Амортизаторы магнитные: Как устроены магнитные амортизаторы? – разновидности, устройство и принцип работы
- 22.02.2020
Как устроены магнитные амортизаторы?
Развитие технологий в области машиностроения привело ко многим полезным открытиям, позволившим усовершенствовать транспортное средство. Возможно, изначально некоторые из них покажутся странными и ненужными, но, в конечном счете, их все равно начнут использовать в широкой практике. Именно таким новшеством является магнитный амортизатор, хотя первые разработки устройства появились еще в СССР . Давайте же ближе познакомимся с этим весьма любопытным вариантом автомобильного амортизатора.
1. Как устроен магнитный амортизатор?
Конструкция магнитного амортизатора включает в себя цилиндрический корпус, закрытый крышками с двух сторон. И корпус, и крышки изготовлены из немагнитного материала, причем одна из крышек дополнена специальной головкой крепления, а в отверстие второй вставлен шток, на конце которого находится головка крепления.
Также в цилиндрический корпус заключена круглая неподвижная магнитная шайба, прикрученная с помощью болтов к крышке с головкой крепления, и несколько подвижных магнитных шайб с одинаковой конструкцией (установлены между поршнем и неподвижной магнитной шайбой). Каждая из подвижных шайб обладает калиброванными сквозными каналами, а их оси располагаются параллельно продольной оси амортизатора. Кроме того, с этой осью совпадает и вектор магнитной индукции, присутствующий у каждой круглой шайбы.
Все пары размещенных рядом круглых магнитных шайб повернуты друг к другу одноименными полюсами, за счет чего удается достичь возможности демпфирования больших по величине сил и обеспечить повышенную надежность и долговечность всей конструкции.
2. Принцип работы магнитного амортизатора
Вся работа магнитного амортизатора базируется на череде последовательных действий его составляющих элементов. Когда давление не воздействует на шток амортизатора, поршень находится в крайнем правом положении, в то время как подвижные магнитные шайбы размещаются на равноудаленных расстояниях друг от друга, а также от поршня и от неподвижной магнитной шайбы.
Как только на шток и на поршень начинает воздействовать нагрузка, последний несколько смещается влево и в ту же сторону, посредством магнитных полей смещая подвижные круглые магнитные шайбы. Соответственно, расстояние между ними тоже уменьшается, а силы магнитных полей, действующие между всеми шайбами, наоборот, возрастают.
Чем больше будет нагрузка на шток, тем дальше вглубь цилиндрического корпуса сместится поршень. Естественно, расстояние между всеми круглыми магнитными шайбами будет уменьшаться, а силы, мешающие передвижению поршня, наоборот, станут возрастать. Когда нагрузка на шток спадает, то, благодаря воздействию магнитных полей соответствующих шайб, все детали устройства магнитного амортизатора возвращаются на исходные позиции.
Исходя из этого, процесс демпфирования реализовывается посредством трения подвижных магнитных шайб о цилиндрический корпус, а также путем пропускания воздуха сквозь калиброванные каналы, и за счет создаваемых магнитных полей, сила воздействия которых возрастает при снижении расстояния между всеми шайбами.
3. Преимущества и недостатки магнитного амортизатора
Главным минусом новинки является ее цена, которая существенным образом влияет на возможность массового распространения устройства.
Однако, несмотря на этот нюанс, многие специалисты из области машиностроения просто уверены, что будущее именно за этой конструкцией, так как ее преимущества в значительной мере превосходят указанный недостаток. Да и развитие технологий не стоит на месте, и кто знает, возможно, светилам науки удастся заменить слишком дорогие составляющие конструкции на более доступный аналог.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Ученые создали магнитный амортизатор — журнал За рулем
Ученые из голландского университета Eindhoven совместно с фирмой SKF разработали новый тип электромагнитных амортизаторных стоек.
electromagneticsuspension
Идея электромагнитной подвески, суть которой сводится к использованию поля между двух магнитов, не нова. Применение подобных технологий в течение последних двух десятилетий активно разрабатываются Lotus, Infititi и Mercedes-Benz, хотя до серийного производства пока ни один из образцов не дошел. Зато активные амортизаторы, заправленные специальной жидкостью, изменяющей вязкость под воздействием электромагнитного поля, достигли широкой популяризации и доступны на некоторых моделях гольф-класса.
bose-electromagnetic-6_460x0w
Однако два года назад в идею полностью электромагнитной подвески вдохнула новые силы разработка профессора Массачусетского технологического института Амара Боуз (основателя Bose Corporation), который создал электромагнитные стойки, в которых роль как упругого элемента, так и демпфера выполняли статоры, чьим неподвижным элементом являлись сами стойки, а роторы находились в каждом из колес. Весь комплекс получал сигналы от центрального контроллера, который анализировал данные различных датчиков и сенсоров и на основе их создавал алгоритм работы магнитного поля каждой стойки. Неоспоримый плюс этой системы в скорости реакции — намного быстрее любой гидравлики. А минус — большие энергозатраты на обслуживание электромагнитов.
Голландские же исследователи намерены решить эту проблему за счет использования электромагнитной «капсулы» только в качестве демпфера, а функция упругого элемента осталась за обычной пружиной. Капсула состоит из электромагнитного актуатора, управляющего блока и батареи. Общая потребляемая энергия системы 500 Вт — вдвое меньше, чем, скажем, у кондиционера. Более того, разработчики заверяют, что батареи могут заряжаться от дорожной вибрации — энергии сжатия, которая у обычного амортизатора уходит в тепло. Центральный контролер анализирует данные акселерометров и других сенсоров, заранее увеличивая или уменьшая жесткость активной энергопоглощающей капсулы. В случае выхода из строя электроники, подвеска не проседает, а продолжает работать как обычная пружинная, только без амортизатора. По заверениям разработчиков, дорожные исследования показали улучшение управляемости и комфорта.
Патентом на изобретение обладает шведский производитель SKF, который и планирует в ближайшее время предложить его автопредприятиям.
Ученые создали магнитный амортизаторУченые из голландского университета Eindhoven совместно с фирмой SKF разработали новый тип электромагнитных амортизаторных стоек.
