本发明专利技术公开了一种磁流变惯容装置及其惯容系数的连续调节方法，该装置是由磁流变惯容器和力补偿机构组成；磁流变惯容器由滚珠丝杆、螺母、飞轮、飞轮外壳、第一线圈、第一密封圈、第二密封圈、第一轴承、第二轴承、上端盖、下端盖和第一磁流变液组成；力补偿机构由磁流变阻尼器和运动转换器组成；磁流变阻尼器由活塞杆、活塞、第二线圈、活塞外壳、气囊、第一端盖、第二端盖、第二磁流变液、第一铜环、第二铜环、骨架油封和密封圈组成；运动转换器由第一齿条、第二齿条和齿轮组成。本发明专利技术采用力补偿机构可以使磁流变惯容器两端产生的力始终与其两端的相对加速度成正比，从而实现惯容系数的连续调节。
【技术实现步骤摘要】
一种磁流变惯容装置及其惯容系数的连续调节方法
本专利技术涉及一种惯容装置，特别是一种磁流变惯容装置及其惯容系数的连续调节方法。技术背景缓解生产与生活中不必要的振动始终是研究人员不断努力的方向，惯容器作为一种新型的减振元件，于2003年被首次提出。惯容器是一种两端可移动的质量元件，产生的力与其两端的相对加速度成正比，比例系数称为惯容系数，单位是千克。惯容器可以以自身很小的质量来模拟较大的“虚质量”，较之于传统质量元件，更小的结构尺寸与质量让其更有利于工程应用。2005年，惯容器首先被应用在F1赛车上，提高了赛车的操纵性和轮胎抓地性能。2006年，一种包含惯容器的转向补偿装置被应用在高性能摩托车上，改善了摩托车的转向性能。此后，惯容器的应用研究还涉及列车悬架、汽车悬架、建筑与桥梁等领域。由于惯容系数无法调节，被动式惯容器的减振频带较窄，在一定程度上阻碍了惯容器性能的进一步提升。为实现惯容系数的调节，研究人员提出了一种机械式可调惯容器，通过调节质量块的位置来改变飞轮的转动惯量，从而实现惯容系数的调节。此外，一种液压式可调惯容器被提出，通过控制液压阀门来分级调节惯容系数。虽然二者都实现了惯容系数的调节，但前者的调节速度较慢，而后者无法实现连续调节，从而导致惯容器的性能有限。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种磁流变惯容装置及其惯容系数的连续调节方法，以期能实现惯容系数在大范围内的迅速调节，从而提升惯容器的性能。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种磁流变惯容装置的特点在于：是由磁流变惯容器和力补偿机构组成；所述磁流变惯容器由滚珠丝杆、螺母、飞轮、飞轮外壳、第一线圈、第一密封圈、第二密封圈、第一轴承、第二轴承、上端盖、下端盖和第一磁流变液组成；所述滚珠丝杆上通过所述螺母固定有所述飞轮，且所述飞轮和所述螺母为同轴固定；所述飞轮的上端面和下端面分别设置有所述第一轴承和第二轴承；且所述第一轴承和第二轴承分别与所述上端盖和下端盖同轴装配，用于对所述飞轮的轴向移动形成限位结构；在保证飞轮旋转的同时限制了飞轮的轴向移动；在所述飞轮的外侧设置有所述飞轮外壳，在所述飞轮外壳的内侧T形槽中缠绕有所述第一线圈；在所述飞轮外壳与所述飞轮上端的外侧间隙中设置有所述第一密封圈，在所述飞轮外壳与所述下端盖之间设置有所述第二密封圈，以所述飞轮外壳与所述飞轮之间，以及所述第一密封圈和第二密封圈之间形成环形密闭腔，在所述环形密闭腔中充满有第一磁流变液；所述飞轮外壳与上端盖和下端盖同轴固定；所述力补偿机构是由磁流变阻尼器和运动转换器组成；所述磁流变阻尼器是由活塞杆、活塞、第二线圈、活塞外壳、气囊、第一端盖、第二端盖、第二磁流变液、第一铜环、第二铜环、骨架油封和密封圈组成；所述活塞杆与活塞同轴固定；所述第