磁流變式汽車減振器設計【含全套CAD圖紙】

《磁流變式汽車減振器設計【含全套CAD圖紙】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《磁流變式汽車減振器設計【含全套CAD圖紙】（58頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

購買設計文檔后加 費領取圖紙 本科學生畢業(yè) 設計 磁流變式汽車減振器設計 系部名稱： 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 黑 龍 江 工 程 學 院 二○ **年 *月 購買設計文檔后加 費領取圖紙 s 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 系部 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 是否外聘 □是■否 題目名稱 磁流變式汽車減振器設計 一、設計（論文）目的、意義 分析磁流變減振器的工作模式，結(jié)合現(xiàn)有汽車液壓筒 式減振器的結(jié)構(gòu)和工作特點，對磁流變減振器進行結(jié)構(gòu)設計，對磁流變減振器的磁路進行設計。 二、設計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） （一）主要設計內(nèi)容 磁流變減振器的磁路設計；減振器的結(jié)構(gòu)設計；對減振器的性能進行分析。 （二）主要技術(shù)指標、要求 零場粘度低，在相同剪切屈服應力的條件下，使磁流變的阻尼器調(diào)節(jié)范圍更大； 流變體的剪切屈服強度至少達 30相當寬的溫度范圍 ()具有良好的穩(wěn)定性；磁流變響應時間短 (毫秒級 )，使磁流變阻尼器能跟上控制系統(tǒng)的響應速度 ； 三、設計（論文）完成后應提交的成果 1、設計說明書一份， 2、 磁流變減振器裝配圖一張、零件圖若干張，折合三張 紙。對所設計的磁流變減振器進行性能仿真，分析仿真結(jié)果，小論文一篇。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 四、設計（論文） 進度安排 1、 進行文獻檢索查，查看相關資料，對課題的基本內(nèi)容有一定 的認識和 了解 。完成開題報告。第 1 2月 28日 ～ 3月 11日） 2、 初步確定設計的總體方案，討論確定方案 ；對磁流變減振器進行初步設計和選取。 第 3（ 3月 14日 ～ 4月 8日） 3、 提交設計草稿，進行討論，修定 。 第 7周 （ 4 月 11 日 ～ 4月 15日） 4、詳細設計液壓系統(tǒng)，設計非標件，繪制減振器裝配圖及零件圖。 第 8 4月 18日 ～ 5月20日） 5、 提交正式設計，教師審核 。 第 13 5月 23日 ～ 6月 3日） 6、 按照審核意見進行修改 。 第 15周 （ 6月 6日 ～ 6月 10日） 7、 整理所有材料，裝訂成冊，準備答辯 。 第 16 周 （ 6月 13 日 ～ 6月 17日） 五、主要參考資料 [1] 賀建民等，磁流變減振器的分析與設計，第五屆全國磁流變液及其應用學術(shù)會議， 2] 徐偉，汽車懸架阻尼匹配研究機減振器設計，農(nóng)也裝備與車輛工程， 3] 李連進，磁流變阻尼器的參數(shù)優(yōu)化與特征仿真，蘭州理工大學學報， 、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 : 磁流變式汽車減振器設計 院 系 名 稱 : 專 業(yè) 班 級 : 學 生 姓 名 : 導 師 姓 名 : 開 題 時 間 : 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 系部 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 是否外聘 □是 √ 否 題目名稱 磁流變式汽車減振器的設計 一、 課題研究 現(xiàn)狀、 選題 目的 和意義 （ 1）課題研究現(xiàn)狀 磁流變阻尼器因其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、響應速度快、消耗功率小、抗污染能力強和輸出力大、阻尼力連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點，它利用了磁流變液在磁場作 用下能在毫秒級的時間內(nèi)從牛頓流體轉(zhuǎn)變成具有一定屈服強度的黏塑性體的智能特性，僅需要很小的能量輸入就能產(chǎn)生較大的阻尼力，尤其適合在土木結(jié)構(gòu)的抗風抗震中應用。在汽車、機械、土木建筑等的振動領域得到了廣泛的應用和發(fā)展?，F(xiàn)有的磁流變阻尼器的工作模式有閥式、剪切式、擠壓式、剪切閥式。磁流變阻尼器已成為汽車半主動懸架系統(tǒng)中的研究熱點。 近幾年，對于磁流變阻尼器研究主要關于兩個方面，對磁流變阻尼器優(yōu)化方面的研究和對磁流變阻尼器控制策略的研究。 對于磁流變阻尼器研究關于優(yōu)化方面的內(nèi)容主要集中于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及磁路優(yōu)化等方 面?，F(xiàn)在就這兩方面內(nèi)容對其進行介紹。 1）磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 為了提高磁流變阻尼器的可調(diào)范圍和可控力值，需要對磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，以使其阻尼性能達到最佳。在早期的磁流變阻尼器的研究中，主要對單一目標函數(shù)進行優(yōu)化，以得到最佳的結(jié)構(gòu)關鍵尺寸，如間隙大小，有效長度及線圈匝數(shù)等。 