磁流變式汽車減振器設計本科學位論文

PAGE20PAGEIIPAGEI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關系的Bingham模型，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MR減振器的仿真模型、控制方法。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

ABSTRACTMagnetorheologicaldamperisoneofthemostexcellentnewdevicesforsemi-activecontrol.Acontrolstrategyofautomobilemagneto-rheologicalsemi-activesuspensionwasproposedtoimprovetheridingcomfortablenessandtravelingsafetyofautomobile.Mage-torhologicaldamperswillbeanidealcomponetofsemi-activevibrationcontrolinvehiclesuspensionsystemforreasonsofstructure,smallvolume,energysaving,rapidresponseandsmoothdamping.Inthispaper,basedonBinghammodel,thedampingforceofaMRFda-mperisanalyzed.AndallthefactorsthataffectthedampingforceofanMRFdamperarediscussed.Inadditiontheapplicationandresearchstatusofautomobiledamperwereintro-duceaswellastheprincipleofmagneto-rheologicaleffectandthecompositionofthemag-neto-rheologicalfluid.Workingprinciplesandmodelsoftheautomobilemagneto-rheologi-acldamperwasanalyzedandthefuturefocuswasdiscussedaftersummaringthesimulationmodels,controlmethodandtestingtechnologyofautomobilemageneto-rheologiacldamperofautomobilesuspensionAsakindofcontrollablesmartmaterial,magneto-rheologicalfluidhasgainedtheextensiveattention.Keywords:Semi-activesuspension；Magneto-rheologicaleffect；Magneto-rheologicaldamper；Simulationmodel；Magneto-rheologicafluid黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u6658摘要 ?5979Abstract Π15045第1章緒論 1247261.1概述 1224411.2磁流變液的研究 1119851.3磁流變阻尼器研究現(xiàn)狀 2210911.4研究的主要內(nèi)容 34605第2章磁流變阻尼器的力學模型 591992.1磁流變液效應及流變機理 5196582.2磁流變阻尼器工作模式 68512.3參數(shù)計算模型 794302.4本章小結(jié) 910147第3章磁流變阻尼器的設計 1113213.1磁路設計的影響因素 1099843.1.1密封件的選擇 1035083.1.2漏磁分析 11170563.1.3磁性材料的選擇 12163053.1.4退磁 13123353.1.5磁流變阻尼器的動態(tài)范圍 13138443.1.6阻尼間隙的選取對阻尼器性能的影響 13130533.1.7阻尼通道有效長度的選取對阻尼器性能的影響 1347143.1.8磁路結(jié)構的分析 14112233.2磁流變減振器線圈的設計 14189143.3磁流變減振器的結(jié)構設計 15154913.3.1結(jié)構方案的確定 1569833.3.2磁流變減振器結(jié)構優(yōu)點 16174583.4磁流變減振器磁路的設計 16323183.4.1有關參數(shù)的初步確定 16257003.4.2已有參數(shù)的確定 1774293.5磁路相關參數(shù)的計算 19312523.5.1磁路的計算 19136953.6工作缸的計算 2154173.7本章小結(jié) 2225430第4章磁流變減振器基于Matlab的仿真分析 2421724.1減振器的阻尼力計算模型 2493364.2磁流變減振器的仿真分析 28161094.3本章小結(jié) 2912863結(jié)論 319832參考文獻 3223803致謝 3318377附錄 3417599附錄A外文文獻原文 346894附錄B外文文獻翻譯 37PAGE14第1章緒論1.1概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。1.2磁流變液的研究所謂磁流變液（MagnetorheologicalFluid,MFR），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。