阅读说明：本技术 一种吸盘式磁流变阻尼系统及方法 (Sucker type magnetorheological damping system and method ) 是由 陈冰 杨宝通 牛智炀 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种吸盘式磁流变阻尼系统及方法,属于阻尼器领域；阻尼系统包括吸盘组件、磁流变阻尼组件、支撑组件、控制器和连接组件；所述吸盘组件、磁流变阻尼组件和支撑组件依次同轴安装,并通过连接组件与控制器连接；所述控制器用于对阻尼系统各部件进行驱动,并对所述吸盘组件采集的信号进行采集处理,所述连接组件包括电机驱动线、线圈驱动线、负压泵驱动线、传感器线以及负压软管；采用磁流变液旁路的设计,结合大气压强以及压电传感器的力感知功能,避免了传统磁流变阻尼器的密封件与轴或孔之间的相对运动,从而降低了磁流变阻尼器的始终存在的不可控摩擦力,使得磁流变阻尼器的可控阻尼力的下限降低,提高了磁流变阻尼器的可控范围。(the invention provides a sucker type magnetorheological damping system and method, belonging to the field of dampers; the damping system comprises a sucker component, a magnetorheological damping component, a supporting component, a controller and a connecting component; the sucker assembly, the magnetorheological damping assembly and the support assembly are sequentially and coaxially arranged and are connected with the controller through the connecting assembly; the controller is used for driving all parts of the damping system and collecting and processing signals collected by the sucker assembly, and the connecting assembly comprises a motor driving wire, a coil driving wire, a negative pressure pump driving wire, a sensor wire and a negative pressure hose; by adopting the design of the magnetorheological fluid bypass, the atmospheric pressure and the force sensing function of the piezoelectric sensor are combined, and the relative motion between a sealing element and a shaft or a hole of the traditional magnetorheological damper is avoided, so that the always existing uncontrollable friction force of the magnetorheological damper is reduced, the lower limit of the controllable damping force of the magnetorheological damper is reduced, and the controllable range of the magnetorheological damper is improved.)

一种吸盘式磁流变阻尼系统及方法

技术领域

本发明属于阻尼器领域，具体涉及一种吸盘式磁流变阻尼系统及方法，适用于不破坏被减振目标表面完整性的减振场景。

背景技术

磁流变阻尼器已经被广泛应用到各行各业的减震、隔振等场景，这些场景采用螺栓、焊接等方式将磁流变阻尼器与被减振件连接。但是，在一些特殊的场合例如：大型蒙皮、具有复杂曲面特征的叶片、机匣等零件在加工工程中需要采用阻尼器对其进行振动抑制，但是像此类零件无法采用上述的方式实现磁流变阻尼器与被减振件的稳定连接。此外，由于磁流变阻尼器密封的设计导致摩擦力较大，从而磁流变液无法产生比较小的阻尼力，使得磁流变阻尼器的阻尼力可控范围缩小。

专利文献CN102278410一种无需外接电源的磁流变减振器，该减震器采用密封塞子进行密封，这种密封方式通过孔轴之间安装活塞环等零件来实现，其密封的原理是孔或轴与活塞环间相对摩擦，这种方式导致的效果为较大摩擦力的产生。此外此种阻尼器采用耳环的设计是难以与曲面件进行无伤连接。

专利文献CN 103148157多级挤压式磁流变阻尼器，该减震器采用密封圈密封，同样具有上述缺陷。

综上，本发明采用集成压电传感器的吸盘设计，解决了阻尼器与曲面件无伤连接问题；采用弹性材料的密封碗以及管状轴的设计实现了磁流变阻尼器密封问题的创新解决，同时，使得磁流变阻尼器的阻尼力可控范围变大。此外，针对本发明的吸盘式磁流变阻尼器设计了控制器的控制流程。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种吸盘式磁流变阻尼系统及方法，具体针对现有磁流变阻尼器的摩擦力大、密封性差、可控范围受限以及无法对没有连接副的物件进行可靠连接的场景。采用磁流变液旁路的设计，结合大气压强以及压电传感器的力感知功能，避免了传统磁流变阻尼器的密封件与轴或孔之间的相对运动，从而降低了磁流变阻尼器的始终存在的不可控摩擦力，使得磁流变阻尼器的可控阻尼力的下限降低，提高了磁流变阻尼器的可控范围。

本发明的技术方案是：一种吸盘式磁流变阻尼系统，其特征在于：包括吸盘组件、磁流变阻尼组件、支撑组件、控制器和连接组件；所述吸盘组件、磁流变阻尼组件和支撑组件依次同轴安装，并通过连接组件与控制器连接；所述控制器用于对阻尼系统各部件进行驱动，并对所述吸盘组件采集的信号进行采集处理，所述连接组件包括电机驱动线、线圈驱动线、负压泵驱动线、传感器线以及负压软管；

