一种具有混合流动液流通道的多级盘式磁流变阻尼器的制作方法

本实用新型涉及一种磁流变阻尼器，尤其涉及一种具有混合流动液流通道的多级盘式磁流变阻尼器。

背景技术：

磁流变阻尼器所具有的毫秒级响应速度、大控制范围和大阻尼力输出的特点，使得它成为工业应用领域优秀的半主动执行器件。目前，磁流变阻尼器已广泛应用在建筑物及桥梁的减振抗震系统、铁路机车车辆及汽车悬架系统的减振等方面。

在进行磁流变阻尼器结构设计时，首先应使磁流变液在有效阻尼间隙内的流动方向与磁场方向相互垂直；其次是尽可能使磁流变液在磁流变阻尼器内部的液流阻尼通道加长。目前所设计的磁流变阻尼器大多采用的是单一的圆环流动式或径向流动式的液流阻尼通道，当励磁线圈通电工作时，在阻尼间隙内产生垂直于磁流变液流动方向的磁场，磁流变液在磁场作用下将产生阻尼力。一般情况下，改变加载电流大小，可调节阻尼间隙内的磁感应强度，从而实现磁流变阻尼器阻尼力的调节。当阻尼间隙内的磁感应强度达到饱和时，阻尼器输出阻尼力也达到最大。要想提高磁流变阻尼器的最大阻尼力，一般可通过以下两种方法：一是在相同输入电流下，尽可能在磁流变液饱和范围内提高阻尼间隙内的磁感应强度。常用的方法是减小磁流变阻尼器的阻尼间隙厚度，但由于磁流变液久置未用再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼间隙，导致磁流变阻尼器失效；第二就是提高有效阻尼间隙的长度，但这样会显著增加磁流变阻尼器的体积，占用更多的安装空间及使用空间，制造成本也相应增加。