西北工業(yè)大學的鄧長華等人對雙出桿磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，其僅選擇可調(diào)范圍作為目標函數(shù)，利用 化出線圈匝數(shù)、阻尼通道厚度以及阻尼通道長度。 西安交通大學的吳龍等人從磁流變阻尼器設計原理入手，采用 對稱理論模型對小型單出桿式磁流變阻尼器進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究。其選取推導出的有效長度公式為目標函數(shù)，利用 化工具箱進行優(yōu)化，確定相關參數(shù)值代回原阻尼力及可調(diào)范圍公式反復比對，已達到最佳效果。 對于阻尼力或可調(diào)范圍的這種單目標優(yōu)化，涉及到的設計參數(shù)比較少，在計算過程上僅從磁學角度考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)對阻尼力的影響，優(yōu)化的效果上講，具有一定的局限性。近幾年的結(jié)果優(yōu)化中出現(xiàn)了一些針對阻尼力和可調(diào)范圍等從力學和磁學雙重角度考慮的多目標優(yōu)化方法。 比較早的是煙臺大學的陳義寶等人采用灰色系統(tǒng)理論的關聯(lián)度計算 方法，對磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設計，其選定阻尼力可調(diào)范圍、粘性阻尼力和可調(diào)阻尼力作為優(yōu)化目標，利用優(yōu)化軟件庫 設計主要參數(shù)進行多目標參數(shù)優(yōu)化。 哈爾濱工業(yè)大學的關新春等人以阻尼力和可調(diào)信數(shù)為優(yōu)化目標，以磁流變阻尼器關鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)為變量，；利用多目標遺傳算法，在優(yōu)化軟件 對磁流變阻尼器進行優(yōu)化設計和分析。以及南京理工大學的張莉等人，安徽科技學院的易勇等人運用相應的軟件工具和方法，對磁流變阻尼器進行了相應的多目標優(yōu)化方面的研究。 2）磁流變阻尼器磁路優(yōu)化 磁流變阻尼器設計磁 路的目的是將磁通量引導并集中到環(huán)形間隙中的活性磁流變液區(qū)，最大限度地降低磁芯材料及非工作磁流變液區(qū)中的能量損失，保證足夠的橫截面積降低磁芯材料中的磁阻。在磁路的設計過程中，所得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果是多樣化的，而且每種結(jié)果使磁流變減振器發(fā)揮的效能并不一樣，所以必須對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，使磁路系統(tǒng)發(fā)揮最佳的功能。目前，多數(shù)采用 到優(yōu)化前后的磁感應強度圖，優(yōu)化后的磁路系統(tǒng)在阻尼環(huán)內(nèi)的磁場強度基購買設計文檔后加 費領取圖紙 本都垂直于磁流變液流動的方向，有效地減少漏磁，提高了磁場利用率。除此之外，西安石油大學的王治國等人 用正交試驗方法對磁流變阻尼磁路進行了優(yōu)化方面的研究，重慶工學院的富麗娟等人對電控信號變化的響應快、控制范圍大為設計目標用最小二乘法對磁流變阻尼器磁路進行了優(yōu)化方面的研究等等。 近年來，國內(nèi)外學者應用控制理論提供的方法在汽車半主動懸架控制系統(tǒng)的研究反面做了大量的研究工作。汽車半主動懸架是一個非線性系統(tǒng)，動力學模型參數(shù)具有不確定性，考慮到半主動懸架控制的實時性，提高系統(tǒng)的響應時間是非常關鍵的，不宜采用過于復雜的算法。目前，在汽車半主動懸架中應用的懸架主要有以下幾種： 1）天棚阻尼控制方法 天棚阻尼控制方法是 1974 年由美國 授提出的一種半主動懸架基本控制方法。該方法的原理是在車身上施加一個正比于車身絕對速度的阻尼力，通過合理選擇相關參數(shù)，可徹底清除系統(tǒng)共振現(xiàn)象。天棚阻尼控制法簡單、易行，但由于粘度特性的限制，理想的天棚控制效果是無法實現(xiàn)的，且阻尼系數(shù)的頻繁、小連續(xù)切換要求阻尼器具有較寬的頻率。 2）自適應控制方法 自適應控制研究始于 80 年代初，由于車輛懸架模型有誤差，存在非線性和受控車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，許多學者認識到自適應控制的必要性?；诰€性時不變控制方法能使系統(tǒng)當參數(shù)發(fā)生變化時，其性能趨于理性的系 統(tǒng)。它主要用于受控對象及其參數(shù)存在嚴重不確定性的情況。 3）最優(yōu)控制方法 最優(yōu)控制是半主動懸架控制中應用比較廣泛的一種方法。通過建立半主動懸架系統(tǒng)的狀態(tài)方程，考慮不同的性能指標并提出控制目標函數(shù)，來分析當汽車受到路面隨機激勵時，半主動懸架性能指標的最優(yōu)控制方案。應用于車輛懸架系統(tǒng)的最優(yōu)控制可以分為線性最優(yōu)控制，最優(yōu)預報控制等等。 4)智能控制方法 智能控制是一個新興的研究領域，善于解決那些傳統(tǒng)方法難解決的復雜系統(tǒng)的控制問題，并具有較強的容錯能力、學習能力、自適應能力和自組織能力，是一類無需人為干預就能獨立地 驅(qū)動智能機器，實現(xiàn)其目標的自動控制。它研究的對象不是被控對象而是控制器本身。智能控制主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及遺傳算法控制等。 （ 2）選題目的和意義 汽車在行駛過程中，由于路面的不平坦，導致作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力起伏波動，通過懸架傳遞到車身，從而產(chǎn)生振動與沖擊。