專利名稱：基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車碰撞安全系統(tǒng)并具有緩沖可控制性的設(shè)備，特別涉及一種采用磁流變脂的碰撞緩沖器。
背景技術(shù)：
車輛碰撞是道路交通較常見的安全事故，一般會造成較為嚴(yán)重的人員、財產(chǎn)損失?，F(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用的減緩車輛碰撞安全保護(hù)裝置為被動撞擊的保險杠，屬于被動吸收緩和外界沖擊力、防護(hù)車身前后部的安全裝置。早期的轎車前后保險杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形槽鋼，與車架縱梁鉚接或焊接在一起。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置不斷更新改進(jìn)?，F(xiàn)有的轎車前后保險杠除了保持原有的保護(hù)功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。為此出現(xiàn)了塑料保險杠。塑料保險杠包括外板、緩沖材料和橫梁三部分；其中外板和緩沖材料用塑料制成，橫梁用厚度為I. 5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U形槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲連接，可以隨時拆卸下來。這種塑料保險杠使用的塑料，大體上使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料。國外還有一種稱為聚碳酯系的塑料，滲進(jìn)合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出來的保險杠不但具有高強(qiáng)度的剛性，還具有可以焊接的優(yōu)點(diǎn)，而且涂裝性能好，在轎車上的用量越來越多。但是以上的保險杠都屬于被動安全系統(tǒng)的范疇，不能實(shí)現(xiàn)主動可控的吸收、緩和外界沖擊力，因而，雖然具有一定的緩沖作用， 卻無法起到較好的吸能緩沖效果，對于車輛碰撞導(dǎo)致的安全事故，無法達(dá)到較好的預(yù)防和保護(hù)效果；同時，保險杠發(fā)生較重的撞擊后會發(fā)生明顯破壞，破壞后會繼續(xù)對車輛及人身造成損壞。因此，需要一種用于緩沖車輛碰撞的緩沖裝置，能夠在撞擊時主動可控的吸收、緩和外界沖擊力，具有較好的吸能緩沖作用，因而能夠在車輛碰撞時達(dá)到較好的預(yù)防和保護(hù)效果，較好的減輕撞擊后繼續(xù)對車輛及人身造成較嚴(yán)重的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，能夠在撞擊時主動可控的吸收、緩和外界沖擊力，具有較好的吸能緩沖作用，因而能夠在車輛碰撞時達(dá)到較好的預(yù)防和保護(hù)效果，較好的減輕撞擊后繼續(xù)對車輛及人身造成較嚴(yán)重的損壞。本發(fā)明的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，包括磁流變阻尼器和撞擊可變形的空心承撞件，所述磁流變阻尼器設(shè)有用于容納磁流變脂的阿基米德螺旋通道和磁場強(qiáng)度可調(diào)且用于對阿基米德螺旋通道內(nèi)磁流變脂進(jìn)行控制的勵磁線圈，所述空心承撞件承撞部位為盲端，與該盲端相對的端部與阿基米德螺旋通道首端相連通，所述空心承撞件內(nèi)部充有磁流變脂，阿基米德螺旋通道末端具有節(jié)流排出口。進(jìn)一步，所述空心承撞件為沿徑向至少一層的波紋管結(jié)構(gòu)，波紋管結(jié)構(gòu)軸向一端為承撞端，波紋管中充有磁流變脂材料，另一端與磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道連通；進(jìn)一步，所述磁流變阻尼器為盤狀結(jié)構(gòu)，阿基米德螺旋通道沿徑向盤繞形成于盤狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，阿基米德螺旋通道沿徑向的側(cè)壁由非導(dǎo)磁材料制成，沿軸向的側(cè)壁為導(dǎo)磁材料制成；所述勵磁線圈繞于盤狀結(jié)構(gòu)外圓其磁力線垂直穿過阿基米德螺旋通道的盤繞平面；進(jìn)一步，所述阿基米德螺旋通道與波紋管結(jié)構(gòu)相連通的首端口相對于波紋管管腔為縮口 ；進(jìn)一步，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件以可拆卸式密封連通于磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道首端；進(jìn)一步，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與磁流變阻尼器連接的一端設(shè)有用于支撐空心承撞件防止其被撞擊變形堵塞阿基米德螺旋通道首端口的管撐套；波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件承撞端部影響撞擊方向的加強(qiáng)板；進(jìn)一步，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與磁流變阻尼器之間通過法蘭組件可拆卸式密封連通，法蘭組件包括與空心承撞件焊接連接的承撞件法蘭和與磁流變阻尼器焊接連接的阻尼器法蘭；進(jìn)一步，所述管撐套與波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件一體成型并焊接于承撞件法蘭， 