二线圈经过所述活塞杆的内部通孔并缠绕于所述活塞的环形槽中；在所述活塞杆的外侧设置有所述活塞外壳；使活塞与活塞外壳始终保持同轴；在所述活塞外壳的底部设置有所述气囊；用于补偿活塞杆进出活塞外壳过程中产生的体积变化；在所述活塞外壳的顶部设置有所述第一端盖；在所述活塞杆的顶部设置有所述第二端盖，且在所述第二端盖与所述活塞外壳之间设置有密封圈；保证活塞外壳内部的密封性；在所述第一端盖的的中心设置有所述第一铜环，在所述第二端盖的中心设置有所述第二铜环，且所述第一铜环和第二铜环分别与活塞杆同轴装配，在第一铜环与第二铜环之间设置有所述骨架油封；并与活塞杆同轴装配，避免磁流变液的泄露；在所述活塞外壳与所述活塞杆之间，以及所述第二端盖与所述气囊之间形成密封腔，并在所述密封腔中充满有第二磁流变液；所述活塞杆的一端通过连接件与所述磁流变惯容器中滚珠丝杆的一端固连；所述运动转换器是由第一齿条、第二齿条和齿轮组成；所述第一齿条的一端与磁流变阻尼器的活塞外壳的底部固连；所述第二齿条的一端与磁流变惯容器的下端盖的一侧固连，在第一齿条和第二齿条之间设置有所述齿轮。本专利技术所述的磁流变惯容装置的惯容系数的连续调节方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、在所述磁流变惯容器两端的滚珠丝杆和下端盖上施加位移激励，使得所述滚珠丝杆带动飞轮旋转，并在所述磁流变惯容器的两端产生与相对加速度成正比的作用力，从而根据所述作用力得到相应的惯容系数；步骤2、改变所述磁流变惯容器中第一线圈的电流，使得第一磁流变液的粘度发生变化，从而使得所述磁流变惯容器的两端产生与激励速度的正相关阻尼力；步骤3、调节磁流变惯容器中第二线圈的电流，得第二磁流变液的粘度发生变化，从而使得所述磁流变惯容器的两端产生与速度相关的阻尼力；步骤4、所述下端盖在位移激励的作用下，带动第二齿条移动并在齿轮的转动下使得第一齿条与第二齿条反向移动，从而使得所述活塞杆与活塞外壳之间相对移动，同时磁流变阻尼器产生与激励速度的反相关阻尼力，并通过连接件和第二齿条作用于所述磁流变惯容器的两端；步骤5、通过调节所述正相关阻尼力和反相关阻尼力的大小，使得所述磁流变惯容器两端的作用力始终与其两端的相对加速度成正比，从而实现惯容系数的连续调节。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1.本专利技术利用磁流变效应，通过调节线圈中的电流，使惯容器两端所产生的力始终与其两端的相对加速度成正比，实现了惯容系数的大范围、连续调节，克服了传统惯容器由于惯容系数无法调节所导致的减振频带较窄的缺陷，进一步提升了惯容器的性能；2.本专利技术基于磁流变效应来调节惯容器两端所产生的力，具有响应迅速的特点；3.本专利技术中磁流变惯容器的磁流变液工作于纯剪切模式下，大大减少了磁流变液的使用量，使制造成本下降；4.本专利技术结构相对简单、体积较小、耗能少，更有利于工程应用。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的总体结构示意图；图2为本专利技术中磁流变惯容器的三维示意图；图3为本专利技术中磁流变惯容器的纵截面示意图；图4为本专利技术中磁流变惯容器的横截面示意图；图5为本专利技术中磁流变阻尼器的三维示意图；图6为本专利技术中磁流变阻尼器的纵截面示意图。