Опора для демпфирования колебаний

Изобретение относится к машиностроению. Опора содержит первую камеру, выполненную с возможностью деформирования под действием колебаний и вторую камеру. Магнитореологическая жидкость перемещается между первой и второй камерами по каналу (60). Средство (11) для регулирования динамических характеристик содержит средство (12) для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости. Средство (12) содержит первую катушку (121) с множеством витков. Первая катушка (121) расположена снаружи канала (60) и содержит первый вкладыш (123), расположенный внутри витков. Первый вкладыш (123) пересекает стенку канала (60) и выступает внутрь канала (60) для вхождения в контакт с текучей средой. Обеспечивается возможность активного управления, которое может меняться с течением времени для адаптации к конкретным ситуациям. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к опоре для демпфирования колебаний, в частности к гидравлической опоре. Данный компонент применим, например, для содействия в присоединении двигателя к шасси дорожного транспортного средства, однако может иметь и другие применения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Гидравлические опоры как таковые хорошо известны из уровня техники и характеризуются наличием несжимаемой текучей среды (например, воды и гликоля), которая, вследствие приложения нагрузки к опоре, перемещается между первой и второй камерами по узкому каналу.

Общая черта всех гидравлических опор заключается в способности обеспечить повышение динамической жесткости и резкое увеличение эффекта демпфирования на конкретной частоте.

Например, они позволяют увеличить жесткость в случае напряжений, вызванных движением, таким как резкий поворот, или ударом по тормозам, одновременно обеспечивая при этом отличное демпфирование таких нагрузок как вибрации, вызванные работой двигателя.

Как правило, среди гидравлических опор различают втулки (где нагрузка преимущественно или исключительно прикладывается в радиальном направлении) и конусы (где нагрузка преимущественно или исключительно прикладывается в осевом направлении).

Каждая гидравлическая опора имеет предварительно заданную реакцию на напряжения, которая обусловлена ее геометрической формой. Из уровня техники известны различные типы опор, которые, в зависимости от геометрической формы, демонстрируют различную реакцию на напряжения. Таким образом, проектировщики выбирают наиболее подходящую опору с учетом конкретных требований.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В связи с вышеизложенным, техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в создании гидравлической опоры, обеспечивающей максимальную эксплуатационную гибкость, позволяющую изменять ее реакцию во времени, в зависимости от желаемых параметров.

Указанная техническая задача и отдельные цели изобретения по существу решены гидравлической опоры, содержащей технические признаки, изложенные в одном или нескольких пунктах прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны нижеследующего примерного и, соответственно, неограничивающего описания предпочтительного, но не исключительного, варианта осуществления опоры, проиллюстрированной на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее:

- фиг. 1 иллюстрирует фрагмент опоры согласно изобретению;

- фиг. 2, 3, 4 изображают вид в аксонометрии и два вида в ортогональных сечениях одного из вариантов осуществления изобретения;

- фиг. 5 изображает фрагмент одного из компонентов опоры с фиг. 2-4;

- фиг. 6 изображает в поперечном сечении еще один вариант осуществления изобретения;

- фиг. 7 и 8 иллюстрируют, соответственно, графики зависимости модуля и фазы динамической жесткости опоры от частоты напряжения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На прилагаемых чертежах номером позиции 1 обозначена опора для демпфирования колебаний.

Такая опора 1 содержит первую камеру 40, выполненную с возможностью деформирования под действием таких колебаний. Опора 1 также содержит вторую камеру 5; соответственно, вторая камера 5 также, по меньшей мере частично, является деформируемой.

Опора 1 дополнительно имеет канал 60, который обеспечивает сообщение первой и второй камер 40, 5. Канал 60 представляет собой узкий проход между первой и второй камерами 40, 5.

Соответственно, опора 1 содержит несжимаемую текучую среду, пригодную для перемещения между первой и второй камерами 40, 5 по каналу 60.

Текучая среда представляет собой магнитореологическую жидкость. Магнитореологическая жидкость является материалом, который демонстрирует изменение реологических свойств при приложении магнитного поля. Таким образом, приложение магнитного поля и его напряженность способны существенно изменить, обратимым образом, вязкость подобной текучей среды (при этом плотность не меняется).

