一种汽车磁流变减震器的制作方法

本发明涉及汽车减震技术领域，特别是涉及一种汽车磁流变减震器。

背景技术：

减震器是汽车底盘系统的重要部件，它决定了汽车行驶过程中的平顺性和操作稳定性，因此，一直以来，减震器的减震效果一直得到人们的广泛关注。1994年，随着世界上第一个商用磁流变液体材料的问世，磁流变液减震器开始逐渐走向工程应用。根据磁流变效应设计的磁流变液减震器结构紧凑、功耗低、阻尼力大、动态范围广，且阻尼力可通过调节外加磁场大小来控制，因此在汽车减震上有良好的应用前景。磁流变减震器的减震效果主要取决于其可调阻尼力的大小，而阻尼力大小是由减震器的结构参数直接决定的，因此，如何对车用磁流变减震器进行结构设计与优化，以达到较好的减震性能，是科学研究者们一直在重点关注的问题。现有的磁流变减震器，都是基于混合模式或剪切模式，虽然结构简单，但由于空间尺寸等因素的限制而导致最大阻尼出力不能得到进一步的增加，因此限制了其性能的改善。具体来说，传统磁流变减震器的阻尼通道一般是由活塞与缸筒壁之间的间隙组成，或直接在活塞上加工圆形孔形成，如图1所示，由于阻尼通道2中磁流变液的流动方向垂直于磁场方向的那一段长度才能称为有效长度，因此其实际有效长度短，从而限制了最大阻尼出力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能增加最大阻尼出力的新型汽车磁流变减震器。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽车磁流变减震器，包括了筒体，所述筒体内部中空形成有安装腔，在所述安装腔中填充有磁流变液，在所述筒体的前部和后部分别盖设有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖能将所述安装腔密封，在所述前端盖上开设有安装孔，在所述安装孔中穿设有活塞杆，所述活塞杆一端位于所述安装腔的外部，另一端为延伸端，延伸在所述安装腔的内部，在所述活塞杆的延伸端上套接有活塞，所述活塞的尺寸与所述安装腔的内径适配，所述活塞的外圈贴靠在所述安装腔的内壁上，所述活塞杆能带动所述活塞在安装腔中往复滑动，并由所述活塞将所述安装腔分隔成前腔和后腔，在所述活塞上开设有通孔，在所述活塞的端面上还形成有凹槽，在所述凹槽的槽口可拆卸地固定着挡板，在所述挡板与所述凹槽的槽底之间形成了环形间隙，在所述挡板上开设有多个圆孔，所述圆孔能连通所述后腔和所述环形间隙；沿所述活塞的外圈开设有环形的安装槽，在所述安装槽中固定着线圈。

作为本发明的优选，在所述后腔中设置了浮动活塞，所述浮动活塞在所述后腔的后部分隔出一个气腔，所述气腔中填充着高压氮气，所述浮动活塞能将所述气腔密封且能在所述后腔中往复滑动。

作为本发明的具体技术方案，所述环形间隙与所述通孔相连通。

作为本发明的改进，在所述活塞杆位于安装腔外部的一端上套设有吊环，用于拉动所述活塞杆。

作为本发明的进一步改进，在所述活塞杆中成形有通道，所述活塞中也开设了斜向通道，所述斜向通道两端分别连接着线圈和所述通道，线圈上的引线能穿过所述斜向通道与通道延伸在安装腔的外部。

作为本发明的更进一步改进，在所述吊环侧壁上开设了埋孔，所述埋孔与所述通道连通，所述引线能从所述埋孔中穿出。

作为本发明的进一步优选，所述通孔分为轴向段和径向段，所述径向段在所述活塞的外圈形成了出口，所述轴向段连通了所述径向段和所述环形间隙。

作为本发明的改进，在所述后端盖上形成了凸起部，在所述凸起部上套接有拉环。

作为本发明的优选，在所述前端盖的内壁上固定着导向套，所述活塞杆穿设在所述导向套中，在所述导向套与所述前端盖之间夹持着密封圈。

与现有技术相比，本发明的优点在于：它是一种具有新型通道的减震器，在不改变减震器的空间尺寸的前提下，增加了受到磁场作用的有效阻尼长度，从而增大了减震器的最大阻尼出力。