所述吸盘组件包括吸盘、吸盘座、压电传感器和负压泵；所述吸盘座为圆柱状结构，其上端面中心处开有盲孔，下端面中心处开有螺纹盲孔，侧壁设置有凸台，在所述凸台上开孔与上端面的盲孔连通用于与所述负压软管密封连接；所述吸盘的收敛口同轴密封套装于所述吸盘座上端，三个所述压电传感器沿周向均布与所述吸盘座的上端面；所述压电传感器通过传感器线与控制器连接，所述负压泵通过负压软管与所述吸盘内连通，控制器通过负压泵驱动线与负压泵连接，控制负压的通断；

所述磁流变阻尼组件包括轴、上端盖、下端盖、上缸体、下缸体、上阻尼盘、下阻尼盘、上垫圈、下垫圈、上密封碗、下密封碗、上导向套、下导向套、柱塞以及线圈；所述上缸体和下缸体为等径的中空圆柱状结构，通过上缸体下端的外螺纹与下缸体上端的内螺纹配合同轴安装为缸体；所述缸体的两开口端分别通过上端盖和下端盖封闭，所述上端盖和下端盖中心处均开有通孔，分别同轴安装有上导向套和下导向套；所述轴依次穿过上导向套和下导向套，轴向贯穿于所述缸体，并与上导向套和下导向套为间隙配合；所述上缸体的内表面设置有环状阶梯凸台，朝向所述上端盖的台阶面与上端盖的下表面设置的环状凸台配合将所述上密封碗同轴夹紧固定；所述上密封碗为弹性材料的环形部件，其内孔与所述轴为过盈配合；所述上缸体内朝向下端盖的环状凸台内孔与所述轴为间隙配合；所述下缸体与上缸体的内部结构对称，所述下密封碗与上密封碗的安装位置对称；在所述上缸体和下缸体之间的空腔内同轴安装有所述线圈，所述线圈为环状结构，其两端分别通过所述上垫圈和下垫圈与所述上缸体和下缸体内的环状阶梯面密封安装，所述线圈外周面与所述缸体内表面为过盈配合，并通过线圈驱动线与控制器连接；所述上阻尼盘和下阻尼盘为结构相同的环状结构，同轴固定于所述线圈的内周面，所述上阻尼盘和下阻尼盘的安装面贴合，并通过所述上垫圈和下垫圈压紧，防治磁流变液污染到线圈；所述上阻尼盘和下阻尼盘的内周面上设置有环状凸台，与所述轴为间隙配合；所述轴为一端封闭的中空管状结构，周面上设置的环状凸台位于上阻尼盘和下阻尼盘之间的空腔内；所述轴的封闭端通过螺纹与所述吸盘座的螺纹盲孔配合安装，开口端通过所述柱塞封闭；所述轴的管壁上开有多个通孔，分别位于上密封碗和上阻尼盘之间以及下密封碗和下阻尼盘之间，使得两个空间内的磁流变液能够相互流通；

所述支撑组件包括：第一支座、第二支座、直线电机、支座螺钉、电机轴螺钉和卡箍；所述卡箍固定安装于所述缸体的外周面中心处；所述第一支座和第二支座均为U型架结构，所述第二支座底端中心处通过所述电机轴螺钉与所述直线电机的伸缩轴同轴固定安装，所述直线电机通过电机驱动线与控制器连接；所述第一支座与第二支座呈十字交错构成万向节结构，第一支座底端通过支座螺钉与所述第二支座上端的两个凸耳安装，所述第一支座上端的两个凸耳通过支座螺钉与卡箍安装，将所述磁流变阻尼组件安装于所述第一支座两个凸耳之间；通过调整各支座螺钉的松紧状态，能够分别调整所述磁流变阻尼组件和第一支座的转动或固定状态。