這些振動與沖擊傳到車架與車身時可能引起汽車機件的早期損壞，傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受損傷，嚴重影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性以及車輛零部件的疲勞壽命。為了緩解沖擊，在汽車懸架中裝有彈性元件，但彈性系 統(tǒng)在沖擊時產(chǎn)生振動。持續(xù)的振動易使乘員感到不舒適和疲勞，因此汽車懸架中裝有阻尼器。 傳統(tǒng)被動懸架不能適應復雜的道路激勵和不斷變化的行駛工況，因此開發(fā)一種能夠根據(jù)路面情況和車輛運行狀態(tài)的變化、實時調(diào)節(jié)其特性，既能保證汽車的操縱穩(wěn)定性，又能使汽車的乘坐舒適性達到最佳狀態(tài)的智能懸架系統(tǒng)勢在必行。今年來，半主動懸架系統(tǒng)，能夠大幅度提高車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，非常適合用于車輛懸架系統(tǒng)的特點，使對它的研究有了較大發(fā)展。 磁流變阻尼器作為半主動懸架的執(zhí)行元件，以磁流變液為介質(zhì)，通過對輸入電流的控制，使其外加磁場強度 發(fā)生變化，進而可在毫秒級使磁流變液的磁流性能發(fā)生變化，實現(xiàn)流體和半固體之間的轉(zhuǎn)變，從而能夠提供可控阻尼力，因此，對雙筒式磁流變阻尼器的設計以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究十分的必要。 分析磁流變減振器的工作模式，結(jié)合現(xiàn)有汽車液壓筒式減振器的結(jié)構(gòu)和工作特點，對磁流變減振器進行結(jié)構(gòu)設計，對磁流變減振器的磁路進行設計。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 二、設計（論文） 的基本內(nèi)容 、 擬解決的主要問題 1、主要設計內(nèi)容 （ 1）磁流變減振器的磁路設計； （ 2）減振器的結(jié)構(gòu)設計； （ 3）對減振器的性能進行分析，磁流變減振器進行性能仿真，分析仿真結(jié)果。 2、擬解決 的主要問題 （ 1）設計是在利用簡化模型設計出磁路結(jié)構(gòu)的基礎上，對減振器進行磁飽和分析。 （ 2）確定減振器幾個主要結(jié)構(gòu)尺寸對磁飽和現(xiàn)象的影響，在此基礎上對磁路結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化，以避免磁飽和現(xiàn)象過早發(fā)生，提高減振器的阻尼力可調(diào)范圍。 （ 3）磁流變減振器結(jié)構(gòu)材料的選擇。 （ 4）磁流變阻尼器的動態(tài)范圍的確定。 （ 5）阻尼間隙的選取對減振器性能的影響，阻尼通道有效長度的選取對減振器性能的影響。 三、技術(shù)路線（研究方法） 四、 進度安排 1、進行文獻檢索，查看相關資料，對課題的基本內(nèi)容有一定的認識了解。完成開題報告。第 12月 28日 — 3月 11 日） 2、初步確定設計的總體方案，討論確定方案；對磁流變減振器進行初步設計和選取。第 3（ 3月 14日 — 4月 8日） 調(diào)查研究 數(shù)據(jù)計算、分析、處理 減振器工作要求、主要技術(shù)指標的分析 磁流變減振器結(jié)構(gòu)設計、磁路 設計 磁流變減振器性能進行性能優(yōu)化仿真 確定最終設計結(jié)果 基于 型的平板結(jié)構(gòu)模型 工作缸外徑、內(nèi)徑以及活塞桿直徑基本尺寸確定。阻尼間隙、活塞有效長度、線圈匝數(shù)確定 一定振幅和頻率正弦激勵下的阻尼力 尼力 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3、提交設計草稿，進行討論，修正。第 7周（ 4月 11 日 — 4月 15日） 4、詳細設計液壓系統(tǒng)，設計非標件，繪制減振器裝配圖及零件圖。第 8（ 4 月 18 日 — 5 月 20日） 5、提交正式設計，教師審核。第 135月 23 日 — 6月 3日） 6、按照審核意見進行修改。第 15 周（ 6月 6日 — 6月 10日） 7、整理所有材料，裝訂成冊，準備答辯。第 16 周（ 6月 13 日 — 6月 17日） 五、 參考文獻 [1]賀建民等，磁流變減振器的分析與設計，第五屆全國磁流變液及其應用學術(shù)會議， 2]徐偉，汽車懸架阻尼匹配研究機減振器設計，農(nóng)也裝備與車輛工程， 3]李連進，磁流變阻尼器的參數(shù)優(yōu)化與特征仿真，蘭州理工大學學報， 4]廖昌榮汽車懸架系統(tǒng)磁流變阻尼器研究 [學位論文 ]2001 [5]王棋民 金建峰磁流變液的流變性能及其工程應用 [期刊論文 ] 2002（ 3） [6]關新春，歐進萍 2001,20（ 1）： 57]王金鋼，等 J]2006,34（ 10）： 198]蒙延佩，等 J]2006（ 5）： 7689]司誥，等 J]2006（ 5）： 83110]蔣建東 張博適用于車輛的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器研究 [期刊論文 ]005（ 1） [11]徐永興 磁流變減振器優(yōu)化的設計計算 [J]2004， 38（ 8）： 142312]王乾龍 李延成磁流變阻尼器設計中的基本問題分析 [期刊論文 ]004（ 11） [13]郭大蕾車輛懸架振動的神經(jīng)網(wǎng)絡半主動控制 [學位論文 ]2001 [14] Y, of a ia a 002,8(4):527 [15],r D,et R 002,24:309、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 摘 要 磁流變阻尼器作為優(yōu)秀的半主動控制器件，已被廣泛運用于各種場合的振動控制。