Опора 1 содержит средство 12 для создания магнитного поля с целью возбуждения магнитореологической жидкости. Оно является частью средства 11, предназначенного для регулирования динамических характеристик самой опоры 1. Динамические характеристики определяют реакцию опоры 1 на принимаемые динамические вибрации и напряжения. При низком значении подаваемой энергии, в магнитореологических жидкостях можно получить устойчивое изменение вязкости; кроме того, изменение вязкости происходит практически мгновенно, в течение порядка нескольких миллисекунд. Интересным аспектом является то, что изменением вязкости текучей среды определяется изменение реакции опоры 1 на напряжения, в то время как сохраняется неизменной геометрическая форма самой опоры 1. На фиг. 7 и 8 представлены графики зависимости модуля и фазы динамической жесткости опоры, соответственно, от частоты напряжения; кривые с обозначением «а» относятся к более высокому значению вязкости, а кривые, с обозначением буквой «b» относятся к более низкому значению вязкости.

Соответственно, магнитореологические жидкости содержат ферромагнитные частицы, взвешенные в несущей текучей среде, зачастую в органическом растворе или воде. Ферромагнитные нано-частицы покрыты поверхностно-активным веществом для предотвращения их агломерации. Неограничивающим примером магнитореологической жидкости является MP жидкость MRF-132DG компании «Lord Corporation)).

Средство 12 для генерации магнитного поля и возбуждения магнитореологической жидкости может содержать первый электромагнитный контур. Это позволяет получить активную опору 1, в которой реакция опоры 1 может меняться в зависимости от команд, передаваемых средством 12 для генерации магнитного поля. Такие команды могут быть переданы, например, в зависимости от результатов измерений, полученных посредством одного или нескольких датчиков.

Средство 12 для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости содержит первую катушку 121, которая, в свою очередь, содержит множество витков. Первая катушка 121 также содержит первый вкладыш 123, расположенный, по меньшей мере частично, внутри витков. Соответственно, такой первый вкладыш 123 может быть изготовлен из ферромагнитного материала, предпочтительно стали. Благодаря магнитной проницаемости первого вкладыша 123 можно достигать высоких значений напряженности магнитного поля при низком значении силы тока, циркулирующего внутри первой катушки 121. Первая катушка 121 расположена снаружи канала 60. Первый вкладыш 123 находится в контакте с текучей средой. Соответственно, первый вкладыш 123 пересекает стенку канала и выступает внутрь канала 60 для вхождения в контакт с текучей средой.

Первый вкладыш 123 снимает текучую среду вдоль указанного канала 60. Первый вкладыш 123 расположен в первой зоне канала 60.

Средство 12 для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости содержит вторую катушку 122, которая, в свою очередь, содержит множество витков, и второй вкладыш 124, расположенный, по меньшей мере частично, внутри витков. Соответственно, второй вкладыш 124 является ферромагнитным. Он также снимает текучую среду вдоль указанного канала 60. Таким образом, второй вкладыш 124 входит в контакт с текучей средой.

Предпочтительно канал 60 имеет по меньшей мере стенку с первым отверстием, пересекаемым указанным первым вкладышем 123. По меньшей мере на таком первом отверстии канал 60 изготовлен из диамагнитного или парамагнитного материала.

Соответственно, второй вкладыш 124 также пересекает стенку, которая ограничивает канал 60 (предпочтительно, но не обязательно, это та же самая стенка, которую пересекает первый вкладыш 123).

Как показано в качестве примера на фиг. 1 или 5, канал 60 содержит кольцевой компонент, в котором предусмотрена канавка, по которой протекает рабочая текучая среда (известна в данной области техники как «инерционная дорожка»). Первый и/или второй вкладыши 123, 124 пересекают такой компонент.

Вышеописанные средства позволяют получить концентрированное магнитное поле. Вблизи первого вкладыша 123 (и второго вкладыша 124 и всех остальных вкладышей при наличии) магнитореологическая жидкость становится более густой, что приводит к увеличению среднего значения вязкости текучей среды и изменению динамических характеристик гидравлических опор.