本发明的进一步技术方案是：所述的上缸体和下缸体为导磁材料，上阻尼盘、下阻尼盘和轴为非导磁材料，上垫圈和下垫圈为环状弹性材料。

本发明的进一步技术方案是：所述吸盘的扩张口处为海绵材料，其余为橡胶材料。

本发明的进一步技术方案是：所述上密封碗与下密封碗结构相同，其中心孔与外缘之间的部分为波浪状，用于提高上、下密封碗的轴向的可变距离。

本发明的进一步技术方案是：所述上垫圈和下垫圈的内径与所述上阻尼盘和下阻尼盘的内径相同。

本发明的进一步技术方案是：所述上缸体和下缸体的外周面上平行设置有环状凸台，将所述卡箍安装于其之间。

本发明的进一步技术方案是：所述上缸体内的上端与所述上密封碗构成第一空间，下端与所述上阻尼盘的上表面构成第二空间；所述下缸体内的下端与所述下密封碗构成第六空间，上端与所述下阻尼盘的下表面构成第五空间；所述轴的环状凸台与上阻尼盘下表面、下阻尼盘上表面分别构成第三空间和第四空间；所述轴的管壁的上开有多个通孔分别与第一空间第六空间连通，从而处于第一空间、第二空间与第五空间、第六空间的磁流变液可以相互流通。

一种吸盘式磁流变阻尼系统的控制方法，其特征在于步骤如下：

初始状态：待减振件处于所述吸盘的上侧，所述直线电机的伸缩轴未伸出，所述支座螺钉未拧紧；

步骤一：所述控制器对三个所述压电传感器的电信号进行采集，并转换为受力值；

步骤二：所述控制器驱动直线电机使得直线电机的伸缩轴伸出设定距离；

步骤三：所述控制器判断三个压电传感器反映的受力值是否两两相差在初始设定范围以内；若是，则驱动负压泵工作，从而在吸盘的作用下确保三个压电传感器与待减振件接触，控制器对直线电机当前的位置进行保持，此时，人工对支座螺钉进行拧紧；若否，跳转至步骤二；

步骤四：控制器驱动线圈工作；

步骤五：间隔设定时间检测压电传感器信号，当压电传感器反映的受力值小于设定值时发出警报，并停止驱动线圈工作，否则控制器继续驱动线圈工作。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1)磁流变阻尼器采用海绵和橡胶结合的吸盘与被减振件进行连接，对待连接件的表面不会造成损伤，吸盘组件集成压电传感器可以实时反映阻尼器与待减振件的连接情况。

2)通过管状轴的设计构成了磁流变液流通旁路，再配合上密封碗和下密封碗的设计，由于避免了传统磁流变阻尼器密封件与活塞轴存在相对运动的缺陷，使得磁流变液被完全密封且不会导致过大的摩擦力产生；并且，提高了磁流变阻尼器的可控范围；上密封碗和下密封碗的中心孔与外缘之间设计为波浪状特征，所述波浪状特征作用为使得密封碗的轴向的可变距离提高。

3)第一支座和第二支座构成万向节结构，提高了磁流变阻尼器对一般曲面的适应性。

4)通过压电传感器的采用构成了磁流变控制器的闭环，实现了接触可靠性的检测和阻尼力的实时测量。

附图说明

图1是本发明的总体模型的轴测图；

图2是本发明的控制器工作流程图；

图3是本发明的吸盘组件、磁流变阻尼组件和支撑组件的三维模型图；

图4是本发明的吸盘组件的三维轴测图；

图5是本发明的吸盘组件剖视图；

图6是本发明的磁流变阻尼组件剖视图；

图7是本发明的磁流变阻尼组件向外伸出最大行程时的剖视图；

图8是本发明的磁流变阻尼组件向内缩回最大行程时的剖视图；

图9是本发明的磁流变阻尼组件磁流变液的流通旁路示意图；

图10是本发明的磁流变阻尼组件上密封碗的结构示意图。

附图标记说明：101.吸盘、102.吸盘座、103.压电传感器、104.负压泵，101至104共同构成100吸盘组件；201.轴、202.上端盖、203.下端盖、204.上缸体、205.下缸体、206.上阻尼盘、207.下阻尼盘、208.上垫圈、209.下垫圈、210.上密封碗、211.下密封碗、212.上导向套、213.下导向套、214.柱塞、215.线圈、216.磁流变液，201至216共同构成200磁流变阻尼组件；301.第一支座、302.第二支座、303.直线电机、304.支座螺钉、305.电机轴螺钉、306.卡箍，301至306共同构成300支撑组件；400.控制器；501.电机驱动线、502.线圈驱动线、503.负压泵驱动线、504.传感器线、505.负压软管，501至505共同构成连接组件500。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：通过对磁流变液216旁路的设计，并利用大气压强以及压电传感器103的力感知功能设计了一种吸盘式磁流变阻尼系统，包括：吸盘组件100、磁流变阻尼组件200、支撑组件300、控制器400和连接组件500；所述吸盘组件100包括：吸盘101、吸盘座102、压电传感器103、负压泵104；所述磁流变阻尼组件200包括：轴201、上端盖202、下端盖203、上缸体204、下缸体205、上阻尼盘206、下阻尼盘207、上垫圈208、下垫圈207、上密封碗210、下密封碗211、上导向套212、下导向套213、柱塞214以及线圈215；所述支撑组件300包括：第一支座301、第二支座302、直线电机303、支座螺钉304、电机轴螺钉305以及卡箍306；所述控制器400可以对所述压电块采集的信号进行采集处理，可以对所述线圈215进行驱动，可以对所述负压泵104进行驱动，可以对直线电机303进行驱动；所述连接组件500包括：电机驱动线501、线圈驱动线502、负压泵驱动线503、传感器线504以及负压软管505。

