一种基于磁流体的减震器的制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种基于磁流体的减震器，所述减震器的组成包括压缩腔和活塞杆；所述的压缩腔由内压缩腔外壳和外压缩腔外壳组成，内压缩腔外壳在外压缩腔外壳的开口内，同轴对称分布，内压缩腔外壳的下部和底部的外侧各装有一个完全相同圆环形永磁铁，上部的永磁铁上装有调节杆，调节杆并向上延伸探出外压缩腔外壳；内压缩腔外壳在个永磁铁之间的位置上开有节流圆孔；弹簧安装在内压缩腔外壳内；在外压缩腔外壳内焊接一层非磁性圆环形挡板，圆柱形活塞杆插入内压缩腔内。本实用新型使用节流孔和节流缝隙，属于薄壁小孔出流模型，磁性液体流过小孔和缝隙的时间较短，实现了对高频振动的减震。
【专利说明】一种基于磁流体的减震器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于液体粘滞型减震器，具体为一种基于磁流体的减震器。
【背景技术】
[0002]现有的单筒式磁流变液减震器利用磁性液体的管流阻尼力进行减震，其结构主要包括充满磁流变液的压缩腔，以及有节流通道的活塞杆，并在节流通道周围安装电磁铁。此结构可见专利CN201210449699，当外界施加震动，迫使活塞杆压缩磁流变液运动，使磁流变液被挤压流过处在磁场中的阻尼通道，外界磁场会增加磁流变液的粘度，使磁流变液流过阻尼通道时产生较大的管流阻尼力实现减震。
[0003]现有的单筒式磁流变液减震器使用电磁铁产生外加磁场来改变磁流变液粘度。由于达到改变磁流变液粘度的磁场需要的电流比较大，这就使得减震器对电源的要求较高，限制了减震器的使用领域。
[0004]电磁铁的线圈在工作时会产生大量的热，改变磁流变液的温度，进而影响磁流变液的粘度，使得减震效果难以控制。
[0005]单筒式减震器使用的是磁流变液为减震液，这就存在磁流变液的沉降问题，极大影响了减震器的可靠性。为解决这一问题，往往使用较复杂的减震器结构，需要在减震装置中添加磁流变液循环装置，或能起到使磁流变液循环的特殊结构，这就增加了减震器的设计成本。
[0006]现有的单筒式磁流变液减震器由于其结构复杂性，所以多处密封点采用接触式密封。这种密封磨损大、发热快、无双向密封能力、密封润滑脂消耗快、密封体低温时硬化加大磨损、密封体高温时软化失稳。
[0007]现有单筒式磁流变液减震器使用的节流通道较长，磁流变液流过通道的时间较长，使得减振器无法对高频震动源减震。
实用新型内容
[0008]为了解决现有磁流体减震器的上述缺点，本实用新型提出了一种新型的磁流体减震器，该减震器由内外压缩腔以及包裹着永磁铁的活塞杆组成。该减震器的涉及特点为:1，压缩腔使用的是内外分布；2，使用节流孔与挡板缝隙代替节流通道；3，使用位置可调永磁铁代替电磁铁；4使用磁流体代替磁流变液，能够实现高频震动的减震。使用位置可调永磁铁代替电磁铁，摆脱了电源的束缚，解决了电磁铁线圈发热的问题。此外在密封处采用磁流体密封，减小了摩擦损耗。这种减振器可用作对震动部件的减震。活塞杆上永磁铁不仅为缝隙处磁流体提供磁场，还能形成密封环起到密封效果，简化了结构。
[0009]本实用新型的技术方案:
[0010]一种基于磁流体的减震器，所述减震器的组成包括压缩腔和活塞杆；
[0011]所述的压缩腔由内压缩腔外壳和外压缩腔外壳组成，内压缩腔外壳和外压缩腔外壳均为圆筒状，其中外压缩腔外壳底部密闭，顶部的中心处开有与内压缩腔内径相同的圆形开口 ；内压缩腔外壳在外压缩腔外壳的开口内，同轴对称分布，内压缩腔外壳上、下通透，上端连接外压缩腔圆形开口的边缘并密闭，下端连接外压缩腔外壳的底部；
