一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，包括环形励磁式磁极、盘形磁流变液腔体，所述的盘形磁流变液腔体安置在环形励磁式磁极内部，所述的环形励磁式磁极具有4个圆周阵列式分布的铁芯绕组，可为盘形磁流变液腔体内的磁流变液提供多级可调的工作磁场；还包括滚动螺母、滚珠丝杠、旋转盘、旋转轴承和推力轴承，所述的滚珠螺母与旋转盘固接，所述的旋转盘安装在盘形磁流变液腔体内，所述转动轴承连接盘形磁流变液腔体与滚珠螺母，保证二者的相对转动，所述的滚珠丝杠穿过滚珠螺母，配合转动轴承和推力轴承将丝杠的直线运动转化为旋转盘的旋转运动。本发明专利技术滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，具有耐久性好、可调系数高，出力高的特点。

A Rotary Magnetorheological Damper Driven by Ball Screw and Its Working Method

【技术实现步骤摘要】
一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器及其工作方法
本专利技术属于结构振动控制领域，具体涉及一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器。
技术介绍
磁流变(MR)阻尼器是利用磁流变液(磁流变液)的磁流变特性而研制的一种新型智能振动控制装置，它具有响应迅速、耗能低、阻尼力连续可调、成本适中、容错性好等优点，目前已广泛运用于土木工程、航天航空、汽车悬架等领域的智能减振控制。已存在的磁流变阻尼器中，根据磁流变液的受力状态和流动特点，MR液阻尼器可分为阀式、剪切式和剪切阀式。目前最常用的形式是剪切阀式MR阻尼器，其封闭磁流变液的腔体以活塞为界可分为压缩腔和膨胀腔，其阻尼器出力来自于强大压差下磁流变液流过工作通道而产生的阻力。在实际半主动控制研究和工程应用中发现，在巨大压差下磁流变液的清液有可能会从出力杆外围的液封环处渗出，外界空气也会进入阻尼器腔体内。磁流变液中的清液的流失使得其流动性变差、甚至固结，使得MR阻尼器的可调系数大幅降低，从而失去其作为智能振动控制装置的优越性，另外，空气的进入会造成颈缩现象，降低阻尼器的耗能效果。分析此剪切阀式阻尼器的出力可知，剪切阀式MR阻尼器兼有剪切和阀式两种力的成分，而阀式出力占主要部分。结合已有研究结果可知，相同条件下剪切式出力比阀式出力的可调系数高数倍(约为)，故剪切式MR阻尼器更能发挥磁流变液的可调性能，但是由于一般的剪切式MR阻尼器最大出力较小，未能广泛推广。本专利技术提出的滚珠丝杠传动的旋转剪切式MR阻尼器，其磁流变液无压差的工作环境规避了液封失效问题，提高了MR阻尼器的耐久性，降低维修成本。并且利用滚珠丝杠的力的放大效果使得旋转剪切式MR阻尼器兼顾可调性好、最大出力高的特性。通过选配不同标号的磁流变液和不同传动比的滚珠丝杠可以适用于多种结构的半主动控制。此专利技术结构紧凑、耐久性好、适用范围广泛，因此极具工程应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在的问题，提供一种能够充分发挥磁流变液可变性能的，稳定可靠、耐久性好的滚珠丝杠传动的MR阻尼器。该磁流变阻尼器改变了传统的磁流变阻尼器的工作方式，通过滚珠丝杠传动机构将结构的平动位移转化为旋转盘的转动，励磁线圈及磁轭包裹在盘形磁流变液腔体外部，以提供有效的磁感应强度，从而保证阻尼器的最大出力和可调系数。