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1-10微米，其具有如下特點：（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??；（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。1.3磁流變阻尼器研究現(xiàn)狀磁流變阻尼器因其具有結(jié)構簡單、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)構形式的研發(fā)也層出不窮，根據(jù)設計結(jié)構出現(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Bingham模型描述，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1.1活塞在工作缸內(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條件對此進行了實驗測試。圖1.1混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)構的新型磁流變阻尼器，其結(jié)構上的改動并不大，只是將活塞與活塞桿分開，然后利用解耦機構將活塞與活塞桿連接起來，其解耦結(jié)構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)構在工作缸外增加了磁靴結(jié)構，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-液轉(zhuǎn)換的特點，設計了一種回轉(zhuǎn)式阻尼器。并建立了相應的阻尼器力矩模型。1.4研究的主要內(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)構的設計和最后的仿真分析。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。結(jié)構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。仿真基于Bingham基礎上運用Matlab進行仿真分析，對最終的參數(shù)進行比對分析，并得出仿真的結(jié)果。第2章磁流變阻尼器的力學模型2.1磁流變液效應及流變機理20世紀40年代Rabinow首次發(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2.1所示。圖2.1磁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，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。2.2磁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2.2所示。圖2.2磁流變阻尼器工作模式示意圖（1）閥式（valvedmode），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（shearingmode）,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（squeezedmode），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（shearing-valvemode）,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。2.3參數(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)構簡單、磁路設計方便、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關系。此時磁場對磁流變液的作用可用Bingham本構關系進行描述，如圖2.3，其本構關系方程為：圖2.3Bingham模型（2.1）式中參數(shù)c變化范圍2-3，本文c=2，因此剪切閥式磁流變阻尼器阻尼力為：公式可以改為：（2.2）（2.3）（2.4）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，因而可以認為庫倫阻尼力只是勵磁電流的函數(shù)。2.4本章小結(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Bingham數(shù)學模型，簡要說明了磁流變阻尼器的機構和工作原理。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。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內(nèi)磁流變液的流動方向，才能產(chǎn)生磁流變效應，這樣阻尼器才能產(chǎn)生所需的阻尼力。故在設計磁流變阻尼器使，應使阻尼通道中的磁流變液的流動方向垂直于磁場方向，以便充分利用磁流變效應來改變阻尼器的阻尼力。由于汽車懸架阻尼器的行程較大，且在結(jié)構尺寸和結(jié)構強度上有嚴格的要求，利用磁流變液來開發(fā)汽車磁流變阻尼器不能踩用擠壓模式，而只能采用流動模式、混合模式。