或管撐套外套于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與承撞件法蘭焊接端形成管箍結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步，磁流變阻尼器中的阿基米德螺旋通道至少分為沿軸向并列的兩層，每層的阿基米德螺旋通道盤繞于同一平面，相鄰層阿基米德螺旋通道之間首尾連通，首層阿基米德螺旋通道的首端連通空心承撞件，末層阿基米德螺旋通道的末端連通節(jié)流排出口，相鄰層阿基米德螺旋通道之間通過導(dǎo)磁性隔板分隔；進(jìn)一步，勵磁線圈設(shè)有控制其磁場強(qiáng)度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括傳感器，用于米集碰撞之前的相對速度或/和碰撞力；控制電路，接收傳感器傳來的相對速度或/和碰撞力信號并根據(jù)該信號控制勵磁線圈并調(diào)整勵磁線圈所產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度；還包括導(dǎo)磁性殼體，所述磁流變阻尼器和勵磁線圈安裝于導(dǎo)磁性殼體內(nèi)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，采用磁流變阻尼器和撞擊可變形的空心承撞件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，且磁流變阻尼器采用阿基米德螺旋通道，有效增大了流動通路的長度，并利用電磁效應(yīng)是阻尼力具有可控性；在緩沖器總體長度不變的條件下，采用阿基米德螺旋通道的阻尼器可以極大地減小阻尼器長度，從而極大增加了緩沖器軸向變形的空間，使碰撞緩沖效率得意提高；由于具有較長的阻尼流道， 使本發(fā)明具有良好的緩沖性能，能夠更具碰撞的強(qiáng)度合理的調(diào)整磁流變脂的阻尼系數(shù)，即調(diào)整了緩沖器撞擊時的硬度，具有較好的主動控制性能。磁流變脂(magneto-rheological grease)是由微米級可磁化粒子、載體油脂、稠化劑、添加劑和填料組成的結(jié)構(gòu)骨架的膠體分散體系，其流變性能在外磁場作用下能夠發(fā)生連續(xù)、可逆和迅速變化。磁流變脂具有以下優(yōu)點(diǎn)在長時間內(nèi)具有很高的物理穩(wěn)定性，不會發(fā)生懸浮相的沉降和板結(jié)，其剪切屈服強(qiáng)度更大，由于磁流變液的沉降導(dǎo)致磁流變液緩沖裝置可控特性劣化甚至失效；磁流變液的磁流變液的剪切屈服強(qiáng)度小(一般小于70千帕)導(dǎo)致汽車碰撞緩沖裝置體積大。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為阿基米德螺旋通道結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為阿基米德螺旋通道結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，包括磁流變阻尼器和撞擊可變形的空心承撞件1，所述磁流變阻尼器設(shè)有用于容納磁流變脂的阿基米德螺旋通道8和磁場強(qiáng)度可調(diào)且用于對阿基米德螺旋通道8內(nèi)磁流變脂進(jìn)行控制的勵磁線圈5，所述空心承撞件I承撞部位為盲端，與該盲端相對的端部與阿基米德螺旋通道8首端相連通，所述空心承撞件I內(nèi)部充有磁流變脂，阿基米德螺旋通道8末端具有節(jié)流排出口 10 ;在撞擊時，節(jié)流排出口 10會排出由于撞擊減小內(nèi)部空間多余的磁流變脂，可以設(shè)有較薄的隔膜，以保持平時的密封性；如圖所示，勵磁線圈5采用多層螺線管勵磁，勵磁電流由外部電路控制，結(jié)合檢測元件，可根據(jù)可能發(fā)生碰撞了兩車之間的相對速度信息確定所加勵磁電流的大小，從而控制了勵磁場的大小，磁流變脂受到變化的勵磁場作用后阻尼迅速改變，影響阿基米德螺旋阻尼器內(nèi)磁流變脂的擠壓流動性，屬于電流可控勵磁裝置。本實(shí)施例中，所述空心承撞件I為沿徑向至少一層的波紋管結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿磁流變脂，根據(jù)設(shè)計要求可以是單層、雙層或多層，可根據(jù)車輛的載重量進(jìn)行設(shè)計，本實(shí)施例采用雙層結(jié)構(gòu)；波紋管結(jié)構(gòu)軸向一端為承撞端，另一端與磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道連通；利用波紋管正向可壓縮性，雙層結(jié)構(gòu)保障波紋管強(qiáng)度和磁流變脂不發(fā)生明顯物化性質(zhì)改變，有效減小沖擊力傳遞的峰值，實(shí)現(xiàn)沖擊力傳遞平臺效應(yīng)。根據(jù)動量守恒定律mXv =fXt，金屬波紋管壓縮形變增大了碰撞時間，從而減小碰撞力f對車輛和人員的損害。