一种螺旋对流式的扭矩增强型旋转式磁流变阻尼器

本发明涉及到磁流变缓冲，具体涉及到一种螺旋对流式的扭矩增强型旋转式磁流变阻尼器。

背景技术：

1、磁流变液属于流动性可控的新型流体，这种悬浮体在有无磁场存在的作用下能够产生不同的状态，在有磁场存在的作用下，流体粘度增加，流动性降低，呈现出宾汉流体特性，在无磁场时粘度降低，流动性增强，呈现出牛顿流体的特性；这两种特性的转换能达到毫秒级响应，瞬时可逆，具有较强的可控性，且转换能耗低。在磁场存在时，流体变为类固态阻碍工件的旋转，从而产生阻尼。

2、磁流变阻尼器是缓冲领域常用的器件之一，常用于汽车悬架阻尼器，机械臂，医疗等领域；磁流变阻尼器工作时响应迅速，是一种具有优良性能的半主动控制装置；在对于磁流变阻尼器的研究中，防止材料沉降以及提升阻尼性能时研究的重点。

3、中国专利公开号为：cn114857200a，公开了一种螺旋槽式磁流变阻尼器，呈圆柱状，通过调节各线圈的电流，分级调节电流大小达到提供分级阻尼力的作用，形成良好的阻尼效果。该专利从分级调节的角度优化了旋转式阻尼器的阻尼效果，但该专利中采用的螺旋结构无法推动磁流变液的流动。

4、中国专利公开号为：cn103511547a，名称为：一种采用螺旋阻尼通道的自感知型磁流变阻尼器，该专利采用螺旋式阻尼通道的结构延长了工作长度，提升了磁场利用率，这是螺旋通道的优势所在，但是该专利的磁流变液流动方式只存在一个方向。

5、中国专利公开号为：cn113606276a，名称为：一种圆周阵列螺旋槽活塞防沉降磁流变阻尼器，本专利中在活塞组件上行或者下行过程中，磁流变液流动过程中会对活塞组件施加圆周切向分力，进而能够在无需外界供能的前提下带动整个活塞组件作旋转运动，活塞组件带动搅拌组件转动进而对磁流变液搅拌，以改善磁流变液沉降现象，使得阻尼器在开始工作后短时间内快速自动恢复正常工作状态，从而有效避免磁流变液沉降而引起的阻尼性能和减振效果下降的问题。但是该专利的螺旋结构行程较短，工作长度未发生明显的提升。

6、中国专利公开号为：cn115467910a，名称为：一种螺旋流动式磁流变离合器，其中，输入装置，用于接收外部力矩；输出装置，用于通过磁流变液将外部力矩转换为转矩，并输出转矩；挤压装置，用于控制转矩的大小。由此，具有抗冲击能力强、稳定、可靠等优点，并且可有效提高传递转矩。但是该专利的磁流变液流动方式只存在一个方向。

7、本发明的目的是提供一种螺旋对流式的扭矩增强型旋转式磁流变阻尼器；通过引入同时带有左旋螺旋线及右旋螺旋线的螺旋通道杆延长了阻尼工作通道，以增大磁流变液的有效工作面积，同时使得磁流变液能够发生相向流动，从而产生挤压效应，在防止材料沉降的同时提升了阻尼力矩。

技术实现思路

1、针对现有旋转式阻尼器扭矩输出较小的技术缺陷，本发明的目的是提供一种螺旋对流式的旋转式磁流变阻尼器，用以在达到防沉降效果的同时，提升旋转式阻尼器的输出扭矩。

2、通过引入同时具有左旋螺旋线以及右旋螺旋线的螺旋通道轴，使得磁流变液的有效工作通道得到加长，同时使得磁流变液能够发生相向流动，从而产生挤压效应，在防止材料沉降的同时实现阻尼力矩的提升。

3、为了实现上述目的，本发明实施提供的技术方案如下：

4、一种螺旋对流式的扭矩增强型旋转式磁流变阻尼器，包括螺旋通道轴、设置在螺旋通道轴两端位置处的阻尼器端盖、设置在阻尼器端盖之间的套筒、套设在螺旋通道轴外部的内缸筒及套设在内缸筒外部的外缸筒；所述螺旋通道轴左侧设置有左旋螺旋线，所述螺旋通道轴右侧设置有右旋螺旋线，所述外缸筒外壁饶设励磁线圈；所述内缸筒的轴面上左侧均匀设置有一组内缸筒左侧回流口，右侧均匀设置有一组内缸筒右侧回流口，以及中部均匀设置有一组内缸筒中部回流口；所述外缸筒及内缸筒的两端分别固定设在阻尼器端盖上，从而使螺旋通道杆与内缸筒、外缸筒、阻尼器端盖共同构成了磁流变液的工作间隙。