本文采用的是混合模式。由于磁芯中磁感應強度和磁場強度的關系是非線性的，因而，磁路中磁通和磁勢的關系也是非線性的。當磁芯受到交變的磁激勵時，磁芯處于反復磁化過程中，磁芯中會產(chǎn)生功率損失。另外，磁路的磁通與磁勢的關系除了滿足磁路的克?；舴蚨赏?，還要滿足電磁感應定律。通過電流將導致渦流的產(chǎn)生，渦流的出現(xiàn)使磁芯中磁通與線圈中電流的波形發(fā)生變化。同時，我們還要注意在阻尼器的應用階段存在一些問題需要進一步研究：（1）穩(wěn)定問題，其中包括磁流變流體的穩(wěn)定性以及阻尼器性能的穩(wěn)定性；（2）還原問題；（3）誤差問題，包括阻尼力、磁路磁場強度的計算值和實際值的誤差；（4）補償問題，包括磁流變液流體的滲漏補償以及控制系統(tǒng)的變量補償；（5）使用壽命問題，包括磁流變液、磁路線圈、密封系統(tǒng)的使用壽命；（6）文維修問題，主要是維修保養(yǎng)的方便性。3.1磁路設計的影響因素磁流變阻尼器的性能主要決定于其幾何尺寸、磁路以及磁流變液的性能等。在給定磁流變液性能參數(shù)的情況下，設計一個優(yōu)良的阻尼器的關鍵在于阻尼器的構造設計和磁路設計。此外，還包括防塵、漏液、隔磁、密封、散熱以及連接等反面的考慮。在設計時要考慮以下幾個因素：磁性材料的選擇、漏磁的分析、退磁和線圈的設計等。3.1.1密封件的選擇（1）密封件的作用和意義在減振器設計中，密封裝置用來防止磁流變液的泄露以及外界灰塵和異物的侵入。磁流變液外漏不僅會造成浪費，污染機械和工作環(huán)境，甚至會引起機械操作失靈及設備和人身事故。若導線與磁流變液直接接觸，可能產(chǎn)生漏磁，導致導線發(fā)熱，影響磁流變液的性能。侵入減振器中的微小灰塵微粒，會引起加劇液壓元件的磨損和摩擦，增大阻尼力，減小減振器的功效，并且還有可能進一步導致泄露。因此，密封件是減振器的一個重要的組成部分。它的工作可靠性和使用壽命，是衡量液壓系統(tǒng)好壞的一個重要標準。（2）密封的分類被密封的部位在兩個需要密封的偶合面之間，通常根據(jù)這些偶合面在機械運行時有無相對運動，可把密封分為動密封和靜密封兩類。（3）密封形式的選擇設計或選擇密封件以及裝置的基本要求是：密封件長期在流體介質(zhì)中工作，必須保證其材料物理性能的穩(wěn)定。2）在工作壓力下，應具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動提高其密封性能，即泄露在高壓下沒有明顯的增加。3）動密封裝置的動摩擦阻力要小，摩擦系數(shù)要穩(wěn)定，不能出現(xiàn)運動偶件卡住或運動不均勻等現(xiàn)象。4）磨損小，使用壽命長。5）制造簡單，拆卸方便，成本低廉。密封件的選擇方法，首先根據(jù)密封設備的使用條件和要求，例如負載情況、工作壓力以及速度大小和變化情況、使用環(huán)境以及對密封性能的具體要求等，正確選擇與之相匹配的密封件結(jié)構形式。然后再根據(jù)所用工作介質(zhì)的種類和使用溫度，合理選擇密封件材料。在使用或設計時，應盡可能按照國家標準。從裝配圖上可以看出，該減振器需要多出密封。由于減振器中活塞和缸體有相對運動，所以本結(jié)構采用Vd形橡膠密封圈，其主要材料為氟橡膠（SN），XAI7453，工作介質(zhì)為油、水、空氣，軸速小于等于19m/s設備，起端面密封和防塵的作用。3.1.2漏磁分析在所有的磁路中都存在著漏磁，這是應為在磁路的實際兩點間若有任一磁位差，就有磁通存在。漏磁與磁路的幾何形狀有關，磁路中各段均有漏磁存在。磁路中的漏磁有三種形式：工作間隙端面漏磁，在工作間隙附近成圓弧狀，工作間隙越長，這種漏磁就愈大?？梢哉J為，這種漏磁與工作間隙長度成比例增加，而且還受間隙端面的形狀及相對位置等因素影響。磁體表面漏磁，通常磁體越長，這種漏磁就越大。軛鐵間的漏磁，這種漏磁與磁體在磁路中的位置有關。磁體相對位置不同，漏磁差別也很大。磁鐵越靠近工作間隙，漏磁就越小。另外，在空隙處，磁力線會往外膨脹，因而取空隙的橫截面積時，應該取大一些。并且在以往的研究中得到漏磁磁導在很大程度上決定于磁體側(cè)面表面積，表面積越大漏磁越大。所以，在實際工作間隙內(nèi)的磁場要小于計算值。在磁路設計時，合理地縮短工作間隙的距離，減少結(jié)合面，改善結(jié)合情況都有利于減少磁路中的漏磁。同時，為了減少磁鐵表面的漏磁，我們在磁路外可加上銅環(huán)或銅圈以此來進行磁屏蔽。為了減少漏磁，設計是需要注意以下幾點：因為活塞桿不在磁回路中，所以最好選用不導磁材料或?qū)Т挪牧媳容^低的材料。導磁回路中，導磁體的連續(xù)處盡量緊密接觸，以免在連接處因存在縫隙而產(chǎn)生較大磁阻，影響效率。在整個磁路中，盡量使各導磁體的磁阻大致相同，使得整個磁路均衡匹配，從而防止部分地段較早的磁飽和。在磁路設計中，對于磁路中漏磁的解決，本章采用漏磁系數(shù)的概念來設計磁路。即在考慮漏磁的情況下，線圈產(chǎn)生的磁通量就不等于工作間隙中的磁通量，在計算中引入漏磁系數(shù)。3.1.3磁性材料的選擇磁性元件主要指缸筒、磁軛、磁芯和活塞桿。在忽視漏磁的情況下，纏繞在導磁環(huán)上的勵磁線圈產(chǎn)生的磁場經(jīng)過磁軛、間隙、缸筒、最后回到磁芯形成閉合回路。阻尼通道的槽太寬滯留的磁流變液多，阻力大，調(diào)節(jié)范圍大。缸體設計要考慮壁厚，避免經(jīng)由缸體的磁通比較早的進入飽和。一般電磁路的磁芯選用軟磁體，其特點在于軟磁體有高的磁感應強度，易退磁，磁滯回線包圍面積小，大的磁導率和很小的矯頑力。軟磁材料是磁力線的通路，使用軟磁材料可以減少磁阻，在必要的控件建立均勻強度磁場。