[0012]内压缩腔外壳的下部和底部的外侧各装有一个完全相同圆环形永磁铁，上部的永磁铁上装有调节杆，调节杆并向上延伸探出外压缩腔外壳；内压缩腔外壳在个永磁铁之间的位置上开有节流圆孔；
[0013]弹簧安装在内压缩腔外壳内，与外压缩腔外壳的底部相连；在外压缩腔外壳内焊接一层非磁性圆环形挡板，挡板与内压缩腔外壳之间有挡板缝隙；
[0014]活塞杆插入内压缩腔内。
[0015]压缩腔内充有磁流体，其中，内压缩腔中充满磁流体，外压缩腔顶部为空气形成气室，气室的高度为2?4厘米。
[0016]所述的磁流体为以四氧化三铁为磁性颗粒、煤油为载液的磁流体，磁性颗粒占总质量的百分比为4?6%。
[0017]所述的内压缩腔外壳的直径为外压缩腔外壳直径的20%?40%。
[0018]所述的圆环形挡板所在位置的高度为外压缩腔高度的60%?70%。
[0019]所述的活塞杆由刚性框架和空心圆柱形永磁铁共同组成；轴对称形刚性框架纵截面为工字形，上下两端为活塞帽，中间为活塞中轴，空心圆柱形永磁铁套在活塞中轴外，并由上下两个活塞帽夹住固定；空心圆柱形永磁铁由八块横截面为扇形的柱体组成，永磁铁延径向充磁。
[0020]本实用新型的有益效果为:1、本实用新型采用永磁铁提供磁场，不需要外加电源，同时解决了电磁铁线圈的发热问题，使得磁流体不会受到温度变化的影响，提高了减震器的应用领域。2、本实用新型装有调节杆，能够上下调节永磁铁的位置，控制磁场的强弱实现减震效果的可调性。3、由于现有磁流体减震器中节流管较长，磁流体流过节流管的时间较长，导致减震器无法给高频振动源减震。本实用新型中使用节流孔和节流缝隙，属于薄壁小孔出流模型，由于小孔的厚度为节流通道厚度的1/10，磁流体流过小孔和缝隙的时间比节流通道短，使得减震器适用的减震频率提高了一个数量级，实现了对高频振动的减震。4、活塞杆外层永磁铁能吸附磁流体形成密封环，对密封处进行密封，减小了摩擦对减震器带来的损耗。5、本实用新型使用物理性质较稳定的磁流体代替磁流变液，解决了磁流变液沉降的问题。同时使用阻尼孔和挡板间隙对磁流体产生阻尼力，增大减震效果，解决了由磁流体粘度小而导致的阻尼力小的缺点。6、本实用新型结构简单，成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型磁流体减震器的整体结构图；
[0022]图2为压缩腔的示意图；
[0023]图3为嵌有永磁铁的活塞杆不意图；
[0024]图4为活塞杆刚性框架示意图；
[0025]图5为活塞杆上永磁铁充磁方向；
[0026]图6为磁流体粘度随外磁场变化的曲线图；
[0027]其中，1-气室；2_外压缩腔外壳；3_内压缩腔外壳；4-挡板；5_内压缩腔，；6-节流孔处永磁铁；7_调节杆；8_外压缩腔；9_挡板缝隙；10_弹簧；11_节流孔；12_活塞杆；13-活塞杆上永磁铁；14_活塞杆帽；15_活塞杆中轴。
具体实施方案
[0028]本实用新型基于磁流体的减震器的结构如图1所示，所述减震器的组成包括压缩腔和活塞杆；
[0029]所述的压缩腔由内压缩腔外壳3和外压缩腔外壳2组成，内压缩腔外壳3和外压缩腔外壳2均为圆筒状，其中外压缩腔外壳2底部密闭，顶部的中心处开有与内压缩腔5内径相同的圆形开口 ；内压缩腔外壳3在外压缩腔外壳2的开口内，同轴对称分布，内压缩腔外壳3上、下通透，上端连接外压缩腔外壳2的圆形开口的边缘并密闭，下端连接外压缩腔外壳2的底部；压缩腔的纵截面如图2所示；