5、进一步的，内缸筒圆周方向上左侧均匀设置有8个内缸筒左侧回流口，右侧均匀设置有8个内缸筒右侧回流口，中部均匀设置有8个内缸筒中部回流口，用于磁流变液在螺旋通道以及剪切流通中的流通。

6、进一步的，所述内缸筒两端设置有内缸筒凸台，所述外缸筒两侧设置有外缸筒凸台，所述阻尼器端盖端部一相对位置设有端盖内凹环形孔，另一相对位置设有端盖环形孔；所述内缸筒通过内缸筒凸台插入两侧阻尼器端盖上的端盖内凹环形孔进行固定；所述外缸筒通过外缸筒凸台卡入两侧阻尼器端盖上的端盖环形孔进行固定。阻尼器端盖大径端设置有端盖内凹环形孔以及端盖环形孔。

7、进一步的，所述螺旋通道轴上设有两级轴肩，包括第一级轴肩及第二级轴肩；所述阻尼器端盖通过螺旋通道轴的第一级轴肩进行定位，所述螺旋通道杆第一级轴肩位置与阻尼器端盖之间设有油封，起到密封作用；所述螺旋通道轴第二级轴肩处设有轴承，轴承内表面与螺旋通道轴过盈配合，外表面与阻尼器端盖接触。

8、进一步的，所述阻尼器端盖外侧设有阻尼器盖板，所述阻尼器盖板通过螺钉与阻尼器端盖固定连接，所述套筒通过螺钉连接两侧阻尼器端盖，所述套筒的表面开有励磁线圈的进线口。

9、进一步的，所述阻尼器盖板、阻尼器端盖及套筒均由非导磁材料铝合金制造；所述螺旋通道轴、内缸筒及外缸筒均由导磁材料45#钢制造(导磁材料的选择将有利于所述励磁线圈产生的磁场能最大程度的穿过磁流变液的工作间隙)，励磁线圈采用铜线绕成。

10、进一步的，所述螺旋通道杆上的螺旋线为不同旋向(左、右旋螺旋线是螺旋通道杆上的一体结构，通过五轴机床加工而成)，使得磁流变液在工作间隙内发生相向流动，并在中部产生挤压效应，起到防止沉降、增大磁流变液工作时的有效剪切面积以及提升阻尼扭矩的作用。

11、进一步的，螺旋通道杆的左右两端设置有键槽连接旋转工件：

12、工作间隙中的磁流变液受到所述螺旋通道杆左旋螺旋线以及右旋螺旋线的推力作用，向螺旋通道轴中心流动，随后流经所述内缸筒的内缸筒中部回流口，因持续旋转而受到挤压推力的作用，在内缸筒与外缸筒中的磁流变液将向两端流动，流经内缸筒左侧回流口以及内缸筒右侧回流口之后，返回螺旋通道轴提供的螺旋通道中，构成流动的回路；

13、进一步的，若所述螺旋通道杆的旋转方向发生改变，磁流变液的流经路径也将发生逆向的改变；工作间隙中的磁流变液将受到所述螺旋通道杆左旋螺旋线以及右旋螺旋线的反向推力作用，向螺旋通道轴两侧流动，随后流经所述内缸筒的内缸筒左侧回流口以及内缸筒右侧回流口，因持续旋转而受到挤压推力的作用，在内缸筒与外缸筒中的磁流变液将向中心流动，之后流经内缸筒中部回流口，返回螺旋通道轴提供的螺旋通道中，构成回路；

14、进一步的，励磁线圈通电后，产生的磁场将受到由导磁材料加工而成的内缸筒、外缸筒和螺旋通道轴的吸引作用，构成磁感应回路，在工作间隙中的磁流变液收到磁场作用将产生磁流变效应，粘度增加，由液态变成类固态，阻碍工件的旋转，为工件的旋转提供阻尼扭矩。

15、进一步的，螺旋通道轴特有的结构，加大了旋转式阻尼器中磁流变液的有效剪切面积，在防止材料沉降的同时提升了阻尼性能。

16、通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、1)防沉降且阻尼扭矩大：通过在螺旋通道杆上同时设计左旋螺旋线及右旋螺旋线，使得磁流变液在螺旋通道中能够相向流动，在通道中部能产生液体挤压效应，提升了阻尼扭矩输出，同时螺旋结构的设计增大了有效剪切面积，在旋转的同时，有效防止了磁流变液的沉降。

18、2)转矩密度大：由于旋转式阻尼器本身工作模式的限制，转矩密度通常较小，针对于这一现状，引入螺旋通道杆能使得转矩及转矩密度实现同步提升。

19、3)本旋转式磁流变阻尼器结构、装配简单，性能稳定，磁场利用率较高，适用于机械臂工作时的减振缓冲领域。