Ученые создали магнитный амортизаторМагнитный амортизатор
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к подвеске транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что магнитный амортизатор, имеющий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю части гидравлической полости. Между половинками поршня размещена выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка электромагнита. Подпружиненный сердечник электромагнита изготовлен в средней части поршня в форме двухсторонней зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с двумя шестернями и соединенной посредством их с кольцевыми секторами, снабженными дросселирующими отверстиями и предназначенными для изменения пропускной способности каналов поршня. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами. Техническим результатом является повышение энергоемкости магнитного амортизатора и реализация зависимости его сил сопротивления от скорости перемещения штока. 1 ил.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к подвеске транспортных средств.
Аналогом и прототипом заявляемого изобретения является магнитный амортизатор [1], содержащий корпус, внутри которого размещены два ряда постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, а также шток, на конце которого установлены, по меньшей мере, два постоянных магнита.
Главным недостатком прототипа является низкая энергоемкость, обусловленная использованием сил взаимодействия магнитных полей. Другой существенный недостаток заключается в том, что указанные силы определяются не скоростью перемещения штока, а его положением в корпусе, тогда как сопротивление амортизатора транспортного средства обычно должно зависеть от этой скорости, в автомобилях, например, дегрессивно.
Технической задачей изобретения является повышение энергоемкости магнитного амортизатора и реализация зависимости его сил сопротивления от скорости перемещения штока.
Техническая задача решается тем, что магнитный амортизатор, имеющий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, содержит установленный на штоке и состоящий из двух половинок поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю части гидравлической полости, между половинками которого размещены выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка электромагнита, его подпружиненный сердечник, изготовленный в средней части в форме двухсторонней зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с двумя шестернями и соединенной посредством их с кольцевыми секторами, снабженными дросселирующими отверстиями и предназначенными для изменения пропускной способности каналов поршня, а два ряда магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
Амортизатор (см. чертеж) содержит корпус 1, направляющую втулку 2, шток 3, установленный на нем поршень 4, гидравлическую полость А, заполненную рабочей жидкостью, и газовую полость В, а также разделитель 5 с уплотнительным кольцом 6, отделяющий гидравлическую полость А от газовой полости В. Поршень 4 разделяет гидравлическую полость А на верхнюю и нижнюю части. Он состоит из двух половинок, соединенных между собой винтами 7, и имеет каналы 8, соединяющие верхнюю и нижнюю части гидравлической полости А. Между верхней и нижней половинками поршня 4 размещены выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка 9 электромагнита и его сердечник 10, изготовленный в средней части в форме двухсторонней зубчатой рейки. Сердечник в исходном положении удерживается конической пружиной 11. Реечная часть сердечника 10 находится в зацеплении с двумя шестернями 12, которые, в свою очередь, соединены зубцами с кольцевыми секторами 13, предназначенными для изменения пропускной способности каналов 8 поршня 4. Кольцевые секторы 13 снабжены дросселирующими отверстиями 14. На наружной поверхности корпуса 1 размещены два ряда 15 магнитов, они обращены друг к другу разноименными полюсами. Амортизатор работает следующим образом.
При сжатии, с началом движения штока 3 вниз, давление рабочей жидкости в нижней части гидравлической полости А возрастает. Магнитные силовые линии двух рядов 15 постоянных магнитов начинают пересекаться обмоткой 9 электромагнита, индуцируя в ней электрический ток. На малых скоростях перемещения штока 3 этот ток недостаточен для создания собственного магнитного поля обмотки 9, способного обеспечить силу втягивания сердечника 10, достаточную для того, чтобы сколько-нибудь сжать пружину 11 и вывести посредством шестерен 12 кольцевые секторы 13 из исходного положения. В нем указанные секторы перекрывают каналы 8, а рабочая жидкость перетекает из нижней части гидравлической полости А в верхнюю только через дросселирующие отверстия 14. С увеличением скорости штока 3 до регламентированного значения исходное положение кольцевых секторов 13 сохраняется, а сила сопротивления перемещению штока 3 растет. При дальнейшем, после достижения регламентированного значения, повышении скорости штока индуцируемый в обмотке 9 ток создает такое магнитное поле, при котором сердечник 10 втягивается в нее, преодолевая сопротивление пружины 11 и поворачивая шестерни 12. Вместе с ними поворачиваются кольцевые секторы 13, открывая по мере увеличения скорости штока 3 каналы 8 в поршне 4. Рост силы сопротивления перемещению штока 3 замедляется. Ветви сжатия на характеристике сопротивлений амортизатора придается дегрессивный вид.
Сила давления рабочей жидкости, действующая на разделитель 5 в процессе сжатия амортизатора, сдвигает его вниз, сжимая газ, расположенный в полости В. Объем газовой полости В уменьшается на величину, равную увеличению объема части штока 3, находящейся в гидравлической полости А.
При отбое, с началом движения штока 3 вниз, давление рабочей жидкости в нижней части гидравлической полости А уменьшается. Магнитные силовые линии двух рядов 15 постоянных магнитов начинают пересекаться обмоткой 9 электромагнита, индуцируя в ней электрический ток. На малых скоростях перемещения штока 3 этот ток недостаточен для создания собственного магнитного поля обмотки 9, способного обеспечить силу втягивания сердечника 10, достаточную сколько-нибудь сжать пружину 11 и вывести посредством шестерен 12 кольцевые секторы 13 из исходного положения. В нем указанные секторы перекрывают каналы 8, а рабочая жидкость перетекает из верхней части гидравлической полости А в нижнюю только через дросселирующие отверстия 14. С увеличением скорости штока 3 до регламентированного значения исходное положение кольцевых секторов 13 сохраняется, а сила сопротивления перемещению штока 3 растет. При дальнейшем, после достижения регламентированного значения, повышении скорости штока индуцируемый в обмотке 9 ток создает такое магнитное поле, при котором сердечник 10 втягивается в нее, преодолевая сопротивление пружины 11 и поворачивая шестерни 12. Вместе с ними поворачиваются кольцевые секторы 13, открывая по мере увеличения скорости штока 3 каналы 8 в поршне 4. Рост силы сопротивления перемещению штока 3 замедляется. Ветви отбоя на характеристике сопротивлений амортизатора придается дегрессивный вид.
