的活塞31、缠绕布设在活塞31外侧壁上的励磁线圈34以及贯穿活塞31设置的流通阀35，磁流变液通过流通阀35在第一工作腔与第二工作腔之间进行流通，密封气室7中填充有高压气体(可以选择氮气，压力值为2-3Mpa)。工作缸2顶部还设有油封10，活塞杆1的自由端穿过油封10插设在工作缸2中。

如图2所示，活塞31上设有压缩阀及伸张阀。活塞31为圆柱形活塞，该圆柱形活塞的外侧壁上开设有环形凹槽，励磁线圈34沿环形凹槽缠绕布设在圆柱形活塞的外侧壁上。流通阀35设有一对，并以圆柱形活塞横截面的圆心为对称中心沿轴向贯穿设置在圆柱形活塞中。活塞31通过锁紧螺母33及垫片32与活塞杆1自由端固定连接。

第一工作腔11的顶部设有导向座9，活塞杆1的自由端穿过导向座9插设在工作缸2中。导向座9上开设有一对相对设置的阻尼孔91，如图3所示。

浮动活塞6的外侧壁上开设有安装槽，该安装槽中设有O型密封圈5，从而将磁流变液和高压气体完全分开。由于活塞杆1的进出而引起的第一工作腔11和第二工作腔12容积的变化，则由浮动活塞6的上下运动来补偿。

本实施例中，压缩阀8和伸张阀4都是由一组厚度相同、直径不等、由大到小而排列的弹簧钢片组成。在实际使用时，压缩阀8和伸张阀4的通道截面积的大小随活塞组件3的运动速度大小而改变。其中，压缩阀8：当活塞31向下的运动速度较低时，液压不足以克服第一工作腔11与第二工作腔12之间的压差，此时，多余部分的磁流变液经过缝隙回流至第一工作腔11；而当活塞31向下运动的速度较高时，第二工作腔12的液压骤增，达到足以克服第一工作腔11与第二工作腔12之间的压差时，便会推开压缩阀8，从而使磁流变液流入第一工作腔11。伸张阀4：当活塞31向上的运动速度较低时，磁流变液经伸张阀4流入第二工作腔12，由于通道截面积很小，便产生液压，从而消耗了振动能量，使振动迅速衰减；而当活塞31上移速度增大到足以克服第一工作腔11与第二工作腔12之间的压差时，伸张阀4开启，通道截面积增大，使液压与压差保持在一定限度之内。当减振器开始工作时，活塞31在磁流变液中做往复运动，从而使第一工作腔11和第二工作腔12之间产生压力差，磁流变液便推开压缩阀8或伸张阀4而来回流动。

本实施例磁流变液充气式减振器的具体工作原理如下：

拉伸行程：当电源接通情况下，活塞组件3上的励磁线圈34有电流通过，从而使磁流变液产生阻尼力，当活塞杆1处于拉伸状态时，活塞组件3向第一工作腔11运动，磁流变液通过活塞组件3与工作缸2之间的伸张阀4流向第二工作腔12。由于活塞杆1的存在，自第一工作腔11流来的磁流变液还不足以满足第二工作腔12所增加的容积，此时由浮动活塞6的上下运动进行补偿。

压缩行程：当电源接通情况下，活塞组件3上的励磁线圈34有电流通过，从而使磁流变液产生阻尼力，此时，活塞31下移，第二工作腔12的容积减少，压力升高，磁流变液通过压缩阀8向第一工作腔11流入。同样，由于活塞杆的存在，需要浮动活塞6的上下运动进行补偿。由于阀对磁流变液的产生较大的阻尼力，消耗了振动能量，使振动衰减。

本实施例设计结构简化、能产生足够大的阻尼力，可广泛用于车辆工程、机械工程、环保、医疗、航天航空工程、军事等众多领域，具有良好的工程适用性和较大的经济效益。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。