為改善汽車的乘坐舒適性和行駛安全性，提出一種汽車磁流變半主動懸架的控制策略。采用磁流變減振器的車輛半主動懸架系統(tǒng)，由于磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、反應迅速且阻尼可調(diào)，正在成為新型車輛懸掛的發(fā)展方向，本文基于磁流變可控流體本構(gòu)關系的 型，對影響車用磁流變減振器的阻尼力的各種因素進行了綜合分析。本文中介紹車用阻尼器的應用與研究現(xiàn)狀；磁流變液的組成及磁流變效應基本原理，分析磁流變減振器的工作原理及其數(shù)學模型，結(jié)合國內(nèi) 外最新研究成果，綜述用于汽車懸架的 制方法。磁流變液作為流變學特性可控的一種智能材料，應用十分的廣泛。 關鍵詞： 半主動懸架 ； 磁流變效應 ； 磁流變減振器 ； 仿真模型；磁流變液 is of of to of be an of in of of a is of RF of as as of of of of of a of 龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 目 錄 摘要 ......................................................................................................................................... ? ............................................................................................................................... Π 第 1 章 緒論 ....................................................................................................................... 1 述 .......................................................................................................................... 1 流變液的研究 ...................................................................................................... 1 流變阻尼器研究現(xiàn)狀 .......................................................................................... 2 究的主要內(nèi)容 ...................................................................................................... 3 第 2 章 磁流變阻尼器的 力學模型 ............................................................................. 5 ....................................................................................... 5 流變阻尼器工作模式 .......................................................................................... 6 數(shù)計算模型 .......................................................................................................... 7 章小結(jié) .................................................................................................................. 9 第 3 章 磁流變阻尼器的設計 ..................................................................................... 10 路設計的影響因素 ............................................................................................ 10 .............................................................................................. 10 磁分析 ..................................................................................................... 11 .......................................................................................... 12 .............................................................................................................. 