如图1所示：所述压电传感器103通过传感器线504与控制器400连接，所述吸盘102座通过负压软管505与负压泵104密封连接，所述线圈215通过线圈驱动线502与控制器400连接，所述直线电机303通过电机驱动线501与所述控制器400连接，所述负压泵104通过负压泵驱动线503与控制器400连接。

如图3所示：所述吸盘座102通过螺纹副与轴201固接，所述卡箍306与上缸体204与下缸体205的配合安装，所述卡箍306通过支座螺钉304与第一支座301连接，所述第一支座301通过支座螺钉304与第二支座302连接，所述第二支座302通过电机轴螺钉305与所述直线电机303连接。

如图4所示：所述103压电传感器数量为三个。

如图5所示：吸盘端面为海绵材质，其余结构为橡胶材质。

结合图4和图5，吸盘组件100包括的：吸盘101固接在吸盘座102上端，吸盘末端为海绵材料，吸盘101主体结构材料为橡胶材料；吸盘座102为T字形，其下端设置有螺纹孔，其上端设有盲孔且并未与螺纹孔相通，其侧壁设置有孔且与上端的盲孔相通；压电传感器103固接在所述吸盘座102的上端，压电传感器103数量为三个,通过传感器线504与控制器400相连；负压泵104可以受控制器400的控制进行负压的产生与关断，并通过负压软管505与所述吸盘座102的侧壁连接。

如图6所示：磁流变阻尼组件200包括的：上端盖202为圆柱状，并设置有上圆环凸台和下圆环凸台，所述的下圆环凸台设置有外螺纹，上端盖202上部设置有与导向套配合的通孔，下部设置有容纳上密封碗210活动的孔，下端盖203与上端盖202完全相同；所述的上缸体204为圆柱状导磁材料，其内部设置有通孔，下端设置有外螺纹，上端设置有与上端盖202配合的内螺纹，其中部外侧与内侧均设置有环状凸起，下缸体205与上缸体204的区别仅在于所述下缸体205的下端设置有与上缸体204下端外螺纹配合的内螺纹；所述的上密封碗210为环状弹性材料，其中心孔可以与轴201过盈配合，且其中心孔与外缘之间为波浪状特征，下密封碗211与上密封碗210完全相同；线圈215为环状，其功能为提供磁流变液216所需的可控磁场；上阻尼盘206为环状，其中部内测设置有环状凸起，外侧可以与所述线圈215中心孔配合，上阻尼盘206材料为非导磁材料，下阻尼盘207与上阻尼盘206完全相同；上垫圈208为环状弹性材料，上垫圈208外径与上缸体204的通孔内径相同，内径与阻尼盘内径相同；上端盖202与所述的上缸体204通过螺纹配合从而将安装在二者之间的上密封碗210固定，上密封碗210与轴201过盈配合，上阻尼盘206外侧与线圈215内侧过渡配合，线圈215外侧与上缸体204内侧过渡配合，上垫圈208安装在上缸体204内部，下垫圈207安装在下缸体205内部，当上缸体204与下缸体205配合时将对垫圈起到挤压作用，从而保证磁流变液216不会污染到线圈215，下缸体205与下端盖203配合时将下密封碗211固定，下导向套213外侧与下端盖203孔过盈配合，下导向套213内侧与轴201间隙配合，上导向套212外侧与上端盖202孔过盈配合，上导向套212内侧与轴201间隙配合；上缸体204与上密封碗210和上阻尼盘206分别构成第一空间和第二空间；下缸体205与下密封碗211和下阻尼盘207分别构成第六空间和第五空间；轴201为管状非导磁材料，其上端设置为闭口，下端设置有与柱塞214配合的螺纹，其中部设置有环状凸起，在轴201的上部和下部均设置有侧孔，侧孔与轴201中部的孔导通，从而处于第一、第二空间与第五、第六空间的磁流变液216可以相互流通；设置在轴201中部的环状凸起与上阻尼盘206和下阻尼盘207分别形成第三和第四空间；上密封碗210与下密封碗211的作用为当磁流变液216未固化时使得轴201处于初始状态；所述磁流变液216分布于第一至第六空间。