磁芯材料的種類較多，主要有電工純鐵、硅鋼、鐵鎳合金、鐵鋁合金、鐵鈷合金等。在選擇材料時通常要求磁芯材料磁導率高，因為當線圈匝數(shù)一定時，通以不大的電流，就能產(chǎn)生很大的磁場。一般來講軟磁材料的磁導率都比較高。為了減小由交變電引起的交變磁場，不使磁導體中產(chǎn)生渦流損失，故選擇給阻尼器直流電。退磁，對于磁路的有效能很重要，因為當初始斷電時，如果仍存在磁場，那勢必會對振動控制的有效性產(chǎn)生影響。所以我們選擇的軟磁材料必須有較小的剩磁，較小的矯頑力以及較小磁滯回線包圍的面積。由此可以看出軟磁材料中具有扁平磁滯回線的這一列材料比較符合要求。結(jié)合以上的分析最終磁芯材料選擇鐵鎳合金。3.1.4退磁這里所說的退磁和磁芯材料選擇中的退磁有區(qū)別。這個退磁是指，如果給定的空間及工作間隙很小，在這些很小的間隙中帶上一些外來的強磁性微粒，則強磁性微粒就會破壞間隙中應有的磁場大小或磁場分布狀態(tài)以至于使磁系統(tǒng)不能正常工作。在這種情況下，為了保證磁系統(tǒng)正常工作，必須清除外來的強磁性微粒或預防強磁性微粒的吸附，這就必須完全退磁。所謂退磁就是用一定的方法使試樣處于磁中性狀態(tài)。退磁的方法有：靜態(tài)和動態(tài)退磁法。3.1.5磁流變阻尼器的動態(tài)范圍磁流變阻尼器的動態(tài)范圍是衡量磁流變阻尼器性能的重要指標。粘滯阻尼力工作過程中基本保持不變，而又磁流變效應產(chǎn)生的剪切阻尼力隨外加磁場的大小而不同，因此整個阻尼力變化幅度定義為磁流變阻尼器的動態(tài)范圍D，其表達式為3-1式中為摩擦引起的阻尼力。由上式可以看出，當結(jié)構設定時，和為常量，越大，D越大，阻尼效果越好。3.1.6阻尼間隙的選取對阻尼器性能的影響阻尼間隙尺寸的選取直接影響著磁流變阻尼器的阻尼特性。阻尼間隙h與磁流變阻尼器的阻尼力F成反比。通過仔細分析比較可知，一方面，庫倫阻尼力與阻尼間隙h成反比，在設計中，要求盡可能增加可控阻尼力（即庫倫阻尼力）的大小以增強可控效果，所以，要獲得大的可控阻尼力，在設計時，需要減小h的取值，另一方面，粘滯阻尼力與阻尼間隙h的三次方成反比，隨著間隙的減小，粘滯阻尼力和快速增加，動態(tài)范圍會迅速減小。根據(jù)設計要求，在設計過程中，應盡可能增加磁流變阻尼器的動態(tài)范圍以提高阻尼器的可控能力，因此，在設計時應適當?shù)倪x取阻尼間隙的大小，一般合適的間隙范圍為0.5-2mm。3.1.7阻尼通道有效長度的選取對阻尼器性能的影響活塞阻尼通道有效長度L的增加，導致了更多的磁流變液產(chǎn)生磁流變效應，磁流變阻尼力增大。但是由于不同車型底盤對懸架阻尼器的布置空間有限，有效長度增加勢必會導致活塞的長度增加，這樣會使阻尼器工作的有效行程受到影響。因此，為了獲得較大阻尼力，在結(jié)構尺寸允許的前提下，應盡可能的增加阻尼通道的有效長度。3.1.8磁路結(jié)構的分析由于磁流變阻尼器與普通阻尼器就夠上的不同，為了達到阻尼力可控，其活塞上纏有線圈，就涉及到線圈引入問題，因此，采用活塞桿內(nèi)設引線孔德方法。由于引線長度很長而且引線孔直徑很小，已有的加工工具在強度和長度上都無法實現(xiàn)該活塞桿結(jié)構，而且引線孔的作用只是滿足導線引出，因此，活塞桿采用電火花打孔的方法，對孔的同心度及光潔度要求不用太高。圖4.3仿真模型可繪制在不同的間隙和不同的速度下，阻尼力的變化關系，表4.1就是磁流變減振器在不同縫隙和不同速度下的阻尼力大小。表4.1磁流變減振器的阻尼力隨縫隙和速度的變化關系縫隙mm速度0.910.52709.82860.253161.153462.053612.50.81455.121491.91565.461639.021675.81.0983.41002.251039.951077.651096.51.5810.48816.1827.34838.58844.22.0597.56599.95604.73609.51611.9由上表中可以看出，隨之縫隙的增加，在一定的速度下，阻尼力是隨之縫隙的增加而減小的，在一定的縫隙大小的情況下，隨著速的增加，阻尼力是增大的，這與汽車實際的行駛情況是一致的。4.3本章小結(jié)本章是對磁流變阻尼器的仿真，在仿真的過程中，首先要建立磁流變減振器的數(shù)學模型，因為只有建立了磁流變減振器的數(shù)學模型，才能為下一步的建立仿真打下基礎。仿真運用的軟件為Matlsb軟件，在建立了模塊后，輸入不同頻率和電流來找到最大的阻尼力。并分析了影響減振器阻尼力大小的速度和電流的因素。得出了減振器的阻尼力與電流和頻率的關系。結(jié)論磁流變減振器以及相關內(nèi)容的研究，現(xiàn)在越來越受到關注。由于磁流變減振器能在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)阻尼力，而且反應時間短、耗能低、體積小，結(jié)構簡單，正成為現(xiàn)代減振器發(fā)展的趨勢。本文對混合剪切模式的磁流變減振器進行了研究，由于混合模式兼顧閥式和剪切式的優(yōu)點，所以已成為磁流變減振器設計模型的方向。在設計的過程中，選擇了比較簡單的Bingham模型，這種阻尼力計算模型比較簡單，其實用性強。在設計的過程中，討論了影響減振器工作性能的因素，各種因素對減振器阻尼力是促進作用還是阻礙作用。在研究了影響減振器的因素后，選擇了各主要部分的材料，由于本文設計的磁流變減振器式在普通的減振器的基礎上改裝的，所以一些外部尺寸和選擇的某微型車得尺寸相同，主要的結(jié)構設計是在線圈的匝數(shù)，線圈處活塞桿的直徑、阻尼間隙和有效長度的多少。