[0030]内压缩腔外壳3的下部和底部的外侧各装有一个完全相同圆环形永磁铁6，上部的永磁铁6上装有调节杆7，并向上延伸探出外压缩腔外壳2 ；内压缩腔外壳3在2个永磁铁6之间的位置上开有节流圆孔11，节流圆孔11的数量为3排；
[0031]弹簧10安装在内压缩腔外壳3内，与外压缩腔外壳2的底部相连；在外压缩腔外壳2内焊接一层非磁性圆环形挡板4，挡板4与内压缩腔外壳3之间有挡板缝隙9 ；
[0032]内压缩腔5的内径比圆柱形活塞杆的直径长1mm，将圆柱形活塞杆插入内压缩腔5内，圆柱形活塞杆由非磁性刚性框架12，与包围在外侧的钕铁硼永磁铁13组成。该框架12纵截面图呈工字形如图4，它由活塞杆帽14，和活塞杆中轴15组成；空芯圆柱形永磁铁13，由八块完全相同的横截面为扇形的柱体组成，并包裹在活塞杆中轴15上，永磁铁13延径向充磁如图5所示；本实用新型中活塞杆为公知技术。
[0033]圆环形挡板4的厚度为3mm，材质为奥氏体不锈钢(非磁性材料)，其高度为外压缩腔8高度的60%?70%。
[0034]压缩腔内充有磁流体，其中，内压缩腔5中充满磁流体，外压缩腔8顶部为空气形成气室1，气室1的高度为2?4厘米；
[0035]所述的磁流体为以四氧化三铁为磁性颗粒，煤油为载液的磁流体，磁性颗粒占总质量的百分比为5.8%。
[0036]所述的内压缩腔外壳3的直径为外压缩腔外壳2直径的20%?40%。
[0037]弹簧高度与弹性系数的选择与被减震物体的质量、震动强度相关，弹簧的长度与弹性系数的选择应确保在减震过程中，活塞杆的底部不能高于挡板4的水平高度。
[0038]本实用新型中内压缩腔外壳3、外压缩腔外壳2、环形挡板4和活塞杆的刚性框架12使用的是非磁性刚性材料，例如奥氏体型无磁性不锈钢。永磁铁6、13使用钕铁硼永磁铁，永磁铁6的充磁方向沿轴向充磁,永磁铁13充磁方向见图5。
[0039]本实施例减震器的具体数据为:气室1高度为2cm ;外压缩腔外壳2厚度为1mm ；内压缩腔外壳3厚度为1_ ;挡板4厚度为3_，在外壳13cm的高度位置上；内压缩腔5直径4cm,高度20cm ;节流孔处永磁铁6内径4.1cm、外径4.5cm,其中上部的永磁铁6的高度为3cm ;外压缩腔8直径10cm，高度20cm ;挡板缝隙9宽度3mm ;弹簧10未经受力时原长为10cm,径向长度为3.8cm,弹性系数100N/m。;节流孔11直径2mm ;活塞杆帽14的直径3.9cm，厚度为2mm ;活塞杆中轴15直径3.4cm ;活塞杆上永磁铁13外部直径3.9cm,内直径3.4cm ；
[0040]外压缩腔外壳2与内压缩腔外壳3所围成的凹字形区域为外压缩腔8。由于外壳2、3的特殊形状，同时形成上端开口的内压缩腔5。将活塞杆12插入内压缩腔5使其封闭。在内压缩腔5中充满磁流体，外压缩腔8中充入部分磁流体，留下部分空气形成气室1，气室1的高度为2cm。将磁流体减震器的外压缩腔外壳2和活塞杆12分别安装在非震动部件和震动部件处，当出现震动时(震幅不超过6cm)活塞杆会挤压内腔5内的磁流体通过节流孔11进入外腔8,当磁流体流过节流孔11与缝隙9时,永磁铁6、13产生的磁场会增大磁流体的粘度，增加液体出流节流孔与缝隙所受的阻尼力，减缓压缩腔与活塞杆的相对运动，达到减振效果。在减震过程中永磁铁13能与磁流体形成密封环，避免磁流体泄露。调节杆7可以调节永磁铁6的位置，进而调节出流阻尼力，实现减震效果的可调性。弹簧10与气室1内的空气受到压缩后，为活塞杆提供回复力。