支撑组件300包括的：第一支座301与第二支座302设置有与支座螺钉304配合的螺纹孔；第二支座302还设置有与电机轴螺钉305配合的螺纹孔；卡箍306内孔与上缸体204和下缸体205配合安装，两侧设置有与支座螺钉304配合的螺纹孔；第一支座301与第二支座302在支座螺钉304未拧紧时可以自由转动，在支座螺钉304拧紧时不可转动；电机轴305螺钉始终处于拧紧状态，从而第二支座302相对直线电机303位置固定。

如图2所示：控制器400所述的控制器400用于配合人工实现以下的工作流程：

初始状态：待减振件处于吸盘101的上侧，直线303电机的轴201未伸出，支座螺钉304未拧紧；

步骤一：控制器400对三个压电传感器103的电信号进行采集，并转换为受力值；

步骤二：控制器400驱动直线电机303使得电机轴伸出一小段距离；

步骤三：控制器400判断三个压电传感器103反映的受力值是否两两相差在一定范围以内，若是，则驱动负压泵104工作，从而在吸盘101的作用下确保三个压电传感器103与待减振件接触，控制器400对直线电机303当前的位置进行保持，此时，人工对支座螺钉304进行拧紧，若否，重复执行步骤二；

步骤四：控制器400驱动线圈215工作；

步骤五：间隔设定时间检测压电传感器103信号，当压电传感器103反映的受力值小于设定值等异常情况时发出警报，并停止驱动线圈215工作，否则控制器400继续驱动线圈215工作。

如图7所示，当轴201向上伸出最大行程时第三空间消失，处于第六空间的磁流变液216在下密封碗211的作用下经由设置在轴201下部侧边的孔和轴201与设置在下缸体205内侧的环状凸起之间的间隙分别流向第一空间和第五空间。

如图8所示，当轴201向下伸出最大行程时第四空间消失，处于第一空间的磁流变液216在上密封碗210的作用下经由设置在轴201上部侧边的孔和轴201与设置在上缸体204内侧的环状凸起之间的间隙分别流向第六空间和第二空间。

上缸体204和下缸体205优选的是导磁材料，上阻尼盘206和下阻尼盘207优选的是非导磁材料，轴201优选的是非导磁材料，通过这样的材料选择可以使得当线圈215通电时处于第一空间和第六空间的216磁流变液处于非固化状态，而第三至第五空间的磁流变液216处于固化状态。

如图9所示为磁流变液216的流通旁路图，当线圈215未通电时磁流变液216可以按图所示路线自由流动。

如图10所示，上密封碗210为环状，其中心孔与外侧边缘设置的较厚，中心孔与外侧边缘之间为波浪状特征，这种设计使得，当外侧边缘被固定时，中心孔出随着轴201向活动的距离提升。

当磁流变阻尼组件200工作于减振状态时，线圈215被驱动，处于第二至第五空间的磁流变液216被固化，轴201会上下移动。当轴201向上移动时，下密封碗211随着轴201的移动而向上移动，导致第六空间变小，处于第六空间的磁流变液216会随着轴201与设置在下缸体205内侧的环状凸台的间隙流入第五空间。反之，当轴201向下移动时，上密封碗210会使得处于第一空间的磁流变液216经经设置在轴201上部侧边的孔流向第六空间。

控制器400实现的作用如下：

初始状态：待减振件处于吸盘101的上侧，直线电机303的轴201未伸出，支座螺钉304未拧紧；

步骤一：控制器400对三个压电传感器103的电信号进行采集，并转换为受力值；

步骤二：控制器400驱动直线电机303使得电机轴伸出设定值距离；

步骤三：控制器400判断三个压电传感器103反映的受力值是否两两相差在一定范围(初始设定范围)以内，若是，则驱动负压泵104工作，从而在吸盘101的作用下确保三个压电传感器103与待减振件接触，控制器400对直线电机303当前的位置进行保持，此时，人工对支座螺钉304进行拧紧，若否，执行步骤二；

步骤四：控制器400驱动线圈215工作；

步骤五：间隔一小段时间检测压电传感器103信号，当压电传感器103反映的受力值存在过小等异常情况时发出警报，并停止驱动线圈215工作，否则控制器400继续驱动线圈215工作。

实施例二：

与上述最佳实施例一所不同之处仅在于，本实施例未安装非导磁材料：上阻尼盘206和下阻尼盘207，所达到的效果为：产生更小的阻尼力。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。