Сила давления газа, действующая на разделитель 5 в процессе отбоя амортизатора, сдвигает его вверх, уменьшая объем гидравлической полости А на величину, равную уменьшению объема части штока 3, находящейся в гидравлической полости А.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю части гидравлической полости, между половинками которого размещены выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка электромагнита, его подпружиненный сердечник, изготовленный в средней части в форме двухсторонней зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с двумя шестернями и соединенной посредством их с кольцевыми секторами, снабженными дросселирующими отверстиями и предназначенными для изменения пропускной способности каналов поршня, а два ряда магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
В заявляемом устройстве повышена энергоемкость и реализована зависимость его сил сопротивления от скорости перемещения штока.
Существующие промышленные технологии и применяемые материалы позволяют организовать массовое производство предлагаемого магнитного амортизатора.
Использованный источник информации
1. Патент США №5584367, кл. В 60 L 13/10, 1995 г. (аналог и прототип).
Магнитный амортизатор, имеющий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю части гидравлической полости, между половинками которого размещены выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка электромагнита, его подпружиненный сердечник, изготовленный в средней части в форме двухсторонней зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с двумя шестернями и соединенной посредством их с кольцевыми секторами, снабженными дросселирующими отверстиями и предназначенными для изменения пропускной способности каналов поршня, а два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
Регулируемые амортизаторы: от пневмосистем до ферромагнитной жидкости
Подвеска автомобиля — элемент компромисса между управляемостью, комфортом, безопасностью, надежностью и ценой конструкции. И, как минимум, настройки управляемости и комфорта всегда противоречат друг другу. Баланс этих качеств крайне важен, поскольку он влияет и на поведение автомобиля, и на его восприятие покупателем. Одним из способов настроить этот баланс, причем иногда самостоятельно, являются управляемые амортизаторы.
С чего все начиналось
Амортизатор — непременная часть конструкции подвески автомобиля. Еще во времена рессорных подвесок на железнодорожном транспорте важность этого элемента оценили вынесением в отдельную конструктивную единицу, не смотря на то что многолистовые рессоры, являющиеся на тот момент основным типом упругого элемента подвесок, и без того обладали внутренней амортизацией.
На автомобилях амортизатор как отдельный элемент появился очень рано: уже первые гоночные машины потребовали эффективного гасителя колебаний подвески. Первой моделью, примерившей прообраз амортизатора, считается гоночный 60-сильный Mors Type Z 1902 года, который имел пару стоек на передней оси и целых четыре на задней. По конструкции амортизаторы были пневматическими, что было достаточно необычно.
Так же на первенство могут претендовать еще несколько марок: амортизаторы фрикционного типа устанавливали на Bugatti Type 13 1910 года, на Stoddard-Dayton Special и Knight Limousine 1910–1912 годов. В основном сферой применения амортизаторов до начала 1930-х оставались спортивные и гоночные конструкции, но к концу тридцатых годов они стали непременной принадлежностью любого легкого автомобиля даже при использовании рессор в подвеске. А начиная с послевоенных лет все прочие конструкции стали вытеснять привычные нам гидравлические телескопические модели.
Интересен тот факт, что уже первые конструкции амортизаторов оказались регулируемыми. Фрикционные и рычажные гидравлические амортизаторы в силу сравнительно низкого качества изготовления предусматривали регулировку усилия. Обычно можно было отрегулировать момент натяга фрикционов или затяжки клапанов сжатия и отбоя — у рычажной гидравлики заменялись регулировочные шайбы. Таким образом, можно было настроить их характеристики на свой вкус, в том числе прямо на ходу, как у поздних версий амортизаторов Houdaille. Другое дело, что рабочая характеристика была крайне нестабильной, как и качество работы таких конструкций в целом.
Фрикционные амортизаторы были крайне недолговечны, а более надежные гидравлические рычажные оказались достаточно дорогими. У более прогрессивных телескопических амортизаторов регулировка без разборки оказалась сложной технической задачей, не решаемой на начальном этапе без разбора устройства. В результате при создании массовых автомобилей конструкторы сосредоточились на усовершенствовании подвески в целом, а регулируемые конструкции остались только в арсенале гоночных машин и тюнинга.
Доэлектронная эпоха
До массового внедрения управляющей электроники существовали как минимум две технологии изменения жесткости амортизаторов на ходу. Первой появилась регулировка для двухтрубных амортизаторов, нижний клапан которых был сделан регулируемым. Гидравлический привод позволял точно выставить противодавление и тем самым изменить настройки подвески. В салоне автомобиля размещали гидравлический насос и регулятор давления.
Однако для гоночных автомобилей предпочтительнее были однотрубные амортизаторы, регулировку которых предложила компания Ohlins.
Такой амортизатор очень похож на обычный «однотрубник», но имеет выносную компенсационною камеру. В ней и установлен регулируемый клапан, а также плавающий поршень, которые и отвечают за изменение характеристик. Первопроходцами в деле массового производства регулируемых амортизаторов были, помимо Ohlins, компании KONI и Bilstein. Однако уже в 1990-е годы амортизаторы подобной конструкции производились сотнями брендов, включая отечественный завод «Плаза», который выпускал регулируемые амортизаторы с гидравлико-электрическим управлением.
Электронно-управляемые амортизаторы
Интерес к электронно-управляемым амортизаторам для серийных автомобилей стимулировали наработки компании Lotus Engineering, которая попыталась сочетать электронное регулирование при помощи компьютера с гидравлически управляемыми амортизаторами, создав таким образом активную подвеску. Результаты их работы были реализованы в машинах Lotus для Formula One сезона 1983 года. Именно успехи в гонках показали потенциал, таящийся в активном регулировании амортизаторов.
Амортизаторы с электронным управлением уже не являются исключительно спортивным аксессуаром. За счет интеллектуального управления жесткостью подвески эта конструкция может применяться на любых серийных автомобилях, где требуется улучшить управляемость или плавность хода.
Первой представила серийную машину с электронно-управляемыми амортизаторами компания Toyota. Вышедшая в 1983 году Toyota Soarer получила амортизаторы TEMS (Toyota Electronic Modulated Suspension) собственной разработки. Амортизаторы представляли собой двухтрубную конструкцию с электромагнитным регулирующим клапаном с двумя режимами работы. Электроника позволяла выбрать между спортивным и комфортным режимами, а также имела автоматический режим переключения. В дальнейшем под брендом TEMS выпускались конструкции всех типов: с электрическими клапанами, с внутренними пьезоэлектрическими клапанами и с внешними регулирующими клапанами.