在進行了結(jié)構設計后，本文進行了磁路設計，計算了各處的磁阻。研究了影響磁路的因素。并對一些重要的部分進行了校核，都達到了要求。在論文的最后，進行了磁流變阻尼器的仿真，按照所選擇的數(shù)學模型，進行了仿真分析，分析了影響減振器阻尼力大小的因素。參考文獻[1]王金鋼，等.磁流變阻尼器阻尼性能仿真研究[J].石油機械，2006,34（10）：19-23[2]蒙延佩，等.汽車磁流變阻尼器磁路設計及相關問題[J].功能材料，2006（5）：768-770[3]司誥，等.磁流變阻尼器管道流動特性研究[J].功能材料,2006（5）：831-833[4]蔣建東.梁錫昌.張博適用于車輛的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器研究[期刊論文]-汽車工程2005（1）[5]徐永興.曹民.磁流變減振器優(yōu)化的設計計算[J].上海交通大學學報,2004，38（8）：1423-1427[6]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會議，2008.10[7]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，2009.6[8]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，2006.4[9]廖昌榮汽車懸架系統(tǒng)磁流變阻尼器研究[學位論文]2001[10]王棋民.徐國梁.金建峰磁流變液的流變性能及其工程應用[期刊論文]-中國機械工程2002（3）[11]關新春，歐進萍.磁流變耗能器的阻尼力模型及其參數(shù)確定，2001,20（1）：5-8[12]王乾龍.王昊.李延成磁流變阻尼器設計中的基本問題分析[期刊論文]-機床與液壓2004（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]LaiCY,LiaoWH.VibrationControlofaSuspensionSystemViaaMagnetorheologicalFluidDamper.JournalofVibrationandControl,2002,8(4):527-547.[15]YangG,SpencerJrBF,CarlsonJD,etal.LargescaleMRfluidDamper:ModelingandDyamicPerformanceConsiderations.EngineeringStructures,2002,24:309-323致謝首先，我非常感謝安永東老師在百忙之中多次給予我耐心細致的指導和幫助，傾注了老師的熱心指導，在論文完成之際，特向我尊敬的安永東老師表示衷心的感謝！此外，我也得到了寢室同學的幫忙，大學的時光讓我的友誼更加的生后，在此也要向他們致以誠摯的謝意。通過這次畢業(yè)設計，使自己更加清醒地認識到知識的無窮無盡以及自己所學的短淺。在設計的過程中學到了很多新知識，特別是一些與實際聯(lián)系密切的問題。同時也對自己的各種能力產(chǎn)生了一次提升。設計過程中通過初步了解、發(fā)現(xiàn)問題、尋找解決方法。確定最佳的答案，逐步培養(yǎng)了我們獨立思考問題的能力和創(chuàng)新能力，同時也是我們更加熟悉了一些基本的機械設計知識。本次設計用到了很多機械設計的知識，加深了了解，為今后的學習打下了基礎。在我結(jié)束畢業(yè)設計的同時，也結(jié)束了我的大學生活。這意味著我進入了人生新的起點，在未來的學習過程中，歐文會更加的努力，實現(xiàn)自己的人生目標。最后，我要感謝我的父母，提供給我這樣好的學習環(huán)境，衷心的表示感謝！附錄附錄A外文文獻原文Magnetorheologicaldampercar.ResearchstatusofmagnetorheologicaldamperMagnetorheologicalfluidreferstotheadditionalmagneticfield,undertheactionofrheologicalmaterialsperformancechangestookplaceintheliq-uid.Willmagnetorheologicalfluidintothemagneticfluiddamper,thoughthecontrolofmagneticfieldintensitymcanrealizecontinuousmagnetorhologicaldamper,adjustablesteplessly.Magnetorhelolgicaldamperusuallyadoptspistoncylinderstructure,thepathwayofMPFdamperisonthepistonorseparatebypass,inthepathofMRF,accordingtothestructureofmagneticfieldcanbedividedintoabarandasinglepistoncylinderstructureofdualpole.Magnetorheologicaldampercanproducebigger,andaccordingtothedampingforceoftheexternalenvironmentdifferenteasyadjustmentmagneticfieldintensity,thechangeofshockabsorbersystemtoreducevibrationdamping