因此，设计一种结构相对紧凑、输出阻尼力大、阻尼力控制范围宽的磁流变阻尼器，是进一步拓宽磁流变阻尼器工程应用的前提。

技术实现要素：

为了克服背景技术中存在的问题及满足磁流变阻尼器在工程应用中的要求，本实用新型提出一种具有混合流动液流通道的多级盘式磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器的绕线架与定位盘之间的间隙构成圆环流动式液流通道，可形成两段圆环形轴向的有效阻尼间隙。阻尼圆盘和定位盘之间的间隙构成径向流动式液流通道，可形成4段圆盘形径向的有效阻尼间隙。在不增加外形尺寸前提下，活塞头通过自身结构形成同时具有圆环流和径向流的混合流动液流通道，在励磁线圈中电流作用下形成6段串联的有效阻尼间隙，有效增大了液流阻尼长度，提高了磁力线的利用率。本实用新型磁流变阻尼器结构简单紧凑且体积小，多级盘式活塞头结构形成的混合流动液流通道有效增大了液流阻尼长度，通过控制励磁线圈中施加电流的大小可实现阻尼力的有效控制，保证了阻尼器能够输出足够大且可调范围广的阻尼力，特别适用于铁路、交通等行业减振系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：左吊耳(1)、阻尼器左端盖(2)、活塞端盖(3)、活塞套筒(4)、励磁线圈(5)、绕线架(6)、浮动活塞(7)、补偿弹簧(8)、右吊耳(9)、活塞杆(10)、缸体(11)、左定位盘(12)、左阻尼圆盘(13)、中阻尼圆盘(14)、右阻尼圆盘(15)、右定位盘(16)及阻尼器右端盖(17)；活塞杆(10)左端与左吊耳(1)通过螺纹紧固连接；阻尼器左端盖(2)中间加工有圆形通孔，活塞杆(10)与阻尼器左端盖(2)圆形通孔内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(2)与缸体(11)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器左端盖(2)与缸体(11)通过螺钉固定连接；活塞杆(10)右端攻有外螺纹，活塞端盖(3)中间加工有内螺纹孔，活塞杆(10)右端与活塞端盖(3)通过螺纹固定连接；活塞端盖(3)与活塞套筒(4)内表面过渡配合；活塞端盖(3)与活塞套筒(4)通过螺钉固定连接；活塞套筒(4)外表面与缸体(11)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；活塞端盖(3)右端面紧贴左定位盘(12)及绕线架(6)左端面，对左定位盘(12)及绕线架(6)左侧起轴向定位作用；左定位盘(12)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(6)左端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止左定位盘(12)径向转动；左定位盘(12)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(13)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；左阻尼圆盘(13)外表面与绕线架(6)内表面过渡配合；左阻尼圆盘(13)中间加工有圆形通孔，起导流作用；绕线架(6)与活塞套筒(4)间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(6)中部设计有圆形凸台，形成阶梯面(601)和阶梯面(602)；绕线架(6)阶梯面(601)与左阻尼圆盘(13)右侧加工的阶梯面(1301)贴合，绕线架(6)通过阶梯面(601)对左阻尼圆盘(13)右侧进行轴向定位；绕线架(6)阶梯面(602)与右阻尼圆盘(15)左侧加工的阶梯面贴合，绕线架(6)通过阶梯面(602)对右阻尼圆盘(15)左侧进行轴向定位；励磁线圈(5)缠绕于绕线架(6)的绕线槽(604)中，其引线经由绕线架(6)的引线槽(603)，从活塞端盖(3)的引线孔(301)引出活塞头，并通过活塞杆(10)及左吊耳(1)的引线孔引出阻尼器；中阻尼圆盘(14)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(6)中部的圆周内表面过渡配合；中阻尼圆盘(14)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(13)右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；中阻尼圆盘(14)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(15)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；右阻尼圆盘(15)外表面与绕线架(6)内表面过渡配合；右阻尼圆盘(15)中间加工有圆形通孔，起导流作用；右定位盘(16)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(15)右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；右定位盘(16)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(6)右端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止右定位盘(16)径向转动；活塞套筒(4)的右端内表面紧贴右定位盘(16)及绕线架(6)右端面，对右定位盘(16)及绕线架(6)右侧起轴向定位作用；浮动活塞(7)外表面与缸体(11)内表面间隙配合，并通过密封圈进行密封；补偿弹簧(8)左端紧贴浮动活塞(7)右端面，补偿弹簧(8)右端紧贴阻尼器右端盖(17)左端面；阻尼器右端盖(17)与缸体(11)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；阻尼器右端盖(17)与缸体(11)通过螺钉固定连接；阻尼器右端盖(17)右端攻有外螺纹，右吊耳(9)与阻尼器右端盖(17)右端通过螺纹紧固连接；左定位盘(12)与绕线架(6)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左定位盘(12)与左阻尼圆盘(13)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；左阻尼圆盘(13)与中阻尼圆盘(14)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；中阻尼圆盘(14)与右阻尼圆盘(15)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；右阻尼圆盘(15)与右定位盘(16)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅴ段有效阻尼间隙；右定位盘(16)与绕线架(6)之间圆环形轴向间隙形成第Ⅵ段阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙依次相连，构成串联式液流通道结构；左定位盘(12)径向圆周表面的阶梯形凸起长度比绕线架(6)左端面的阶梯形凹槽长度大1.0mm，使得左定位盘(12)与绕线架(6)之间的第Ⅰ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；左定位盘(12)右端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(13)左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得左定位盘(12)与左阻尼圆盘(13)之间的第Ⅱ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(14)左端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(13)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(14)与左阻尼圆盘(13)之间的第Ⅲ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(14)右端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(15)左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(14)与右阻尼圆盘(15)之间的第Ⅳ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；右定位盘(16)左端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(15)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得右定位盘(16)与右阻尼圆盘(15)之间的第Ⅴ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；右定位盘(16)径向圆周表面的阶梯形凸起长度比绕线架(6)右端面的阶梯形凹槽长度大1.0mm，使得右定位盘(16)与绕线架(6)之间的第Ⅵ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；阻尼器左端盖(2)、活塞端盖(3)、活塞套筒(4)及缸体(11)之间围成密闭容腔A；右定位盘(16)、活塞套筒(4)、浮动活塞(7)及缸体(11)之间围成密闭容腔B；浮动活塞(7)、阻尼器右端盖(17)及缸体(11)之间围成密闭容腔C；密闭容腔A和密闭容腔B内填充磁流变液；密闭容腔C内填充压缩气体；活塞套筒(4)、绕线架(6)、左定位盘(12)、左阻尼圆盘(13)、中阻尼圆盘(14)、右阻尼圆盘(15)及右定位盘(16)分别由低碳钢导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