Конструкции с внешним клапаном стали первыми типами управляемых амортизаторов, которые начали поставляться на автосборочный конвейер в середине 1990-х годов. Конструкция с внутренним клапаном в поршне позволяет использовать однотрубные амортизаторы и хорошо сочетается с «перевернутыми» системами. В этом случае внутри поршня находится соленоидный клапан или электропривод для блока переключаемых клапанов. Такая конструкция получается намного проще.
Конструктивно схожие конструкции с электромагнитными клапанами выпускаются под множеством брендов, и их можно встретить на многих моделях автомобилей. Сейчас это уже не ноу-хау, а вполне состоявшаяся и проверенная технология, правда, до сих пор остающаяся весьма дорогой.
Магнитные альтернативы
Очень интересную идею реализовала компания Delphi Automotive, выпустив в 2002 году для Cadillac Seville STS подвеску MagneRide. Вместо регулирования пропускной способности клапанов компания решила менять вязкость масла в амортизаторе. Идея основана на свойствах магнитореологической жидкости, коллоидного раствора ферромагнитных частиц в масле. Под воздействием магнитного поля вязкость такой жидкости плавно изменяется. Достаточно расположить в поршне амортизатора магнит — и вот уже готова система изменения свойств амортизатора. Такая система имеет более высокое быстродействие по сравнению с обычным электроприводом, не боится ускорений, менее чувствительна к нагреву и позволяет использовать сложные системы клапанов, что повышает качество работы амортизатора в целом.
К сожалению, недостатки у подобной схемы тоже имеются. Магнитореологическое масло теряет свои свойства со временем, имеет повышенную абразивность и к тому же очень дорого стоит. В результате даже более простая конструкция клапана и поршня не позволяют сделать эту конструкцию в целом дешевле, чем у «обычных» управляемых амортизаторов с электромагнитными или гидравлическими клапанами. Зато список достоинств позволил именно этому типу амортизаторов занять свое место в самых быстрых и дорогих машинах, например в Ferrari, Lamborghini, Range Rover, Audi, Cadillac, Acura и престижных моделях GM. Сейчас выпускается уже третье поколение MagneRide, в которой используются две катушки индуктивности для максимального повышения быстродействия и уменьшения влияния вихревых токов.
Каков итог?
На данный момент регулируемые амортизаторы и активные подвески не являются большой экзотикой для серийных машин. Многие мощные модификации имеют подвески такого типа в базовой комплектации. Подобные системы все еще слишком дороги для массового применения, но никаких космических технологий в них не наблюдается, и их появление в массовом сегменте лишь вопрос времени.
электромагнитный амортизатор — патент РФ 2496035
Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит цилиндрический корпус (1), заполненный магнитореологической жидкостью. В корпусе установлен шток (4) с магнитным поршнем (5). Канал в штоке соединяет между собой штоковую и бесштоковую полости цилиндра. Крышка (3) с уплотнителем (10) содержит магнитный элемент (7). В крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью. Катушки индуктивности (8, 9) охватывают корпус. Одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре. Достигается упрощение конструкции, повышение надежности и производительности амортизатора. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к подвеске транспортных средств. Электромагнитный амортизатор может быть использован для гашения колебательных движений подвижного состава и преобразования энергии колебания в электрическую энергию. Из уровня техники известна возможность выработки электроэнергии посредством индукции.
Известен, например, гидравлический амортизатор (патент РФ № 2084721, МПК F16F 9/53, 1997), содержащий корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем цилиндр с днищем, имеющим каналы, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности. Внутри цилиндра помещен поршень со штоком. Поршень и днище выполнены из ферримагнитного материала, а катушки индуктивности выполнены таким образом, что одна из них охватывает цилиндр, а другая корпус.
Недостатком амортизатора является отсутствие замкнутого силового контура, что снижает технологические возможности амортизатора, как преобразователя электрической энергии.
Известен магнитный амортизатор (патент РФ № 2286491, МПК F16F 6/00, 2005), содержащий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, который содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю гидравлические полости. Между половинками поршня размещена, выполненная в виде короткозамкнутого витка, обмотка электромагнита. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
Недостатком известного амортизатора является сложность конструкции и невысокая производительность.
Известен также амортизатор (патент DE № 19647031, МПК Н02K 35/00, 1997), выполняющий функцию линейного генератора для выработки энергии, в котором амортизатор содержит поршень, размещенный в цилиндре, снабженный постоянным магнитом и катушками индуктивности, размещенными на защитном кожухе. Цилиндр и защитный кожух выполнены из нейтрального материала.
Недостатком такого амортизатора являются ограниченные технологические возможности и невысокая производительность.
Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату является патент РФ № 2204067, МПК F16F 6/00, 2003 (прототип), где гидравлический амортизатор содержит корпус, заполненный магнитореологической жидкостью. В нем установлен цилиндр с магнитным днищем, каналами и штоком с магнитным поршнем. На корпусе и цилиндре установлены катушки индуктивности. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. Магнитный элемент и крышка имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости.
Недостатком известного амортизатора является то, что он применим для двухтрубной схемы амортизаторов, имеет невысокую эксплуатационную надежность и низкую производительность.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технического уровня амортизатора и надежности за счет упрощения конструкции.
Задача решается за счет того, что амортизатор выполнен из одной трубы цилиндрической формы, являющейся корпусом, содержащим крышку и днище, а на нем установлены две катушки индуктивности, причем одна из катушек выполнена из блока полых проводников, заполненного магнитореологической жидкостью на основе силикона, обеспечивающей замкнутый магнитный поток с рассеиванием не более 5%, и одновременно объединяющей функции двухтрубной и однотрубной систем, а крышка и днище содержат магниты различной коэрцитивной силы.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим эти полости между собой, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности, охватывающие цилиндрический корпус. Одна из катушек индуктивности, охватывающая корпус, выполнена из блока полых проводников, соединяющего между собой верхнюю и нижнюю (штоковую и бесштоковую) полости цилиндра. На катушке из блока полых проводников размещена катушка индуктивности, выполненная из проводника сплошного сечения. Крышка корпуса с уплотнителем и днище содержат магнитные элементы. Блок, крышка и днище имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости. Амортизатор может быть снабжен дополнительным гидрогазовым компенсатором, связанным с корпусом посредством трубопровода. Гидравлические полости цилиндра и полости проводников катушки индуктивности заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе. Кожух амортизатора выполнен из немагнитного материала и служит защитным экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.