13 .......................................................................... 13 ...................................................... 13 ...................................... 13 .......................................................................................... 14 ..................................................................................... 14 ..................................................................................... 15 .......................................................................................... 15 結(jié)構(gòu)優(yōu)點 .............................................................................. 16 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 ..................................................................................... 16 .................................................................................. 16 .......................................................................................... 17 ............................................................................................. 19 路的計算 ................................................................................................. 19 作缸的計算 ........................................................................................................ 20 章小結(jié) ................................................................................................................ 22 第 4 章 磁流變減振器基于 仿真分析 .................................................. 23 ..................................................................................... 24 ..................................................................................... 28 ................................................................................................................. 29 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 31 參考文獻 ............................................................................................................................ 32 致 謝 ............................................................................................................................ 33 附 錄 ............................................................................................................................ 34 附錄 .................................................................................................... 34 附錄 .................................................................................................... 37 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 述 汽車在行駛過程中，由于路面的不平坦，導致作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力起伏波動，通過懸架傳遞到車身，從而產(chǎn)生振動和沖擊。這些振動和沖擊傳到車架與車身時可能引起汽車機件的早期損壞，傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒服，貨物也可能受損傷，嚴重影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性以及車輛零部件的疲勞壽命。為了緩解沖擊，在汽車懸架中裝有彈性元件，但彈性系統(tǒng)在沖擊時產(chǎn)生振動。持續(xù)的振動易使乘員感到不舒適和疲勞，因此汽車懸架中裝有阻尼器。 傳統(tǒng)被動懸架不能適應復雜的道路激勵和不斷變化的行駛工況，因此開發(fā)一種能夠根據(jù)路面情況和車輛運行狀態(tài)的變化、實時調(diào)節(jié)其特性，既能保證汽車的操縱穩(wěn)定性，又能使汽車的乘坐舒適性達到最佳的狀態(tài)的智能懸架系統(tǒng)勢在必行。近年來，半主動控制懸架系統(tǒng)，能夠大幅度提高車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，非常適合用于車輛懸架系統(tǒng)的特點，使對它的研究有了較大發(fā)展。 磁流變阻尼器作為半主動控制懸架的執(zhí)行元件，以磁流變液為介質(zhì)，通過對輸入電流的控制，使其對外加磁場強度發(fā)生改變，進而可在毫秒級使磁流變液的流變性能發(fā)生變化，實現(xiàn)流體和半固體 之間的轉(zhuǎn)變，從而能夠提供可控阻尼力，其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、相應迅速、消耗功率小和輸出力大等優(yōu)點。目前國內(nèi)外對雙筒式磁流變阻尼器研究內(nèi)容較少，因此，對雙筒式磁流變阻尼器的設計以十分必要。 流變液的研究 所謂磁流變液（ 是一種在外加磁場的作用下起粘性和塑性等流變特性發(fā)生急劇變化的材料。其基本特征是在外加磁場的作用下載毫秒的時間內(nèi)能夠快速、可逆地從自由流動的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w，并且呈現(xiàn)可控的屈服強度。 磁流變液主要由三部分組成，他們分 別為軟磁性顆粒、載液以及為了防止磁性顆粒沉降而添加的在總組成成分中所占比例很少的添加劑。 1） 軟磁性顆粒 軟磁性顆粒主要由鐵鈷合金、鐵鎳合金、羥基鐵等常規(guī)的性能優(yōu)良的顆粒，使用最多的磁性顆粒為羥基鐵粉，因為它是工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量大、價格便宜，一般成球狀，直徑尺寸為 1具有如下特點： 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 2 （ 1）高磁導率，這可以使顆粒在較小的外磁場下，便可磁化成具有較大磁能的顆粒，從而產(chǎn)生較大的剪切屈服強度，以滿足磁流變液低能耗的性能指標； （ 2）低磁矯頑力，即具有良好的退磁能力，基本上不存在剩磁，這是磁流變液可以恢復零磁場 狀態(tài)的要求； （ 3）體積小、內(nèi)聚力小； （ 4）具有高飽和磁化強度。 ２）載液 可用作載液的液體有硅油、礦物油、合成油、水合乙二醇等，對載液的要求是溫度穩(wěn)定性好、非易燃，且不會造成污染，其具有一下特征： （ 1）高沸點、低凝固點，這可以保證磁流變液有較高的工作溫度范圍，在工作過程中，使磁流變的物理、化學性能穩(wěn)定； （ 2）高密度，縮小載液體與磁極化粒子的密度差解決磁流變液沉淀問題的最有效的方法； （ 3）低粘度，確保磁流變液具有零磁場粘度低的要求，使磁流變器件具有更大的調(diào)劑范圍； （ 4）化學穩(wěn)定性好； （ 5）具備較 高的擊穿磁場； （ 6）無毒、無異味、價格低廉。 流變阻尼器研究現(xiàn)狀 磁流變阻尼器因其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、響應迅速、消耗功率小、抗污染能力強和輸出力大、阻尼力連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點，在汽車、機械、土木建筑等的振動領域得到了廣泛的應用和發(fā)展。目前，磁流變阻尼器已取得了廣泛地發(fā)展和應用，其結(jié)構(gòu)形式的研發(fā)也層出不窮，根據(jù)設計結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的時間順序，可分為常規(guī)磁流變阻尼器、改進新型磁流變阻尼器以及全新型磁流變阻尼器。 常規(guī)磁流變阻尼器，即根據(jù)磁流變阻尼器的工作模式而設計出，單級活塞線圈內(nèi)置式磁流變阻尼器。重慶大學的 廖昌榮、余淼等人是國內(nèi)最早研究磁流變阻尼器的研究人員，他們根據(jù)磁流變體的 型描述，提出了混合工作模式的汽車磁流變減振器的設計原理，如圖 塞在工作缸內(nèi)作往復直線運動，利用線圈產(chǎn)生的磁場來控制磁流變液在阻尼通道中的流動，對減振器的阻尼力實現(xiàn)控制。并且按照長安微型汽車的技術(shù)和磁流變液體的性能設計和制作了微型汽車磁流變減振器，并根據(jù)長安微型汽車前懸架減振器的技術(shù)條件對此進行了實驗測試。 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 3 圖 合模式磁流變阻尼器工作原理 佛山大學汪建曉以及華南理工大學王世旺等人研制了一種自定心擠壓式磁流 變彈性阻尼器。以上幾種磁流變阻尼器的設計都是在磁流變阻尼器幾種工作模式基礎上研制出來的單級活塞，線圈內(nèi)置換繞的磁流變阻尼器。 