图7为本专利技术在相对正弦位移激励下的惯容系数调节实施例图；图中标号：1滚珠丝杆，2第一轴承，3螺母，4飞轮外壳，5第一线圈，6第一密封圈，7上端盖，8第二密封圈，9飞轮，10第一磁流变液，11第二轴承，12下端盖，13第一端盖，14第二端盖，15活塞外壳，16活塞，17第二线圈，18气囊，19第一铜环，20骨架油封，21密封圈，22第二铜环，23活塞杆，24第一齿条，25第二齿条，26齿轮，27连接件，28第二磁流变液。具体实施方式如图1所示，一种磁流变惯容装置是由磁流变惯容器和力补偿机构组成；如图2、图3和图4所示，磁流变惯容器由滚珠丝杆1、螺母3、飞轮9、飞轮外壳4、第一线圈5、第一密封圈6、第二密封圈8、第一轴承2、第二轴承11、上端盖7、下端盖12和第一磁流变液10组成；滚珠丝杆1上通过螺母3固定有飞轮9，且飞轮9和螺母3为同轴固定；飞轮9的上端面和下端面分别设置有第一轴承2和第二轴承11；且第一轴承2和第二轴承11分别与上端盖7和下端盖12同轴装配，用于对飞轮9的轴向移动形成限位结构；在保证飞轮9旋转的同时限制了飞轮9的轴向移动；在飞轮9的外侧设置有飞轮外壳4，在飞轮外壳4的内侧T形槽中缠绕有第一线圈5；在飞轮外壳4与飞轮9上端的外侧间隙中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁流变惯容装置：其特征在于：是由磁流变惯容器和力补偿机构组成；所述磁流变惯容器由滚珠丝杆(1)、螺母(3)、飞轮(9)、飞轮外壳(4)、第一线圈(5)、第一密封圈(6)、第二密封圈(8)、第一轴承(2)、第二轴承(11)、上端盖(7)、下端盖(12)和第一磁流变液(10)组成；所述滚珠丝杆(1)上通过所述螺母(3)固定有所述飞轮(9)，且所述飞轮(9)和所述螺母(3)为同轴固定；所述飞轮(9)的上端面和下端面分别设置有所述第一轴承(2)和第二轴承(11)；且所述第一轴承(2)和第二轴承(11)分别与所述上端盖(7)和下端盖(12)同轴装配，用于对所述飞轮(9)的轴向移动形成限位结构；在保证飞轮(9)旋转的同时限制了飞轮(9)的轴向移动；在所述飞轮(9)的外侧设置有所述飞轮外壳(4)，在所述飞轮外壳(4)的内侧T形槽中缠绕有所述第一线圈(5)；在所述飞轮外壳(4)与所述飞轮(9)上端的外侧间隙中设置有所述第一密封圈(6)，在所述飞轮外壳(4)与所述下端盖(12)之间设置有所述第二密封圈(8)，以所述飞轮外壳(4)与所述飞轮(9)之间，以及所述第一密封圈(6)和第二密封圈(8)之间形成环形密闭腔，在所述环形密闭腔中充满有第一磁流变液(10)；所述飞轮外壳(4)与上端盖(7)和下端盖(12)同轴固定；所述力补偿机构是由磁流变阻尼器和运动转换器组成；所述磁流变阻尼器是由活塞杆(23)、活塞(16)、第二线圈(17)、活塞外壳(15)、气囊(18)、第一端盖(13)、第二端盖(14)、第二磁流变液(28)、第一铜环(19)、第二铜环(22)、骨架油封(20)和密封圈(21)组成；所述活塞杆(23)与活塞(16)同轴固定；所述第二线圈(17)经过所述活塞杆(23)的内部通孔并缠绕于所述活塞(16)的环形槽中；在所述活塞杆(23)的外侧设置有所述活塞外壳(15)；使活塞(16)与活塞外壳(15)始终保持同轴；在所述活塞外壳(15)的底部设置有所述气囊(18)；用于补偿活塞杆(23)进出活塞外壳(15)过程中产生的体积变化；在所述活塞外壳(15)的顶部设置有所述第一端盖(13)；在所述活塞杆(23)的顶部设置有所述第二端盖(14)，且在所述第二端盖(14)与所述活塞外壳(15)之间设置有密封圈(21)；保证活塞外壳(15)内部的密封性；在所述第一端盖(13)的的中心设置有所述第一铜环(19)，在所述第二端盖(14