Выполнение одной катушки из блока полых проводников, заполненных магнитореологической жидкостью, позволяет упростить конструкцию амортизатора и интенсифицировать магнитный поток. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень — магнит крышки — полые проводники катушки — магнит днища — поршень и образует сложное взаимодействие магнитных полей (поршня, магнитов крышки и днища и полей, наведенных катушками), которое усиливает или уменьшает сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках отводятся через клеммы на кожухе. Описанная конструкция амортизатора повышает его технический уровень, надежность и производительность.
Электромагнитный амортизатор иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид амортизатора.
На фиг.2 — поперечное сечение А-А в штоковой полости.
На фиг.3 — поперечное сечение Б-Б в области днища.
На фиг.4 — схема электромагнитного амортизатора.
На фиг.5а, 5б — поршень с лабиринтным и прямым проходом магнитореологической жидкости.
На фиг.6 — электромагнитный амортизатор с дополнительным гидрогазовым компенсатором.
Сравнительная оценка показателей предлагаемого и известного электромагнитного амортизатора представлена в таблице.
Электромагнитный амортизатор содержит корпус 1 цилиндрической формы, днище 2, крышку 3, шток 4, установленный на нем поршень 5 с магнитным элементом и дроссельными каналами. Поршень 5 разделяет гидравлическую полость цилиндра на верхнюю А и нижнюю Б части. Днище 2 и крышка 3 содержат постоянные магниты, соответственно 6 и 7. На корпусе 1 установлена, сформированная общим блоком, катушка индуктивности 8, выполненная из полых проводников и соединяющая между собой полости А и Б. На катушке 8 размещена катушка индуктивности 9, выполненная из проводника сплошного сечения.
Гидравлические полости А и Б, а также полые проводники блока катушки 8 заполнены магнитореологической жидкостью на силиконовой основе с намагниченностью до 70 кА/м. Крышка 3 имеет уплотнение 10. Снаружи днище 2 и крышка 3 охвачены кожухом 11, который, выполняя функцию защитного экрана, совместно с катушкой 8 обеспечивает рассеивание магнитного потока не более чем на 5%. Корпус 1 электромагнитного амортизатора может быть связан посредством трубопровода с дополнительным гидрогазовым компенсатором 12 для работы в условиях тропического климата или иных тяжелых условиях эксплуатации. Электромагнитный амортизатор также может быть выполнен с поршнями 5 с прямым и лабиринтным проходом магнитореологической жидкости (иметь мягкую и жесткую характеристики) (фиг.5а; 5б).
Магнитные элементы в крышке, поршне и днище амортизатора подобраны таким образом, чтобы обеспечить потребные усилия сжатия и отбоя и соответствуют величине остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы в соотношении 3:2:1.
Электромагнитный амортизатор работает следующим образом.
В нейтральном положении поршня 5 со штоком 4 амортизатора, при отсутствии сжимающих или растягивающих усилий, вызванных неровностями дороги, напряжение в катушках 8 и 9 равно нулю. При сжатии поршень 5 перемещается вниз, вытесняя магнитореологическую жидкость из полости Б в полость А через каналы в магните 7, полый проводник катушки 8 и каналы магнита 6, часть жидкости перемещается в полость А через калиброванные отверстия поршня 5. Сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости, создаваемое ориентированными магнетиками, магнитами 6,7 и поршнем 5, обеспечивает усилие при сжатии 550-750 Н. Одновременно с этим происходит изменение магнитного потока, силовые линии которого пересекают обмотки катушек индуктивности 8 и 9 и в них индуктируется ЭДС. Протекание магнитного потока происходит в замкнутом силовом контуре: поршень 5-магнит 6- внутри обмотки катушки 8 — магнит 7 — поршень 5. Образуется мощный магнитный поток с рассеиванием не более 5%. Происходит сложное взаимодействие магнитных полей (поршня 5, магнитов 6,7 и полей, наведенных катушками 8 и 9), усиливая или уменьшая сопротивление перетеканию магнитореологической жидкости. Наведенные токи в катушках 8 и 9 отводятся через клеммы на кожухе 11 (на чертеже не показано). При растяжении, вызываемом отдачей рессоры, поршень 5 перемещается вверх, преодолевая сопротивление магнитореологической жидкости в полости А. Сопротивление перетеканию жидкости при растяжении соответствует 1800-2200 Н, при этом направление тока в катушках индуктивности 8 и 9 меняется на противоположное.
За счет выполнения одной из катушек индуктивности из блока полых проводников, соединяющей между собой обе части гидравлической полости, концентрируется сильный магнитный поток в области катушек, увеличивая аккумулирование электроэнергии, которая в конечном счете снимается и отводится через клеммы на кожухе на потребители и т.о., повышается производительность, а за счет простоты конструкции амортизатора увеличивается его надежность.
Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена В экспериментальном цехе ООО «Ренотех-плюс» изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого амортизатора. Оценка технического уровня предлагаемого изобретения представлена в таблице.
| Таблица | ||
| Преобразователи электрической энергии | Максимальная мощность преобразователя, Вт | Коэффициент использования материалов, Вт/кг |
| Двухтрубной системы (прототип) | 105 | 42 |
| Однотрубной системы с блоком полых проводников (предлагаемый амортизатор) | 145 | 96 |
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электромагнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем шток с магнитным поршнем, делящим цилиндр на штоковую и бесштоковую полости, и каналом в штоке, соединяющим между собой эти полости, крышку с уплотнителем, содержащую магнитный элемент, причем в крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью, и катушки индуктивности, охватывающие корпус, отличающийся тем, что одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре.
2. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что магнитный поршень имеет дополнительные дроссельные отверстия с лабиринтным проходом магнитореологической жидкости.
3. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что в крышке, поршне и днище амортизатора установлены магнитные элементы с различными коэрцитивными силами, значение которых составляет соответственно 3:2:1.
4. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что наружный кожух выполнен из немагнитного материала и служит экраном для предотвращения рассеивания магнитного потока в атмосферу.
5. Электромагнитный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что к корпусу может быть присоединен дополнительный гидрогазовый компенсатор.