（1）本实用新型磁流变阻尼器的阻尼间隙设计成同时具有圆环流和径向流的混合流阻尼间隙，由结构对称性将6段有效阻尼间隙均布在励磁线圈的中间位置，每一段阻尼间隙中磁流变液的流动方向都与磁场方向垂直，在径向和轴向方向充分利用了磁力线的走向，在增大阻尼间隙长度的同时并没有减小阻尼间隙中的磁感应强度，使得磁流变阻尼器的阻尼力调节范围更宽，性能更好。

（2）与常规的单一圆环流动式或径向流动式的磁流变阻尼器相比，本实用新型磁流变阻尼器采用混合流动多级盘式结构，可形成6段串联的阻尼间隙，构成六级阻尼力可控，使得与磁场有关的阻尼力占总的阻尼器输出阻尼力的比例更大，这样就使得阻尼器的阻尼力可调范围更宽。此外，在输出相同阻尼力前提下，该磁流变阻尼器所需体积更小、结构更紧凑。

（3）本实用新型磁流变阻尼器的阻尼间隙是通过绕线架、定位盘和阻尼圆盘的自身结构形成的，分别在轴向和径向都设有精准定位，保证了一定的阻尼间隙厚度，防止了因阻尼间隙太窄而造成堵塞现象，使磁流变阻尼器性能更稳定；同时，这种结构使磁流变阻尼器的阻尼间隙定位更加方便和准确，装配更加便捷，阻尼器的内部空间结构更紧凑，体积也更小。

（4）本实用新型磁流变阻尼器所用零件除活塞套筒、绕线架、左定位盘、左阻尼圆盘、中阻尼圆盘、右阻尼圆盘及右定位盘由低碳钢导磁材料制成外，其余零件均由不导磁材料制成。这种设计可有效保证磁力线尽可能集中分布在6段有效阻尼间隙内，充分发挥垂直磁场对磁流变液的作用，提高磁流变阻尼器的效率，并有效降低磁流变阻尼器的能耗。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型活塞端盖剖视图。

图3是本实用新型活塞端盖右视图。

图4是本实用新型绕线架剖视图。

图5是本实用新型绕线架左视图。

图6是本实用新型左定位盘剖视图。

图7是本实用新型左定位盘右视图。

图8是本实用新型左阻尼圆盘剖视图。

图9是本实用新型左阻尼圆盘右视图。

图10是本实用新型中阻尼圆盘剖视图。

图11是本实用新型中阻尼圆盘左视图。

图12是本实用新型受拉伸时磁流变液流经液流通道示意图。

图13是本实用新型通电工作时磁力线分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1所示为本实用新型结构示意图。主要包括：左吊耳1、阻尼器左端盖2、活塞端盖3、活塞套筒4、励磁线圈5、绕线架6、浮动活塞7、补偿弹簧8、右吊耳9、活塞杆10、缸体11、左定位盘12、左阻尼圆盘13、中阻尼圆盘14、右阻尼圆盘15、右定位盘16及阻尼器右端盖17。

图2所示为本实用新型活塞端盖剖视图，图3所示为本实用新型活塞端盖右视图。活塞端盖3左端面中心加工有一个内螺纹通孔，可与活塞杆10右端螺纹连接；活塞端盖3左端面加工有4个轴向均匀布置的腰形孔，起导流作用；活塞端盖3左端面开有一个引线孔301，对应绕线架6上的引线槽603。