哈爾濱工業(yè)大學的涂奉臣、陳照波等人根據(jù)工程上出現(xiàn)的常規(guī)阻尼器在高頻振動是剛度硬化現(xiàn)象，使高頻傳遞率增大而提出一種帶有解耦結(jié)構(gòu)的新型磁流變阻尼器，其結(jié)構(gòu)上的改動并不大，只是將活塞與活塞桿分開，然后利用解耦機構(gòu)將活塞與活塞桿連接起來，其解耦結(jié)構(gòu)由兩個限位擋板和兩個螺旋彈簧組成。 南京林業(yè)大學的徐曉美等人提出了一種線圈繞于工作缸外的新型磁流變阻尼器。為了避免將激勵線圈繞于工作缸外，磁流變阻 尼器中大部分磁力線將平行于磁流變液的流動方向，而無法滿足磁流變液產(chǎn)生剪切屈服強度的現(xiàn)象，此結(jié)構(gòu)在工作缸外增加了磁靴結(jié)構(gòu)，既減少了漏磁，又引導磁路使磁力線垂直于磁流變液流動的方向 。 寧波大學的蘇會強等人根據(jù)磁流變液在磁場作用下可進行固 計了一種回轉(zhuǎn)式阻尼器。并建立了相應的阻尼器力矩模型。 究的主要內(nèi)容 本文主要內(nèi)容是對普通的汽車用減振器進行改進，在原有的雙筒減振器的基礎上增加上線圈和磁流變液，其主要的結(jié)構(gòu)尺寸工作缸的外徑和內(nèi)徑、活塞的直徑等都沒有發(fā)生變化，在原有的這些數(shù)據(jù)的基礎上加上了 線圈和線圈活塞，對線圈的匝數(shù)，工作間隙的大小，磁路的設計等方面進行了研究和設計。在查閱資料的基礎上，選定了工作模式和阻尼器的力學模型。在給定的工作要求的情況下，對一些重要的部件進行黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 4 了校核，最后對設計的磁流變減振器進行了仿真優(yōu)化。 主要包括對磁路的設計、結(jié)構(gòu)的設計和最后的仿真分析。 （ 1） 磁路的設計 在磁流變減振器的設計過程中，磁路的設計是一個很重要的環(huán)節(jié)，決定了磁流變減振器工作范圍和效率的大小，在磁路的設計過程中，還要重視對材料的選擇，以避免磁阻和漏磁的過大，使減振器不能達到預期的低耗和工作范圍寬的目的。選擇合適就算模型，就本身的實際出發(fā)選擇最優(yōu)的形式，使得減振器在工作過程中能達到設計的要求。 （ 2） 結(jié)構(gòu)的設計 磁流變減振器是基于普通的雙筒減振器改變而來的，其中的外形結(jié)構(gòu)和活塞桿的尺寸都沒有改變，可按照某微型汽車的原始減振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設計，不同點在于，內(nèi)部增加了線圈和纏繞線圈的活塞，這些是需要設計和計算的，也是本論文設計的又一個重點，基于混合模式的磁流變減振器的基礎上，在活塞上開有若干個環(huán)槽來增加阻尼力，使減震器的阻尼力增大。 （ 3） 仿真 基于 最終的參數(shù)進行比對分析，并得 出仿真的結(jié)果。 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 5 第 2 章 磁流變阻尼器的力學模型 流變液效應及流變機理 20 世紀 40 年代 次發(fā)現(xiàn)磁流變現(xiàn)象。在零磁場作用下，磁流變液表現(xiàn)為牛頓流體的特征，其剪切應力等于粘度與剪切率的乘積，在外加磁場的作用下，磁流變液表現(xiàn)為賓漢姆流體的特征，其剪切應力由液體的粘滯力和屈服應力兩部分組成，其流變特性的改變表現(xiàn)為屈服應力隨磁場強度的增加而單調(diào)增加，而液體的粘度不變，當外加磁場達到某臨界值時，磁流變液停止流動達到固化，當去掉外加磁場時，它又恢復到原來的狀態(tài)， 其響應時間僅為幾毫秒。磁流變液的這種隨外加磁場強度變化而改變流變特性的現(xiàn)象被稱為磁流變效應。 磁流變效應是磁流變技術(shù)和磁流變液走向工程應用的基礎，它具有下列特性： （ 1）在外加磁場的作用下，磁流變液的表觀粘度發(fā)生變化的過程是連續(xù)的、無級的，但這一變化過程是非線性的。 （ 2）在外加磁場的作用下，某磁場強度下，流體停止流動達到固化，當去掉外加磁場時，流體又恢復到原來的狀態(tài)，磁流變體的由液態(tài)轉(zhuǎn)換成固態(tài)是可逆的，若這一轉(zhuǎn)化過程是不可逆的話，他的工程應用價值將會受到極大的影響。 （ 3）磁流變效應對雜質(zhì)不敏感。 （ 4） 可以采用低壓，大電流的信號來控制磁場強度的強弱，從而控制磁流變效應，這種控制是安全且容易實現(xiàn)的。 （ 5）在外加磁場的作用下，磁流變體產(chǎn)生磁流變效應的響應時間為毫秒級，這一特性能夠滿足車輛懸架振動控制的要求。 （ 6）磁流變效應所需的能耗較低，即使發(fā)生液體與固體之間的轉(zhuǎn)換也不會吸收或者放出大量的能量，這為磁流變液在車輛工程中的應用提供了方便。 （ 7）在外加磁場的作用下磁流變液體的表觀粘度發(fā)生的變化時可控制的，這一特性為人們提供了工程應用的基礎。 在顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)，在零磁場下，磁流變液的顆粒分散是雜亂的，而 在磁場作用下分布卻是有規(guī)律的，且沿磁場方向成鏈束狀排列，其作用原理如圖 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 6 圖 流變顆粒零磁場下的作用原理圖 這種顆粒在磁場下成鏈的原因存在很多的假說，但具有代表性的為場致偶極矩理論。該理論認為在外加磁場的作用下，磁流變體的磁極化是產(chǎn)生磁流變效應的原因。而磁流變流體的變稠和產(chǎn)生抗剪屈服現(xiàn)象，也是由于磁場引起的作用力形成的。整個磁流變效應的發(fā)生過程是：磁場作用下分散顆粒發(fā)生磁極化，形成偶極子現(xiàn)象，帶有偶極矩的顆粒產(chǎn)生定向運動，顆粒在磁力的作用下定向排列，顆粒從無序隨機狀態(tài)到有序化、成鏈、 成束或形成某種結(jié)構(gòu)，對外呈現(xiàn)明顯的表觀粘度增大、凝固以及剪切屈服應力，即磁流變效應。