Магнитный амортизатор
Изобретение относится к области машиностроения. Магнитный амортизатор содержит корпус цилиндрической формы, закрытый с обеих сторон крышками. Корпус и крышки выполнены из немагнитного материала. Одна из крышек имеет головку крепления, а в отверстие другой вставлен шток, имеющий на наружном конце головку крепления. Новым в амортизаторе является то, что внутрь цилиндрического корпуса вставлены: поршень, соединенный со штоком, выполненный в форме круглой магнитной шайбы и имеющий калиброванные каналы, продольная ось каждого из которых параллельна продольной оси поршня, неподвижная круглая магнитная шайба, привернутая болтами к крышке с головкой крепления, несколько подвижных круглых магнитных шайб, одинаковых по конструкции, установленных между поршнем и неподвижной круглой магнитной шайбой, каждая из которых имеет калиброванные сквозные каналы, оси которых параллельны продольной оси амортизатора. Вектор магнитной индукции каждой круглой магнитной шайбы совпадает с продольной осью амортизатора. Каждая пара стоящих рядом круглых магнитных шайб повернута друг к другу своими одноименными полюсами. Достигается повышение надежности и долговечности, а также возможность демпфирования больших по величине сил. 11 ил.
Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве амортизатора.
Известен жидкостный поршневой демпфер свободных колебаний, содержащий цилиндрический корпус с элементами крепления, наглухо закрытый снизу, крышку с отверстием, привернутую к корпусу, шток с уплотнительным устройством, пропущенный в отверстие крышки, поршень, меньший по диаметру, чем внутренний диаметр цилиндрического корпуса, привернутый к штоку и вставленный внутрь цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого заполнена маслом.
/С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко, Я.М.Раскин. Механизмы, справочное пособие под ред. чл-кор. АН УССР С.Н.Кожевникова, изд, 4, М.: Машиностроение, 1976, с.719, рис.11.123/.
Недостатками жидкостного поршневого демпфера являются: неудовлетворительная работа при низких или высоких температурах окружающего воздуха, снижение демпфирующих свойств по истечении некоторого времени.
Указанные недостатки обусловлены вытеканием масла через неплотности между крышкой и штоком, загустеванием или разжижением масла.
Известен также равночастотный демпфирующий амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, нижнюю крышку с калиброванным отверстием, резиновый баллон, вставленной внутрь цилиндрического корпуса и опирающегося на нижнюю крышку, верхнюю крышку с отверстием в центре, спиральную коническую пружину, размещенную внутри резинового баллона, внутренняя полость которого соединена с атмосферой через калиброванное отверстие в нижней крышке, шток, пропущенный в отверстие верхней крышки и соединенный с вершиной спиральной конической пружины и резиновым баллоном /Там же, с.743, рис.12.77/.
Равночастотный демпфирующий амортизатор, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками равночастотного демпфирующего амортизатора, принятого за прототип, являются небольшой срок службы и уменьшение демпфирующих свойств к концу срока службы.
Указанные недостатки обусловлены изменением упругих свойств резины баллона и пружины, прорывом резинового баллона и частой поломкой пружины.
Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы амортизатора с сохранением его начальных свойств в течение всего периода работы.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что резиновый баллон, спиральная коническая пружина и нижняя крышка с калиброванным отверстием заменены неподвижной круглой магнитной шайбой, установленной внутри цилиндрического корпуса амортизатора, выполненного из немагнитного материала и привернутой болтами к крышке с головкой крепления, также выполненной из немагнитного материала, поршнем, соединенным с штоком, пропущенным в отверстие крышки, выполненной из немагнитного материала, изготовленного в форме круглой магнитной шайбы, имеющей сквозные калиброванные каналы, продольные оси которых параллельны продольной оси поршня, несколькими подвижными круглыми магнитными шайбами, одинаковыми по конструкции, количество которых не ограничено, вставленных внутрь цилиндрического корпуса и размещенных между неподвижной круглой магнитной шайбой и поршнем на некотором расстоянии друг от друга, каждая из которых имеет сквозные калиброванные каналы, продольные оси которых параллельны продольной оси цилиндрического корпуса, кроме того, вектор магнитной индукции каждой круглой магнитной шайбы совпадает с продольной осью амортизатора, а каждая пара стоящих рядом, круглых магнитных шайб, подвижных и неподвижной, а также поршня, повернута друг к другу своими одноименными полюсами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид магнитного амортизатора, на фигуре 2 — вид на магнитный амортизатор в разрезе, на фигуре 3 — разрез по АА фигуры 2, на фигуре 4 — общий вид подвижной круглой магнитной шайбы, на фигуре 5 — вид сверху на подвижную круглую магнитную шайбу, на фигуре 6 — общий вид неподвижной круглой магнитной шайбы, на фигуре 7 — вид сверху на неподвижную круглую магнитную шайбу, на фигуре 8 — общий вид круглой магнитной шайбы поршня, на фигуре 9 — вид сверху на круглую магнитную шайбу поршня, на фигуре 10 — расположение деталей магнитного амортизатора при отсутствии нагрузки на шток, расположение магнитных полюсов и взаимодействие магнитных полей, на фигуре 11 — расположение деталей магнитного амортизатора при максимальном сжатии.
Магнитный амортизатор содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из немагнитного материала, закрытый с одной стороны крышкой 2 с головкой крепления 3, выполненной также из немагнитного материала, а с другой стороны крышкой 4, выполненной из немагнитного материала и имеющей в центре отверстие, в которое пропущен шток 5, который посредством болта 6 и штифта 7 соединен с поршнем, вставленным внутрь цилиндрического корпуса и изготовленного в форме круглой магнитной шайбы 8, имеющей сквозные калиброванные каналы 9, продольная ось каждого из которых параллельна продольной оси поршня. Шток имеет на наружном конце головку крепления 10. Неподвижная круглая магнитная шайба 11 имеет отверстия 12 и привернута внутри цилиндрического корпуса к крышке с головкой крепления. Внутри цилиндрического корпуса между неподвижной круглой магнитной шайбой и поршнем с возможностью продольного перемещения установлены на некотором расстоянии друг от друга, одинаковые по конструкции, подвижные круглые магнитные шайбы 13, 14, 15, количество которых не ограничено и зависит от силы, приложенной к штоку магнитного амортизатора. Каждая подвижная круглая магнитная шайба имеет сквозные калиброванные каналы 16, продольная ось каждого из которых параллельна продольной оси цилиндрического корпуса» Векторы магнитной индукции всех подвижных круглых магнитных шайб, неподвижной круглой магнитной шайбы и круглой магнитной шайбы поршня совпадают с продольной осью магнитного амортизатора. Каждая пара стоящих рядом, круглых магнитных шайб, подвижных и неподвижной, а также поршня, повернута друг к другу своими одноименными полюсами (фиг.10).