На фиг. 2-6 средство 12 генерации явно не показано, будучи исключенным для простоты (оно может быть расположено как фиг. 1, или выступать наружу в левую часть фиг. 4 и 6).

Опора 1 предпочтительно представляет собой демпферную втулку 10. Втулка 10 содержит первый элемент 2 (патрубок или вал), второй элемент 3 (патрубок), охватывающий первый элемент 2, и эластомерное тело 4, помещенное между первым и вторым элементами 2, 3. Эластомерное тело 4 помещено радиально между первым и вторым элементами 2, 3. Соответственно, эластомерное тело 4 находится в контакте и с первым, и со вторым элементом 2, 3. Предпочтительно оно изготовлено из резины, предпочтительно вулканизированной резины. Как показано в качестве примера на прилагаемых чертежах, эластомерное тело 4, в свою очередь, представляет собой полый элемент, охватывающий первый элемент 2 вокруг его продольной оси. Первый и второй элементы 2, 3 имеют взаимно параллельные продольные оси удлинения. Первый и второй элементы 2, 3 предпочтительно изготовлены из металлического материала. Первая камера 40, по меньшей мере частично, ограничена эластомерным телом 4. В частности, первая камера 40 задана вогнутостью, выполненной изнутри по отношению к эластомерному тела 4. Первая камера 40 задана сочетанием эластомерного тела 4 и второго элемента 3.

Канал 60 предпочтительно проходит по криволинейной траектории. Канал 60 опционально содержит по меньшей мере один спиралевидный участок. Соответственно, различные витки являются компланарными. В альтернативном решении канал проходит по траектории в виде лабиринта, в котором различные дуги (сообщающиеся между собой) продолжаются внутри друг друга. Предпочтительно, такие дуги являются концентрическими и/или компланарными. Раскрытые выше средства позволяют удлинить указанную траекторию, причем с ограничением габаритов.

Далее, рассмотрено техническое решение, проиллюстрированное на фиг. 2-4.

Вторая камера 5 не контактирует с указанным эластомерным телом 4. В частности, вторая камера 5, по меньшей мере частично, ограничена гибкой мембраной 50. По сути, вторая камера 5 является гибкой камерой, в которой гибкая мембрана 50 способна перемещаться для компенсации движения несжимаемой текучей среды. Соответственно, вторая камера 5 является кольцевой. Вторая расширительная камера 5 вмещает в себя отсек 7. Втулка 1 содержит нижнюю часть 70 такого отсека 7, которая расположена между самим отсеком 7 и эластомерным телом 4. Таким образом, нижняя часть 70 разделяет отсек 7 и эластомерное телоа 4.

Предпочтительно гибкая мембрана 50 отделяет вторую камеру 5 от внешней зоны втулки 1, в которой находится воздух при атмосферном давлении.

Соответственно, полое пространство 43, на которое не воздействует несжимаемая текучая среда, расположено между первым и вторым элементами 2, 3. Предпочтительно, полое пространство 43 расположено между эластомерным телом 4 и вторым элементом 3. Тело 4 ограничивает полое пространство 43, по меньшей мере частично. Такое полое пространство 43 диаметрально противоположно первой камере 40 относительно первого элемента 2.

Эластомерное тело 4 содержит первый участок 41 и выступ 42, выдающийся консольно по направлению к первому участку 41. Первый участок 41 проходит по периметру и лежит напротив второго элемента 3. Полое пространство 43 проходит между первым участком 41 и выступом 42. Предпочтительно, полое пространство 43 охватывает выступ 42 с трех сторон.

В отсутствие внешних сил, действующих на втулку 10, первый элемент 2 является эксцентрическим относительно второго элемента 3.

По сути, поскольку эластомерное тело 4 не участвует в задании второй камеры 5, первый элемент 2 может быть расположен эксцентрически при отсутствии внешних сил, действующих на втулку 1. Фактически, как видно на фиг. 3, можно отметить, что первый элемент 2 будет иметь пространство для перемещения вверх, причем сделать это без сжатия второй камеры 5. Это позволяет получить мягкую втулку 10 в статических условиях. После соединения с массами, подлежащими демпфированию, первый и второй элементы 2, 3 становятся коаксиальными (в статических условиях).