附图说明

图1为现有技术中传统磁流变减震器的结构示意图；

图2为本发明实施例中新型汽车磁流变减震器的结构示意图；

图3为图2的磁路示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

如附图所示，本实施例为一种汽车磁流变减震器，包括了筒体1，该筒体内部中空形成有安装腔，在安装腔中填充有磁流变液，在筒体的前部和后部分别盖设有前端盖11和后端盖12，它们是通过螺纹连接的方式固定在筒体的前部和后部，具体的，在筒体的前部和后部开设着内螺纹，在前端盖和后端盖上开设着外螺纹，可以通过内螺纹与外螺纹的配合将前端盖和后端盖拧紧在筒体上，并通过螺纹之间的咬合提升密封性，由前端盖和后端盖将安装腔密封，在前端盖上开设有安装孔111，在安装孔中穿设有活塞杆5，活塞杆一端位于安装腔的外部，另一端为延伸端51，延伸在安装腔的内部，在活塞杆的延伸端上套接有活塞4，活塞的尺寸与安装腔的内径适配，活塞的外圈贴靠在安装腔的内壁上，由该活塞将安装腔分隔成前腔6和后腔7，活塞杆能在外力的作用下带动活塞在安装腔中往复滑动，具体的，在活塞杆位于安装腔外部的一端上套接着吊环52，该吊环可以与车辆的车轴或者底盘等相连，当汽车发生振动时，可以由车轴或者底盘将振动力传递给吊环，从而向活塞杆施压，带动活塞在安装腔中往复滑动。而由于安装腔中填充着磁流变液，会对活塞的滑动造成阻力，该阻力可以消减车辆的振动力，由此达到减震的目的。

尽管活塞将安装腔分隔成了前腔和后腔，但磁流变液仍能在前腔和后腔之间流动，否则当活塞滑动时，如果磁流变液是无法流动的，会引起前腔或后腔的内压迅速上升，造成筒体内壁和活塞受到的压力迅速增大，容易引起它们的变形，造成减震器损坏。

在磁场作用下，磁流变液体表现出bingham塑性流体的特征，根据bingham塑性流体的本构方程

τ＝τy+ηγ，

得到：在混合模式工作下的磁流变减震器的阻尼力可以表示为

f＝12vη0lap²/bh³+3lapτysgn(v)/h，其中：

ap＝π(d²-d²)/4；b＝πd；η0为磁流变液的零场粘度；d为减振器筒体内径；d为活塞直径；1为阻尼通道长度；h为阻尼通道间隙，τy为与磁感应强度有关的剪切屈服应力，ap为活塞有效面积；b为等效宽度；v为活塞相对运动速度；sgn(v)为符号函数。

式中第一项为与速度大小有关的粘滞项，是不可调部分；第二项是与磁场有关的库仑项，是阻尼器的可调阻力；第二项与第一项的比值称为阻尼力可调倍数。即β＝bτyh²/4η0apv。

通常磁流变减震器的设计都要求有比较大的出力与可调倍数，根据前述的公式对磁流变减震器出力与可调倍数产生影响的主要参数包括剪切屈服应力τy、零场粘度η0以及阻尼间隙h、活塞直径d、有效长度l。剪切屈服应力τy是直接导致磁流变液产生流变特性的原因，对减震性能有着至关重要的影响，从公式可以看出，阻尼力随剪切屈服应力的增加而增大。研究表明，屈服应力与磁通密度呈正比关系，即通过改变控制电流的大小，控制磁场强度，就能改变屈服应力。零场粘度η0是影响阻尼力的另一因素，它由磁流变液本身所决定。要增大减震器的最大阻尼出力，除了增大控制电流及改变磁流变液本身特性之外，只能通过改变结构参数来实现。阻尼间隙h的三次方与阻尼力成反比，即使h的增幅很小也会使减震器的出力大大增加，因此阻尼间隙是结构设计中很重要的参数，但是由于间隙过小会造成磁流变液的阻滞，影响流动性，且增加减震器制造难度，因此不宜取太小，实际设计中一般取1～2mm。活塞直径d增大，会使减震器的阻尼出力增大，但由公式可知，它同时会减小可调阻尼倍数，另外增大直径也会增大减震器的体积。活塞有效长度1增大，对可调倍数没有影响，但会使减震器的阻尼出力变大，综上所述，对磁流变结构参数进行优化设计，设法使活塞有效长度增大，是最行之有效的方法。