)的中心设置有所述第二铜环(22)，且所述第一铜环(19)和第二铜环(22)分别与活塞杆(23)同轴装配，在第一铜环(19)与第二铜环(22)之间设置有所述骨架油封(20)；并与活塞杆(23)同轴装配，避免磁流变液(28)的泄露；在所述活塞外壳(15)与所述活塞杆(23)之间，以及所述第二端盖(14)与所述气囊(18)之间形成密封腔，并在所述密封腔中充满有第二磁流变液(28)；所述活塞杆(23)的一端通过连接件(27)与所述磁流变惯容器中滚珠丝杆(1)的一端固连；所述运动转换器是由第一齿条(24)、第二齿条(25)和齿轮(26)组成；所述第一齿条(24)的一端与磁流变阻尼器的活塞外壳(15)的底部固连；所述第二齿条(25)的一端与磁流变惯容器的下端盖(12)的一侧固连，在第一齿条(24)和第二齿条(25)之间设置有所述齿轮(26)。...
【技术特征摘要】
1.一种磁流变惯容装置：其特征在于：是由磁流变惯容器和力补偿机构组成；所述磁流变惯容器由滚珠丝杆(1)、螺母(3)、飞轮(9)、飞轮外壳(4)、第一线圈(5)、第一密封圈(6)、第二密封圈(8)、第一轴承(2)、第二轴承(11)、上端盖(7)、下端盖(12)和第一磁流变液(10)组成；所述滚珠丝杆(1)上通过所述螺母(3)固定有所述飞轮(9)，且所述飞轮(9)和所述螺母(3)为同轴固定；所述飞轮(9)的上端面和下端面分别设置有所述第一轴承(2)和第二轴承(11)；且所述第一轴承(2)和第二轴承(11)分别与所述上端盖(7)和下端盖(12)同轴装配，用于对所述飞轮(9)的轴向移动形成限位结构；在保证飞轮(9)旋转的同时限制了飞轮(9)的轴向移动；在所述飞轮(9)的外侧设置有所述飞轮外壳(4)，在所述飞轮外壳(4)的内侧T形槽中缠绕有所述第一线圈(5)；在所述飞轮外壳(4)与所述飞轮(9)上端的外侧间隙中设置有所述第一密封圈(6)，在所述飞轮外壳(4)与所述下端盖(12)之间设置有所述第二密封圈(8)，以所述飞轮外壳(4)与所述飞轮(9)之间，以及所述第一密封圈(6)和第二密封圈(8)之间形成环形密闭腔，在所述环形密闭腔中充满有第一磁流变液(10)；所述飞轮外壳(4)与上端盖(7)和下端盖(12)同轴固定；所述力补偿机构是由磁流变阻尼器和运动转换器组成；所述磁流变阻尼器是由活塞杆(23)、活塞(16)、第二线圈(17)、活塞外壳(15)、气囊(18)、第一端盖(13)、第二端盖(14)、第二磁流变液(28)、第一铜环(19)、第二铜环(22)、骨架油封(20)和密封圈(21)组成；所述活塞杆(23)与活塞(16)同轴固定；所述第二线圈(17)经过所述活塞杆(23)的内部通孔并缠绕于所述活塞(16)的环形槽中；在所述活塞杆(23)的外侧设置有所述活塞外壳(15)；使活塞(16)与活塞外壳(15)始终保持同轴；在所述活塞外壳(15)的底部设置有所述气囊(18)；用于补偿活塞杆(23)进出活塞外壳(15)过程中产生的体积变化；在所述活塞外壳(15)的顶部设置有所述第一端盖(13)；在所述活塞杆(23)的顶部设置有所述第二端盖(14)，且在所述第二端盖(14)与所述活塞外壳(15)之间设置有密封圈(...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟伟民，白先旭，祝安定，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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