,achievethegoal.InthedevelopmentofMFRdevicesandLord,theUnitesStatesandDelphicorporationinautomobiledampingapplicationresearchholdsJuneIn1995,theLordofthefifthinternationalelectorheologicalfluids,andr-elatedtechnologiesofMRF,demonstratesalargetrucksforsemi-activesus-pensionseatvibrationisolationsystemp.Lordcompanyrecentlyissuedas-uitableautomobilesuspensionofmagnetorhologicaldamperandRheonetieseriesofcurrentcontrollerRD.3002.AmericanDelphicompanyhasdevelopedmagnet-orheologicalfluidusingsemi-activesuspensionsystemMagneRideteammovesuspensionsystemappliedinSevilleCadillacSTShigh-gradecar,thesuspe-nsionsystemcanbechangedaccordingtothedrivingconditions.UniversityofVirginiautilizationofmagnetorhologicaldamperLordcompanyinVolvotruckFururecarheavysuspensionframeforthecarsonexperiment,madetheobviouseggectofvibrationreduction.UniversityofMarylandanddevelopmentofauto-motiveaircompensationstructureaircompensationstructureofmagnetorhe-ologicaldamper.Thedamperadoptsflowmode,simplestucture,thedampingforcechangerangeis250-1500N.Bok.CHOiSeungKoreancoachsuspensionsystemisdevelopedmagnetorheologicaldamper,dualcylinderstructure,dampingcylinderlocatedatworkchannelsindamperwasdesignofPIDcontroller.Laboratorytestsshowthat:theuseofmagnetorheologicaldampercangreatlyimprovethetrafficsafetyandcomfort.FordmotorcompanyBASF,Germany,etchaveinvestedheavilyrdmagnetorheologicalfluidandrelatedcomponets.Intheapplicationofmagnetoreohologicaldamperisdoingalotofres-earch.ChongqinguniversityofmagnetorheologicaldamperLiaoChangrongasthedesignandcontrolmethodsarestudied,ChenjianofShanghaijiaotonguniver-sityforvehicledamping,thedesignofnanjinguniversityofaeronauticsGuoDALEIofmagenorthologicaldampersuchvehiclesinthesemi-activecontrolarestudied,jingsuuniversityontheadjustablejd.liusemi-activesuspensiond-ampercontrolmethodsarestudied,etc,dampingdesignandcontrolresearchhasbecomehot.2.Semi-activesuspensioncontrolstrategyandresearchstatus.Mostcurrentsemi-activesuspensionsystemistoshockabsorberreal-timecontrolofdampingandadjust,itsessenceismeasuredbyreal-timesensorofvehiclesrunningenvironmentandbodystate,thedatatomicroprocessercontrolalgorithmiscalculatedaccordingtotheoptimaldamper,andthencontrolre-gulation,shockabsorhersdampingforcetoachievetheidealdampingforce,imporvetheperformanceofthesuspension,oneofthekeytechnologiesistocontrolstrategy.Inthesemi-activesuspensionof30years,andveicleengi-neeringhalf-anf-halfactivesuspensioncontro