本實(shí)施例中，所述磁流變阻尼器為盤狀結(jié)構(gòu)，阿基米德螺旋通道8沿徑向盤繞形成于盤狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，阿基米德螺旋通道8沿徑向的側(cè)壁9由非導(dǎo)磁材料制成，是指盤狀結(jié)構(gòu)的徑向；沿軸向的側(cè)壁為導(dǎo)磁材料制成，軸向是指沿盤狀結(jié)構(gòu)的軸向，本實(shí)施例采用高導(dǎo)磁材料，反應(yīng)靈敏控制靈活；所述勵磁線圈5繞于盤狀結(jié)構(gòu)外圓其磁力線垂直穿過阿基米德螺旋通道的盤繞平面；利于減小本發(fā)明的長度，結(jié)構(gòu)緊湊，從而利于安裝，并保持車輛的外觀美感。本實(shí)施例中，所述阿基米德螺旋通道8與波紋管結(jié)構(gòu)相連通的首端口 11相對于波紋管管腔為縮口 ；具有一定的節(jié)流作用，利于保護(hù)阻尼器本身不被直接撞擊損壞，并保證緩沖力緩慢傳遞。本實(shí)施例中，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I以可拆卸式密封連通于磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道8首端；失效后可進(jìn)行更換，結(jié)構(gòu)簡單的同時節(jié)約使用成本。本實(shí)施例中，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I與磁流變阻尼器連接的一端設(shè)有用于支撐空心承撞件防止其被撞擊變形堵塞阿基米德螺旋通道首端口 11的管撐套12 ;發(fā)生碰撞時保證波紋管整體壓縮，由于管撐套的支撐，金屬波紋管變形后不會因為發(fā)生形變而堵塞首端口 11 ;波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I承撞端部影響撞擊方向的加強(qiáng)板13 ;碰撞時能夠保證撞擊力均勻分布，使波紋管變形均勻穩(wěn)定。
本實(shí)施例中，波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I與磁流變阻尼器之間通過法蘭組件可拆卸式密封連通，法蘭組件包括與空心承撞件I焊接連接的承撞件法蘭2和與磁流變阻尼器焊接連接的阻尼器法蘭4;如圖所示，兩個法蘭之間采用中間夾彈性橡膠墊片3密封的形式，在四角加裝螺栓緊固，保證機(jī)構(gòu)承受較大的壓力而不產(chǎn)生泄漏，同時將機(jī)構(gòu)與車體固定以保證碰撞時的強(qiáng)度，此外連接機(jī)構(gòu)的兩端可方便拆卸，便于波紋管和阻尼器的靈活匹配及加裝磁流變脂。本實(shí)施例中，所述管撐套12與波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I 一體成型并焊接于承撞件法蘭2，或管撐套12外套于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件I與承撞件法蘭2焊接端形成管箍結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例采用后者；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。并且成本較低。本實(shí)施例中，磁流變阻尼器中的阿基米德螺旋通道8至少分為沿軸向并列的兩層，每層的阿基米德螺旋通道8盤繞于同一平面，相鄰層阿基米德螺旋通道8之間首尾連通，首層阿基米德螺旋通道8的首端連通空心承撞件I，末層阿基米德螺旋通道8的末端連通節(jié)流排出口，相鄰層阿基米德螺旋通道8之間通過導(dǎo)磁性隔板6分隔；采用多層阿基米德螺旋通道8結(jié)構(gòu)，利用較有限的空間實(shí)現(xiàn)較長的緩沖通道，極大地增加了緩沖效果；本結(jié)構(gòu)保證磁流變脂的流動方向垂直于勵磁線圈中心磁場，阿基米德螺旋通道8流動方式增大了流動通路的長度；并且阿基米德螺旋通道徑向隔層采用不導(dǎo)磁金屬材料，軸向?qū)娱g隔板及阻尼器兩端封蓋采用高導(dǎo)磁金屬材料，阻尼器側(cè)壁采用不導(dǎo)磁金屬材料制作，保證了螺線管中心磁場經(jīng)由阻尼器內(nèi)部穿過，從而對磁流變脂的流動發(fā)揮最大的控制作用。本實(shí)施例中，勵磁線圈5設(shè)有控制其磁場強(qiáng)度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括傳感器14,用于米集碰撞之前的相對速度或/和碰撞力；可米用力傳感器或/和速度傳感器，檢測到撞擊力信號或/和速度信號，速度傳感器安裝于車輛采集車速信息，或者，力傳感器安裝于承撞件I米集碰撞瞬間的碰撞力信息；控制電路15,接收傳感器14傳來的相對速度或/和碰撞力信號并根據(jù)該信號控制勵磁線圈5并調(diào)整勵磁線圈5所產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度；控制電路15可采用現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)， 對勵磁線圈5的電流進(jìn)行控制，可采用PLC等處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，屬于現(xiàn)有技術(shù)的方案，在此不再贅述還包括導(dǎo)磁性殼體7，所述磁流變阻尼器和勵磁線圈安裝于導(dǎo)磁性殼體7內(nèi)，導(dǎo)磁性殼體7 —方面充當(dāng)磁路，另一方面能夠充當(dāng)緊固裝置而把阿基米德螺旋阻尼器和勵磁螺線管緊緊的扣在連接機(jī)構(gòu)上；如圖所示，導(dǎo)磁性殼體7的兩個底板和隔板9分別構(gòu)成阿基米德螺旋通道8沿軸向的側(cè)壁，用于通過磁場，控制磁流變脂。