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，包括：阻尼器外壳，阻尼器外壳具有中空内腔，中空内腔中设有环形励磁式磁极；盘形磁流变液腔体，设置在所述环形励磁式磁极的内部，盘形磁流变液腔体内充满磁流变液；所述的阻尼器外壳，环形励磁式磁极和盘形磁流变液腔体三者之间相对固接；一旋转盘，设置在充满磁流变液的盘形磁流变液腔体内，旋转盘法向平行于环形励磁式磁极主磁场的磁力线方向；一滚珠丝杆，滚珠丝杆一端穿过阻尼器外壳的轴心后位于中空内腔内部，另一端延伸至阻尼器外壳外部设置，位于中空内腔内部的滚珠丝杆上配合连接有滚珠螺母，所述滚珠螺母与所述旋转盘之间固定连接；盘形磁流变液腔体的轴孔和滚珠螺母的外壁之间设有一对带液封环的转动轴承；所述转动轴承外侧设置有一对顶推轴承；滚珠丝杆沿轴心作直线挤压运动转化为旋转盘在盘形磁流变液腔体的转动。所述环形环形励磁式磁极由电工纯铁制成，两磁极之间贯通的铁芯部分配合周围的绕组线圈发挥励磁作用，环形环形励磁式磁极的一周有4个铁芯和绕组组合均匀分布，平行的两磁极作为磁轭用来引导磁路。所述励环形磁式磁极和盘形磁流变液腔体均由多个分体单元装配而成。所述旋转盘上设有均匀布置的孔。还包括两个出力杆，分别是第一出力杆和第二出力杆，其中，第一出力杆与伸出阻尼器外壳的滚珠丝杆一端连接，第二出力杆与滚珠丝杆另一端相邻的阻尼器外壳连接，第二出力杆具有中空导向腔，所述中空导向腔为滚珠丝杠提供运动空间。本专利技术一种基于所述滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器的工作方法，当第一出力杆发生直线运动时，滚珠丝杠随之发生运动，滚珠螺母和推力轴承配合工作，将滚珠丝杠的直线运动转换为旋转盘的转动，当旋转盘在盘形磁流变液腔体内部发生旋转运动时会剪切两侧的磁流变液，旋转盘受到沿自身平面法向法向的阻力矩，此力矩沿滚珠螺母和滚轴丝杠传递到出力杆。所述出力杆的出力F由以下公式获得：F＝(Tτ+Tη)·n式中，Tτ表示磁流变液剪切屈服应力产生的力矩，Tη表示磁流变液粘度产生的力矩，n表示滚珠丝杠机构的传动比。所述表示磁流变液剪切屈服应力产生的力矩Tτ和表示磁流变液粘度产生的力矩Tη分别由以下公式获得：式中，D表示旋转盘的外径，d表示旋转盘的内径，τy表示磁流变液的剪切屈服强度，v表示阻尼器出力杆的平动速度，η表示磁流变液的粘度，h表示旋转盘距盘形磁流变液腔体的净距，x表示旋转盘上某一点距离盘中心的距离。本专利技术的有益性在于：1.旋转剪切式MR阻尼器本质上是一种无压差的阻尼器，盘形磁流变液腔体内部不会产生高于或低于外界大气压的情况，大大提高了阻尼器的耐久性，降低了维修成本；配合滚珠丝杠传动机构，弥补了传统剪切式MR阻尼器出力较小的缺点，使得该专利技术兼具可调性好，出力高的优点。2.本专利技术提出的环形励磁式磁极工作磁路简单，多铁芯和绕组组合配合多种控制策略可以达到更高的可调节性，以满足各种结构半主动震(振)动控制的需求。3.本专利技术中，通过改变滚珠丝杠的传动系数，可以改变磁流变阻尼器的最大出力。4.本专利技术结构紧凑，可操作性强，适用范围广泛，极具工程应用前景。附图说明图1为本专利技术滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器外观示意图；其中，5、滚珠丝杆；8、阻尼器外壳；9a、第一出力杆；9b、第二出力杆；图2为本专利技术滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器内部示意图；其中，1、环形励磁式磁极；2、盘形磁流变液腔体；6、转动轴承；7、推力轴承；8、阻尼器外壳；图3为本专利技术滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器分解示意图；其中，3、旋转盘；4、滚珠螺母；图4为本专利技术滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器环形励磁式磁极示意图。其中，1a、绕组线圈；1b、磁轭。图5为本专利技术磁极磁场示意图；图6为本专利技术安装示意图；其中，10、斜拉桥拉索；11、阻尼器。