Работа магнитного амортизатора.
При отсутствии давления на шток 5 магнитного амортизатора поршень 8 находится в крайнем правом положении (фиг.10), а подвижные круглые магнитные шайбы 13, 14, 15 располагаются на равных расстояниях между собой, а также от поршня и от неподвижной круглой магнитной шайбы 11. Нагрузка на шток и поршень заставляет последние смещаться влево (фиг.11) и через магнитные поля смещать в ту же сторону подвижные круглые магнитные шайбы 13, 14, 15. Расстояние между ними станет уменьшаться, а силы магнитных полей между всеми круглыми магнитными шайбами будут возрастать. Чем больше нагрузка на шток 5, тем дальше внутрь цилиндрического корпуса 1 будет смещаться поршень, тем меньше будут становиться расстояния между всеми круглыми магнитными шайбами и тем больше будут возрастать силы, противодействующие перемещению поршня. Когда нагрузка снимается, то под действием магнитных полей всех круглых магнитных шайб 8, 11, 13, 14, 15 все детали магнитного амортизатора располагаются так, как показано на фигуре 10.
Таким образом, демпфирование осуществляется путем трения подвижных магнитных шайб 13, 14, 15 о цилиндрический корпус 1, перепусканием воздуха через калиброванные каналы 9, 16 и за счет магнитных полей, сила действия которых увеличивается при уменьшении расстояния между всеми круглыми магнитными шайбами.
Положительный эффект: повышение надежности и долговечности, плавное демпфирование больших по величине сил, установкой большего или меньшего количества подвижных круглых магнитных шайб можно демпфировать большие или меньшие силы.
Магнитный амортизатор, содержащий цилиндрический корпус, закрытый с обеих сторон крышками, одна из которых содержит головку для крепления амортизатора, а другая имеет в центре отверстие, шток, пропущенный в отверстие крышки и имеющий на наружном конце головку для крепления, отличающийся тем, что цилиндрический корпус и обе крышки выполнены из немагнитного материала и внутрь первого вставлены поршень, соединенный со штоком и выполненный в форме круглой магнитной шайбы, имеющий сквозные калиброванные каналы, продольные оси которых параллельны продольной оси поршня, неподвижная круглая магнитная шайба, привернутая болтами к крышке, имеющей головку крепления, несколько подвижных круглых магнитных шайб, одинаковых по конструкции, каждая из которых имеет сквозные калиброванные каналы, продольные оси которых параллельны продольной оси цилиндрического корпуса, причем все подвижные круглые магнитные шайбы размещены между неподвижной круглой магнитной шайбой и поршнем на некотором расстоянии друг от друга, кроме того, вектор магнитной индукции каждой круглой магнитной шайбы совпадает с продольной осью амортизатора, а каждая пара стоящих рядом круглых магнитных шайб, подвижных и неподвижных, а также поршня повернута друг к другу своими одноименными полюсами.
Поршневой магнитожидкостный амортизатор
Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой. В корпусе размещены полый шток со сборным поршнем. Поршень состоит из двух частей, вложенных одна в другую, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов. Каждая часть поршня содержит полюсный диск с полюсными пальцами. Величина зазоров между торцами полюсных пальцев и полюсными дисками противоположных частей поршня в 3-4 раза больше величины зазоров между полюсными пальцами. Катушка управления снабжена герметичным немагнитным цилиндрическим кожухом и расположена в полости, образованной штоком и полюсными дисками с полюсными пальцами. Корпус выполнен из немагнитного материала. Поршень установлен в корпусе с зазором. Достигается расширение диапазона изменений силовой характеристики и увеличение срока службы амортизатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам гашения колебаний и вибрационной защиты.
Известен магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2232316, МПК F16F 9/53, 2004 г.), содержащий корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части, канал, соединяющий обе части этой полости, шток с размещенными в нем проводами, магнит, состоящий из обмотки и сердечника и создающий в проходящем через сердечник указанном канале магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала.
Недостатками указанного амортизатора является то, что рассеяние механической энергии колебаний происходит в узком канале поршня, что приводит к местным перегревам и, как следствие, к нарушению стабильной работы устройства. Также присутствует неэффективное использование объема поршня и создаваемого катушкой магнитного поля, так как рабочим пространством является лишь узкий канал в поршне.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является регулируемый магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2068513, МПК F16F 6/00, 1996 г.), принятый за прототип. Регулируемый магнитореологический амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью корпус с цилиндрической камерой, размещенный в ней полый шток, поршень, выполненный в виде сердечника, соединенных с различными полюсами сердечника полюсных зубцов, встречно направленных, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующих шайб с пазами. Антифрикционные прокладки расположены между обращенными друг к другу поверхностями магнитоизолирующих шайб с охватом полюсных зубцов. Соленоидная катушка установлена на сердечнике.
Недостаток указанного амортизатора состоит в наличии фрикционного взаимодействия между поршнем и корпусом, что при интенсивной эксплуатации ведет к износу антифрикционной прокладки и выходу амортизатора из строя. Эффективность демпфирования в данной конструкции занижена из-за большого потока рассеяния между зубцами одного полюса и диском другого полюса, а также между полюсами и корпусом через фрикционную прокладку, и, как следствие, неполного использования магнитного потока, а также малого объема магнитной жидкости, на которую воздействует управляющее магнитное поле.
Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является расширение диапазона изменений силовой характеристики и увеличение срока службы магнитожидкостного амортизатора.