图4所示为本实用新型绕线架剖视图，图5所示为本实用新型绕线架左视图。绕线架6上加工有绕线槽604和引线槽603，励磁线圈5缠绕于绕线架6的绕线槽604中，其引线经由绕线架6的引线槽603从活塞端盖3的引线孔301引出活塞头；绕线架6中部设计有圆形凸台，形成阶梯面601和阶梯面602；绕线架6左右两端面分别加工有4个轴向均匀布置的阶梯形凹槽。

图6所示为本实用新型左定位盘剖视图，图7所示为本实用新型左定位盘右视图。左定位盘12径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架6左端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止左定位盘12径向转动；左定位盘12右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，对应左阻尼圆盘13左端面加工的4个圆形凹槽。

图8所示为本实用新型左阻尼圆盘剖视图，图9所示为本实用新型左阻尼圆盘右视图。左阻尼圆盘13左右两端面分别加工有4个轴向均匀布置的圆形凹槽，其左端面的4个圆形凹槽可与左定位盘12右端面的圆柱小凸台过渡配合，其右端面的4个圆形凹槽可与中阻尼圆盘14左端面的圆柱小凸台过渡配合；左阻尼圆盘13中间加工有圆形通孔，起导流作用；左阻尼圆盘13右侧加工的外圆面形成阶梯面1301。

图10所示为本实用新型中阻尼圆盘剖视图，图11所示为本实用新型中阻尼圆盘左视图。中阻尼圆盘14径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，其4个圆形凸起可与绕线架6中部的圆形凸台内表面过渡配合；中阻尼圆盘14左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，可与左阻尼圆盘13右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；中阻尼圆盘14右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，可与右阻尼圆盘15左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合。

图12所示为本实用新型受拉伸时磁流变液流经液流通道示意图。当活塞杆10受拉时，箭头所指方向为磁流变液从阻尼器容腔A到容腔B的流动方向。

图13所示为本实用新型通电工作时磁力线分布图。左定位盘12与绕线架6之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左定位盘12与左阻尼圆盘13之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；左阻尼圆盘13与中阻尼圆盘14之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；中阻尼圆盘14与右阻尼圆盘15之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；右阻尼圆盘15与右定位盘16之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅴ段有效阻尼间隙；右定位盘16与绕线架6之间圆环形轴向间隙形成第Ⅵ段阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙依次相连，构成串联式液流通道结构；当向励磁线圈5中通入一定大小的励磁电流工作时，由于电磁感应产生的磁力线经活塞套筒4、第Ⅰ段有效阻尼间隙、左定位盘12、第Ⅱ段有效阻尼间隙、左阻尼圆盘13、第Ⅲ段有效阻尼间隙到达中阻尼圆盘14，再经过第Ⅳ段有效阻尼间隙、右阻尼圆盘15、第Ⅴ段有效阻尼间隙、右定位盘16、第Ⅵ段阻尼间隙返回活塞套筒4，形成闭合回路。

本实用新型工作原理如下：

如图1、图12和图13所示，当向励磁线圈5中通入一定大小的励磁电流工作时，由于电磁感应，第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙内部会形成磁场，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，此时6段阻尼间隙中的磁流变液在外磁场作用下粘度增大，迅速由牛顿流体状态转变为半固态或固态，其剪切屈服强度迅速增加且随着外加磁场的增大而增加，磁流变液流经这6段阻尼间隙时就必须克服本身链状阻力，从而导致磁流变液流经活塞头的阻力增大，达到减缓或阻止液流流通的作用，产生六级压降并使得阻尼器容腔A和容腔B之间产生压力差。通过调节励磁线圈5中电流大小，可控制阻尼间隙处的磁场强度进而控制磁流变液的剪切应力，从而实现对磁流变阻尼器输出阻尼力的调节。