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1～4所示，本专利技术一种滚珠丝杠传动的旋转式MR阻尼器，包括环形励磁式磁极1，盘形磁流变液腔体2，旋转盘3，滚珠螺母4，滚珠丝杠5，转动轴承6，推力轴承7，阻尼器外壳8，出力杆9，1a为绕组线圈，1b为磁轭，滚珠丝杠5穿过转动轴承6，而旋转盘3固接于滚珠轴承5，第一出力杆9a于滚珠丝杠连接，第二出力杆9b与阻尼器外壁连接。当第一出力杆9a发生直线运动时，滚珠丝杠5随之发生运动，滚珠螺母4和推力轴承7配合工作，将滚珠丝杠5的直线运动转换为旋转盘3的转动，当旋转盘3在盘形磁流变液腔体2内部发生旋转运动时会剪切两侧的磁流变液，旋转盘3受到沿自身平面法向法向的阻力矩，此力矩沿滚珠螺母4和滚轴丝杠5传递到出力杆9。本专利技术一种滚珠丝杠传动的旋转式MR阻尼器，分析阻尼器的出力F＝(Tτ+Tη)·nTτ表示磁流变液剪切屈服应力产生的力矩，Tη表示磁流变液粘度产生的力矩，n表示滚珠丝杠机构的传动比。D表示旋转盘的外径，d表示旋转盘的内径，τy表示磁流变液的剪切屈服强度，v表示阻尼器出力杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：包括：阻尼器外壳，阻尼器外壳具有中空内腔，中空内腔中设有环形励磁式磁极；盘形磁流变液腔体，设置在所述环形励磁式磁极的内部，盘形磁流变液腔体内充满磁流变液；所述的阻尼器外壳，环形励磁式磁极和盘形磁流变液腔体三者之间相对固接；一旋转盘，设置在充满磁流变液的盘形磁流变液腔体内，旋转盘法向平行于环形励磁式磁极主磁场的磁力线方向；一滚珠丝杆，滚珠丝杆一端穿过阻尼器外壳的轴心后位于中空内腔内部，另一端延伸至阻尼器外壳外部设置，位于中空内腔内部的滚珠丝杆上配合连接有滚珠螺母，所述滚珠螺母与所述旋转盘之间固定连接；盘形磁流变液腔体的轴孔和滚珠螺母的外壁之间设有一对带液封环的转动轴承；所述转动轴承外侧设置有一对顶推轴承；滚珠丝杆沿轴心作直线挤压运动转化为旋转盘在盘形磁流变液腔体的转动。

【技术特征摘要】
1.一种滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：包括：阻尼器外壳，阻尼器外壳具有中空内腔，中空内腔中设有环形励磁式磁极；盘形磁流变液腔体，设置在所述环形励磁式磁极的内部，盘形磁流变液腔体内充满磁流变液；所述的阻尼器外壳，环形励磁式磁极和盘形磁流变液腔体三者之间相对固接；一旋转盘，设置在充满磁流变液的盘形磁流变液腔体内，旋转盘法向平行于环形励磁式磁极主磁场的磁力线方向；一滚珠丝杆，滚珠丝杆一端穿过阻尼器外壳的轴心后位于中空内腔内部，另一端延伸至阻尼器外壳外部设置，位于中空内腔内部的滚珠丝杆上配合连接有滚珠螺母，所述滚珠螺母与所述旋转盘之间固定连接；盘形磁流变液腔体的轴孔和滚珠螺母的外壁之间设有一对带液封环的转动轴承；所述转动轴承外侧设置有一对顶推轴承；滚珠丝杆沿轴心作直线挤压运动转化为旋转盘在盘形磁流变液腔体的转动。2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述环形环形励磁式磁极由电工纯铁制成，两磁极之间贯通的铁芯部分配合周围的绕组线圈发挥励磁作用，环形环形励磁式磁极的一周有4个铁芯和绕组组合均匀分布，平行的两磁极作为磁轭用来引导磁路。3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述励环形磁式磁极和盘形磁流变液腔体均由多个分体单元装配而成。4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠传动的旋转式磁流变阻尼器，其特征在于：所述旋转盘上设有均匀布置的孔。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐赵东，许艳伟，赵玉亮，杨杨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32