Радиальное движение второго элемента 3 относительно указанного первого элемента 2 нагнетает текучую среду из первой камеры 40 ко второй камере 5 и возвращает за счет разряжения текучую среду из второй камеры 5 к первой камере 40. Вторая камера 5 накапливает несжимаемую текучую среду, однако не прикладывает силу нагнетания или всасывания, или, даже если это происходит, такое действие определенно меньше действия первой камеры 40. Текучая среда действует как резонансный элемент и позволяет увеличить жесткость в отношении предварительно заданного диапазона частот колебаний, подлежащих демпфированию.

Вторая камера 5 проходит радиально между внутренней кольцевой кромкой 81 и внешней кольцевой кромкой 82. Втулка 1 содержит металлическую створку 80, которая проходит радиально и соединяет внутреннюю кольцевую кромку 81 и внешнюю кольцевую кромку 82. Створка 80 имеет отверстие 83 для введения несжимаемой текучей среды во вторую камеру 5. Для закупоривания отверстия 83 предусмотрена заглушка (предпочтительно несъемная). Для введения несжимаемой текучей среды, сначала внутри второй камеры 5 и первой камеры 40 создают вакуум. В этот момент вводится несжимаемая текучая среда, и все закрывается (например, за счет вталкивания заглушки внутрь отверстия 83). Такая заглушка предпочтительно представляет собой металлическую пробку, вставленную с натягом в отверстие 83. Втулка 1 предпочтительно содержит дополнительную гибкую мембрану 51, которая ограничивает расширительную камеру 5. Как можно заметить на фиг. 2, мембрана 50 и дополнительная мембрана 51 ограничивают одну и ту же поверхность расширительной камеры 5. В проиллюстрированном примере мембрана 5 и дополнительная мембрана 51 расположены в виде двух дуг. Они разделены створкой 80, описанной выше, и соответственно также дополнительной створкой 800. Мембрана 50 и/или дополнительная мембрана 51 могут свободно двигаться в зависимости от давления в расширительной камере 5.

Далее со ссылкой на фиг.6 описано альтернативное техническое решение.

В данном случае эластомерное тело 4, по меньшей мере частично, ограничивает первую и вторую камеры 40, 5. Первый элемент 2 проходит вдоль продольной оси 20. Втулка 10 вдоль направления, обозначенного указанной продольной осью 20, проходит между первым и вторым концами 21, 22. Минимальное осевое расстояние между каналом 60 и первым концом 21 короче 1/5 длины всей опоры 1 при измерении вдоль указанной продольной оси 20. Таким образом, канал 60 находится рядом с концом первого элемента 2, что обеспечивает возможность легкого доступа к нему и, тем самым, способствует введению магнитореологической жидкости. Кроме того, это облегчает размещение средства 12 для генерации магнитного поля, сводя к минимуму его размеры.

Канал 60 в предпочтительном варианте ограничен пробкой 61, расположенной на осевом конце канала 60. Пробка 61 дополнительно имеет отверстие для доступа к внутреннему пространству указанного канала 60, причем указанное отверстие заткнуто несъемной заглушкой. Такое отверстие обеспечивает возможность всасывания воздуха, присутствующего в канале 60, и введения магнитореологической жидкости. Далее, отверстие затыкают несъемной пробкой.

Настоящее изобретение предусматривает получение целого ряда преимуществ. Во-первых, обеспечивается возможность активного управления опорой в зависимости от конкретных команд, поступающих с блока управления (например, блока управления транспортного средства). Позволяет реализовать активное управление, которое может меняться с течением времени, для адаптации к конкретным ситуациям.

Преимуществом воздействия на вязкость текучей среды, а не на инерционную дорожку 60, является повышение модуля динамической жесткости без изменения геометрической формы опоры и без изменения характеристической резонансной частоты опоры. Кроме того, это позволяет избежать применения электромагнитных частей, в результате чего удается увеличить прочность конечного продукта.