Указанный технический результат достигается тем, что поршневой магнитожидкостный амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой, помещенные в корпус полый шток со сборным поршнем, состоящим из двух частей, вложенных одна в другую, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, каждая часть поршня содержит полюсный диск с полюсными пальцами, при этом величина зазоров между торцами полюсных пальцев и полюсными дисками противоположных частей поршня в 3-4 раза больше величины зазоров между полюсными пальцами, катушка управления снабжена герметичным немагнитным цилиндрическим кожухом и расположена в полости, образованной штоком и полюсными дисками с полюсными пальцами, корпус выполнен из немагнитного материала, а поршень установлен в корпусе с зазором. Полюсные пальцы имеют поперечные сечения либо прямоугольной формы, либо трапецеидальной формы, либо в сочетании.
На фиг.1 изображен общий вид магнитожидкостного амортизатора с двумя поперечными сечениями.
На фиг.2 изображен шток с поршнем с разнесением в пространстве составляющих частей.
На фиг.3 показано распределение магнитного поля в зазорах системы.
На фиг.4 показаны варианты исполнения полюсных пальцев.
Управляемый магнитожидкостный амортизатор (фиг.1) состоит из немагнитного корпуса 1 и разделительного поршня 2 с уплотнительным кольцом 3. Разделительный поршень 2 делит корпус на две камеры: рабочую камеру 4, заполненную магнитной жидкостью, и компенсационную камеру 5, заполненную воздухом или азотом под давлением, обеспечивающим необходимую силовую характеристику амортизатора. В рабочую камеру 4 помещен шток 6 с поршнем 7, их изображение представлено на фиг.2. Поршень 7 состоит из двух частей, вложенных одна в другую и установленных с зазорами, обеспечивающими возможность для перемещения магнитной жидкости при движении поршня. Каждая часть поршня 7 содержит полюсный диск 8 с полюсными пальцами 9. Полюсные диски 8 с полюсными пальцами 9 образуют систему чередующихся полюсов с зазорами 10 между полюсными пальцами для обеспечения возможности перетекания магнитной жидкости при движении поршня и с зазором между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня для уменьшения магнитного потока рассеяния. Величина зазора между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня в 3-4 раза больше величины зазоров 10 между полюсными пальцами. Поршень 7 и внутренняя поверхность немагнитного корпуса 1 образуют кольцевой зазор 11, обеспечивающий возможность перемещения магнитной жидкости при движении поршня. В зазорах 10 и 11 текущая магнитная жидкость находится под воздействием магнитного поля системы чередующихся полюсов поршня 7. В полости, образованной полюсными дисками 8 с полюсными пальцами 9 и штоком 6, помещена катушка управления 12 в герметичном немагнитном цилиндрическом кожухе 13. Катушка управления 12 подсоединена к источнику питания проводами, выведенными через отверстие 14 в штоке 6. Для сохранения давления в рабочей камере 4 и предотвращения выплескивания магнитной жидкости в зазоре между корпусом 1 и штоком 6 установлено уплотнительное кольцо 15.
В зависимости от технологии изготовления и требуемых эффектов при работе возможно несколько конструктивных исполнений полюсных пальцев 9, которые показаны на фиг.4. На фиг.4,а один полюсный диск 8 имеет полюсные пальцы 9 прямоугольного сечения, а другой — трапецеидального, что позволяет получить равномерный зазор 10 между полюсными пальцами. На фиг.4,б оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового прямоугольного сечения, что обеспечивает идентичность полюсов и упрощение технологии их изготовления. На фиг.4,в оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового трапецеидального сечения, что позволяет изготавливать их фрезерованием одной фрезой и создает неравномерный зазор 10 между полюсными пальцами, уменьшающийся к наружной поверхности поршня 7, что способствует увеличению силы центрирования.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В статическом состоянии поршень 7 относительно корпуса 1 неподвижен и протекания магнитной жидкости по зазорам 10 и 11 не происходит. В этот момент возможна подача напряжения на катушку управления 12 для структурирования магнитной жидкости в зазорах 10 и 11 и увеличения усилия первоначального сдвига поршня 7, если это необходимо по условиям эксплуатации. Структурирование магнитной жидкости поддерживается остаточным магнитным потоком и после отключения катушки.
Под воздействием внешнего возмущения шток 6 с закрепленным на нем поршнем 7 совершает колебательные движения относительно немагнитного корпуса 1. Гашение колебаний производится за счет перетока магнитной жидкости через зазоры 10 между полюсными пальцами и кольцевой зазор 11 между поршнем 7 и немагнитным корпусом 1. Для изменения диссипативных свойств магнитной жидкости и, следовательно, эффективности демпфирования на зажимы катушки управления 12 подают напряжение, протекает ток и создается магнитный поток. Магнитный поток замыкается через зазоры 10 и 11 и воздействует на магнитную жидкость, изменяя ее вязкостные свойства и, как следствие, демпфирующую характеристику амортизатора.
Магнитный поток, замыкающийся через внешние поверхности полюсных пальцев 9 в кольцевом зазоре 11 (фиг.3), при воздействии на магнитную жидкость создает центрирующую поршень 7 силу, величину которой можно оценить выражением
FH=µOMSHMS, (1)
где FH— несущая сила опоры; µO — магнитная проницаемость вакуума; MS — намагниченность насыщения магнитной жидкости; HM — максимальное значение напряженности магнитного поля на поверхности немагнитного корпуса; S — площадь опоры в плоскости, перпендикулярной опорной силе.
Полученная сила центрирует поршень 7 в немагнитном корпусе 1 и предотвращает фрикционное взаимодействие между ними при колебании поршня 7. Жесткость такой магнитожидкостной опоры тем больше, чем меньше кольцевой зазор 11.
1. Поршневой магнитожидкостный амортизатор, содержащий заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой, помещенные в корпус полый шток со сборным поршнем, состоящим из двух частей, вложенных одна в другую, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, и катушку управления, отличающийся тем, что каждая часть поршня содержит полюсный диск с полюсными пальцами, при этом величина зазоров между торцами полюсных пальцев и полюсными дисками противоположных частей поршня в 3-4 раза больше величины зазоров между полюсными пальцами, катушка управления снабжена герметичным немагнитным цилиндрическим кожухом и расположена в полости, образованной штоком и полюсными дисками с полюсными пальцами, корпус выполнен из немагнитного материала, а поршень установлен в корпусе с зазором.
2. Управляемый магнитожидкостный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что полюсные пальцы имеют поперечные сечения либо прямоугольной формы, либо трапецеидальной формы, либо в сочетании.