[0041]这种减振器可用作对震动部件的减震。它由一个嵌有永磁铁的活塞杆如图3所示，及内外两个非磁性压缩腔组成如图2所示。内压缩腔用作活塞杆的压缩运动，在内压缩腔底部有提供回复力的弹簧和数个联通内外压缩腔的节流孔，并在节流孔处安装可移动的永磁铁来增大磁流体的粘度，同时通过调节永磁铁位置，改变节流孔处的磁场实现减震效果的可调性，使用位置可调永磁铁代替电磁铁，摆脱了电源的束缚，解决了电磁铁线圈发热的问题。外压缩腔充入磁流体，并留下一定量空气(空气的体积应大于震动源震动幅度乘以内压缩腔横截面积)形成气室用作缓冲并提供部分回复力。外压缩腔内还装有一个非磁性挡板，并与内压缩腔外壁存在一定间隙，且挡板的位置处在活塞杆上永磁铁震动的区域内。活塞杆由刚性框架如图4，和环形径向充磁的永磁铁如图5组成。
[0042]本实用新型利用磁流体同时具有磁性和液体的流动性这种特殊性能，用永磁铁磁场增加节流孔及缝隙处磁流体的粘度，当磁流体流过节流孔和缝隙时受到阻尼力，实现对震动源的减震。磁流体在不同磁场强度、不同转速下粘度变化关系如图6所示，此数据由NDG-5S旋转粘度计测量得出。由于磁流体属于非牛顿流体，故其粘度随着液层相对运动的变化而变化。此外磁流体的粘度与外加磁场的大小相关。本实验使用三种不同的转速，测量磁流体粘度随外加磁场增加的变化趋势，证实了磁流体粘度随外加磁场的增大而增大的变化关系。由实验可知，磁流体粘度随着外加磁场的增加而增加，故而本实用新型可以通过改变外加磁场的大小来调节磁流体粘度，实现减震效果的可调性。
[0043]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【权利要求】
1.一种基于磁流体的减震器，其特征为该减震器的组成包括压缩腔和活塞杆； 所述的压缩腔由内压缩腔外壳和外压缩腔外壳组成，内压缩腔外壳和外压缩腔外壳均为圆筒状，其中外压缩腔外壳底部密闭，顶部的中心处开有与内压缩腔内径相同的圆形开口 ；内压缩腔外壳在外压缩腔外壳的开口内，同轴对称分布，内压缩腔外壳上、下通透，上端连接外压缩腔圆形开口的边缘并密闭，下端连接外压缩腔外壳的底部； 内压缩腔外壳的下部和底部的外侧各装有一个完全相同圆环形永磁铁，上部的永磁铁上装有调节杆，调节杆并向上延伸探出外压缩腔外壳；内压缩腔外壳在2个圆环形永磁铁之间的位置上开有节流圆孔； 弹簧安装在内压缩腔外壳内，与外压缩腔外壳的底部相连；在外压缩腔外壳内焊接一层非磁性圆环形挡板，挡板与内压缩腔外壳之间有挡板缝隙； 活塞杆插入内压缩腔内。
2.如权利要求1所述的基于磁流体的减震器，其特征为压缩腔内充有磁流体，其中，内压缩腔中充满磁流体，外压缩腔顶部为空气形成气室，气室的高度为2?4厘米。
3.如权利要求1所述的基于磁流体的减震器，其特征为所述的内压缩腔外壳的直径为外压缩腔外壳直径的20%?40%。
4.如权利要求1所述的基于磁流体的减震器，其特征为所述的圆环形挡板所在位置的高度为外压缩腔高度的60%?70%。
5.如权利要求1所述的基于磁流体的减震器，其特征为所述的活塞杆由刚性框架和空心圆柱形永磁铁共同组成；轴对称形刚性框架纵截面为工字形，上下两端为活塞帽，中间为活塞中轴，空心圆柱形永磁铁套在活塞中轴外，并由上下两个活塞帽夹住固定；空心圆柱形永磁铁由八块横截面为扇形的柱体组成，永磁铁延径向充磁。
【文档编号】F16F9/36GK204061700SQ201420534768
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】迟超, 杨文荣 申请人:河北工业大学