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于包括磁流變阻尼器和撞擊可變形的空心承撞件，所述磁流變阻尼器設(shè)有用于容納磁流變脂的阿基米德螺旋通道和磁場強(qiáng)度可調(diào)且用于對阿基米德螺旋通道內(nèi)磁流變脂進(jìn)行控制的勵磁線圈，所述空心承撞件承撞部位為盲端，與該盲端相對的端部與阿基米德螺旋通道首端相連通，所述空心承撞件內(nèi)部充有磁流變脂，阿基米德螺旋通道末端具有節(jié)流排出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于所述空心承撞件為沿徑向至少一層的波紋管結(jié)構(gòu)，波紋管結(jié)構(gòu)軸向一端為承撞端，另一端與磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于所述磁流變阻尼器為盤狀結(jié)構(gòu)，阿基米德螺旋通道沿徑向盤繞形成于盤狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，阿基米德螺旋通道沿徑向的側(cè)壁由非導(dǎo)磁材料制成，沿軸向的側(cè)壁為導(dǎo)磁材料制成；所述勵磁線圈繞于盤狀結(jié)構(gòu)外圓其磁力線垂直穿過阿基米德螺旋通道的盤繞平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于所述阿基米德螺旋通道與波紋管結(jié)構(gòu)相連通的首端口相對于波紋管管腔為縮口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件以可拆卸式密封連通于磁流變阻尼器的阿基米德螺旋通道首端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與磁流變阻尼器連接的一端設(shè)有用于支撐空心承撞件防止其被撞擊變形堵塞阿基米德螺旋通道首端口的管撐套；波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件承撞端部影響撞擊方向的加強(qiáng)板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與磁流變阻尼器之間通過法蘭組件可拆卸式密封連通，法蘭組件包括與空心承撞件焊接連接的承撞件法蘭和與磁流變阻尼器焊接連接的阻尼器法蘭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于所述管撐套與波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件一體成型并焊接于承撞件法蘭，或管撐套外套于波紋管結(jié)構(gòu)的空心承撞件與承撞件法蘭焊接端形成管箍結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8任一權(quán)利要求所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于磁流變阻尼器中的阿基米德螺旋通道至少分為沿軸向并列的兩層，相鄰層阿基米德螺旋通道之間首尾連通，首層阿基米德螺旋通道的首端連通空心承撞件，末層阿基米德螺旋通道的末端連通節(jié)流排出口，相鄰層阿基米德螺旋通道之間通過導(dǎo)磁性隔板分隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，其特征在于勵磁線圈設(shè)有控制其磁場強(qiáng)度的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括傳感器，用于米集碰撞之前的相對速度或/和碰撞力；控制電路，接收傳感器傳來的相對速度或/和碰撞力信號并根據(jù)該信號控制勵磁線圈并調(diào)整勵磁線圈所產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度；還包括導(dǎo)磁性殼體，所述磁流變阻尼器和勵磁線圈安裝于導(dǎo)磁性殼體內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于阿基米德螺旋通道的可控磁流變脂緩沖器，包括設(shè)有阿基米德螺旋通道的磁流變阻尼器和撞擊可變形的空心承撞件，空心承撞件與阿基米德螺旋通道首端相連通，阿基米德螺旋通道末端具有節(jié)流排出口；本發(fā)明采用磁流變阻尼器采用阿基米德螺旋通道，有效增大了流動通路的長度，并利用電磁效應(yīng)是阻尼力具有可控性；在緩沖器總體長度不變的條件下，采用阿基米德螺旋通道的阻尼器可以極大地減小阻尼器長度，從而極大增加了緩沖器軸向變形的空間，使碰撞緩沖效率得意提高；由于具有較長的阻尼流道，使本發(fā)明具有良好的緩沖性能，能夠更具碰撞的強(qiáng)度合理的調(diào)整磁流變脂的阻尼系數(shù)，即調(diào)整了緩沖器撞擊時的硬度，具有較好的主動控制性能。
文檔編號F16F9/53GK102582543SQ20121003674
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月19日
發(fā)明者廖昌榮, 趙丹俠, 韓亮 申請人:重慶大學(xué)