传统磁流变减震器的阻尼通道一般是由活塞与筒体内壁之间的间隙组成，或直接在活塞上加工圆形孔形成，如图1所示，传统的磁流变减震器，供磁流变液流动的阻尼通道2是设置在活塞外圈与筒体内壁之间。由于阻尼通道中磁流变液的流动方向垂直于磁场方向的那一段长度才能称为有效长度，因此其实际有效长度短，从而限制了最大阻尼出力。

在发明实施例中，在活塞内部开设有通孔41，在所述活塞的端面上还形成有凹槽42，在所述凹槽的槽口通过螺钉可拆卸地固定着挡板8，挡板罩设在凹槽上并与凹槽的槽底形成了环形间隙，环形间隙与通孔相连通，具体的，通孔分为轴向段和径向段，径向段在活塞的外圈形成了出口，轴向段连通了径向段和环形间隙，在挡板上开设有多个圆孔81，圆孔能连通后腔和环形间隙，由此形成了圆孔-环形间隙-通孔这一液体流动轨迹。沿所述活塞的外圈开设有环形的安装槽43，在安装槽中固定着线圈3。

在后腔中设置了浮动活塞9，浮动活塞能在后腔的后部分隔出一个气腔71，气腔中填充着高压氮气，浮动活塞能将气腔密封且能在后腔中往复滑动，气腔起到的是一个复位的作用，在初始状态下，气腔的气压与前腔、后腔的液压形成一个动平衡，当活塞杆受到振动力向后滑动时，能带动活塞向后滑动，当活塞向后滑动时，一方面对后腔造成了挤压，使得磁流变液通过圆孔-环形间隙-通孔朝向前腔流动，另一方面也造成后腔内压增大对浮动活塞向后推动，造成气腔被挤压直至气压与液压加振动力之和形成新的动平衡；当外部振动力消失后，气压要大于液压，从而反向推动浮动活塞复位，浮动活塞挤压后腔时也对活塞造成了向前的推力，使得活塞及活塞杆也能复位。

此外，气腔还起到了一个解决空行程的问题，当磁流变液在前后腔中流动时，由于活塞杆本身具有体积，在其向内推进时活塞杆占用前腔的体积会变大，使得前后腔之间会存在着由活塞杆带来的体积差，而通过浮动活塞的滑动，可以对体积差进行弥补，解决由此带来的空行程问题。

在活塞杆中成形有通道53，活塞中也开设了斜向通道44，斜向通道两端分别连接着线圈和通道，线圈上的引线31能穿过斜向通道与通道，在吊环侧壁上开设了埋孔，埋孔与通道连通，引线能从埋孔中穿出与外部的电源相连，使得线圈能通电产生电磁场。当活塞杆往复移动时，前后腔的液压差会迫使磁流变液从一个腔经过圆孔-环形间隙-通孔进入到另一个腔，此时，圆孔-环形间隙-通孔这一阻尼通道的磁流变液的流动方向如图所示是要垂直于线圈的电磁场方向，由此对电磁场进行切割产生磁流变效应，形成阻尼力，特别是挡板与凹槽槽底之间形成的环形间隙会受到强磁场作用，从而使得阻尼出力大大增加，由于受到磁场作用的阻尼通道长度增加了，使得最大阻尼出力也大幅增加。另外，相比于直线型的阻尼通道，本实施例具有多个折弯的阻尼通道还能够减少流体的冲击效应，从而减少对减震器筒体的损伤，延长使用寿命。

此外，作为本实施例的辅助功能改动，在后端盖上形成了凸起部，在凸起部上套接有拉环121，拉环吊接在汽车中的某一固定物上，从而将整个减震器固定。在前端盖的内壁上固定着导向套111，活塞杆穿设在导向套中，由该导向套对活塞杆的进给起到方向上的限定，在导向套与前端盖之间夹持着密封圈10，该密封圈能将前端盖上的安装孔与活塞杆之间形成的间隙密封住，防止磁流变液向外泄漏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。