В рамках сущности изобретения предусмотрены всевозможные модификации раскрытых выше вариантов осуществления. Так, любые компоненты могут быть заменены их техническими эквивалентами. На практике все используемые материалы, а также размеры могут выбираться в зависимости от поставленных требований.

1. Опора для демпфирования колебаний, содержащая:

- первую камеру (40), выполненную с возможностью деформирования под действием указанных колебаний;

- вторую камеру (5);

- канал (60), обеспечивающий сообщение между первой и второй камерами (40, 5); и

- несжимаемую текучую среду, пригодную для перемещения между первой и второй камерами (40, 5) по указанному каналу (60);

при этом указанная текучая среда представляет собой магнитореологическую жидкость;

указанная опора (1) содержит регулировочное средство (11) для регулирования динамических характеристик опоры, которое, в свою очередь, содержит средство (12) для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости;

средство (12) для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости содержит первую катушку (121), которая, в свою очередь, содержит множество витков;

первая катушка (121) содержит также первый вкладыш (123), расположенный, по меньшей мере частично, внутри витков;

отличающаяся тем, что первая катушка (121) расположена снаружи канала (60); первый вкладыш (123) пересекает стенку канала (60) и выступает внутрь канала (60) для вхождения в контакт с текучей средой.

2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что первый вкладыш (123) является ферромагнитным.

3. Опора по п. 2, отличающаяся тем, что средство (12) для генерации магнитного поля для возбуждения магнитореологической жидкости содержит вторую катушку (122), расположенную снаружи указанного канала (60) и, в свою очередь, содержащую:

- множество витков; и

- второй ферромагнитный вкладыш (124), расположенный, по меньшей мере частично, внутри витков, и снимающий текучую среду вдоль указанного канала (60).

4. Опора по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что указанный канал (60), по меньшей мере частично, изготовлен из диамагнитного или парамагнитного материала.

5. Опора по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что указанный канал (60), по меньшей мере частично, изготовлен из пластикового материала или алюминиевого сплава.

6. Опора по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что указанный канал (60) содержит, по меньшей мере, стенку с первым отверстием, пересекаемым указанным первым вкладышем (123); по меньшей мере на этом первом отверстии канал (60) изготовлен из диамагнитного или парамагнитного материала.

7. Опора по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что представляет собой демпферную втулку (10), содержащую первый элемент (2), второй элемент (3), охватывающий первый элемент (2), и эластомерное тело (4), помещенное между первым и вторым элементами (2, 3), причем первый элемент (2) представляет собой патрубок или вал, а второй элемент (3) представляет собой патрубок; указанная первая камера (40), по меньшей мере частично, ограничена указанным эластомерным телом (4).

8. Опора по п. 7, отличающаяся тем, что вторая камера (5) ограничена, по меньшей мере частично, гибкой мембраной (50), которая не контактирует с указанным эластомерным телом (4), причем между первым и вторым элементами (2, 3) расположено полое пространство (43), не подверженное воздействию несжимаемой текучей среды, причем полое пространство (43) диаметрально противоположно первой камере (40) по отношению к первому элементу (2), причем в отсутствие внешних сил, действующих на втулку (10), первый элемент (2) является эксцентрическим по отношению ко второму элементу (3).

9. Опора по п. 7, отличающаяся тем, что эластомерное тело (4), по меньшей мере частично, ограничивает первую и вторую камеры (40, 5), причем втулка (10) проходит вдоль продольной оси (20) между первым и вторым концами (21, 22), и минимальное расстояние между указанным каналом (60) и указанным первым концом (21) меньше 1/5 длины всей втулки (10) при измерении вдоль указанной продольной оси (20).

10. Опора по п. 9, отличающаяся тем, что канал (60), по меньшей мере частично, ограничен пробкой (61), расположенной на первом конце (21) и проходящей поперек к продольной оси (20), причем пробка (61) имеет отверстие для доступа к внутреннему пространству канала (60), причем отверстие закупорено несъемной заглушкой.