在磁場作用下固體顆粒的磁極化是產(chǎn)生磁流變效應的主要因素。 在外加磁場作用下，顆粒發(fā)生上述所述的磁極化現(xiàn)象，于是定向移動形成偶極子鏈。當外加磁場強度較弱時，鏈數(shù)量少、長度短、直徑也較細，剪斷它們所需外力也較小。隨著外加磁場強度的不斷增加，取向與外加磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇開始向外磁場方向旋轉(zhuǎn)，磁流變液中鏈的數(shù)量增加，長度增加，直徑變粗，磁流變液對所表現(xiàn)的剪切應力增強，再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇沿外加磁場方向整齊排 列，磁極化達到飽和，磁流變液的剪切應力也達到飽和。磁流變液的屈服應力值隨外加磁場的增加而增加。但當達到某一飽和值時，如果再增加磁場強度，磁流變液的力學性質(zhì)便會基本上不會改變，即達到了飽和磁場下的動態(tài)屈服應力。 流變阻尼器工作模式 磁流變阻尼器是一種以磁流變液為介質(zhì)的半主動控制阻尼器，通過對輸入電流的控制，使其外加磁場強度發(fā)生變化，進而可在毫秒級使磁流變液的流變性能發(fā)生變化，實現(xiàn)流體和半固體之間的轉(zhuǎn)變，從而能夠提供可控阻尼力的目的。當磁流變液流過活塞流過阻尼器上下兩腔時，由于磁流變阻尼器活塞與工作缸 之間的間隙很小，因此磁黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 7 流變液流過的區(qū)域可以近似看似為流過一個無限大的平行金屬板，由于流體力學特性，可將磁流變阻尼器工作模式分為四種類型，他們分別是閥式、剪切式、擠壓式以及剪切閥式，如圖 圖 流變阻尼器工作模式示意圖 （ 1）閥式（ 磁流變液在壓力的作用下流過固定不動的兩極板之間，外加磁場垂直穿過極板作用于磁流變液，從而使磁流變液的流動特性發(fā)生變化而產(chǎn)生阻尼力的變化。 （ 2）剪切式（ ,磁流變液流過相對運動的兩極板之間，外加磁場垂直穿過 極板作用于磁流變液，這種運動使磁流變液產(chǎn)生剪切力，從而使磁流變液的流動特性發(fā)生變化而產(chǎn)生阻尼力的變化，流動阻力的變化通過外加磁場控制。 （ 3）擠壓式（ 磁流變液在上下運動極板的作用下向四周流動，極板移動反向與磁場方向相同，磁場方向與磁流變液流動方向垂直，從而使磁流變液的流動特征發(fā)生變化而產(chǎn)生阻尼力的變化，流動阻尼力的變化通過外加磁場控制。 （ 4）剪切閥式（ ,也稱混合式，磁流變液即像閥式那樣在壓力作用下通過兩極板，又像剪切式那樣受到兩極板相對 運動時產(chǎn)生剪切作用，從而使磁流變液的流動特性發(fā)生變化而產(chǎn)生阻尼力的變化，流動阻尼力的變化通過外加磁場控制。 數(shù)計算模型 剪切閥式磁流變阻尼器工作于剪切和流動的組合模式，具有結(jié)構(gòu)簡單、磁路設計黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 8 方便、出力大等優(yōu)良特性，其工作原理為阻尼器內(nèi)腔充滿了磁流變液，活塞在工作缸內(nèi)作往復直線運動，活塞與缸體發(fā)生相對運動，擠壓磁流變液迫使其流過缸體與活塞間的間隙，在沒有外加磁場作用下，磁流變液以牛頓流體作粘性流動，符合牛頓流體的本構(gòu)關系；當加上磁場后，磁流變液就會瞬間由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)檎乘荏w，粘度呈數(shù)量級地提高，流體 的流動阻力增加，表現(xiàn)為具有一定屈服力的類似固體的本構(gòu)關系。此時磁場對磁流變液的作用可用 構(gòu)關系進行描述，如圖 本構(gòu)關系方程為： 圖 型 ?? ?????? ???????? ?? 22224032 （ 式中參數(shù) 文 c=2，因此剪切閥式磁流變阻尼器阻尼力為： ?? ?????? ???????? ?? 24224032 公式 可以改為： ??? 0??（ 024 p ??????? ?? ???（ )(? ?????? ?? （ 從上式可以看出磁流變阻尼器的阻尼力由兩部分組成，一部分由液體流動時液體粘性產(chǎn)生的粘滯阻尼力，而另一部分由磁流變效應產(chǎn)生的庫倫阻尼力組成。當阻尼器幾何尺寸確定后，假設磁流變液的粘度系數(shù)為常數(shù)，粘滯阻尼力只是活塞運動速度的函數(shù)，而庫倫阻尼力只是磁流變液屈服應力的函數(shù)，屈服應力受磁場強度控制，因而黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 9 可以認為庫倫阻尼力只是勵磁電流的函數(shù)。 章小結(jié) 本章主要論述了磁流變阻尼器的力學模型，說明了磁流變阻尼器中磁流變液在工作過程中的機理，介紹了 學模型，簡要說明了磁流變阻尼器的機構(gòu)和工作原理。分析了現(xiàn)有的幾種工作模式，并最后選擇了混合式的工作模式。闡述了阻尼力的求導原則。 黑龍江工程學院本科 生 畢業(yè)設計 10 第 3 章 磁流變阻尼器的設計 磁流變阻尼器是一種以磁流變液為介質(zhì)的半主動控制阻尼器，其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、響應迅速、消耗功率小、抗污染能力強和輸出力大等優(yōu)點。本文對基于剪切閥工作模式的雙筒式磁流變阻尼器進行設計。 磁流變阻尼器設計應該滿足以下設計準則：外加垂直于磁流變液流動方向的磁場對產(chǎn)生磁流 變效應的貢獻應最大，而平行于磁流變液流動方向的磁場則對產(chǎn)生磁流變效應的貢獻最小。在采用剪切模式、流動模式和擠壓模式的阻尼器式，磁力線的方向必須垂直于阻尼通道