【正文】 相減可得剛性流動(dòng)區(qū)得厚度 ? 為 pLy y???? ?? 2y 12 （ ） 由于存在 ? ? ? ?21 yuyu ?? ，由公式（ ）和公式（ ）可得 221 )(22 p yhLpyL ???? ?? （ ） hyy ?? 12 （ ） 由公式（ ）和公式（ ）可得： pLhy y??? ?21 ；pLh y??? ?2y2 （ ） 流經(jīng)平板間隙的磁流變液的體積流量 Q可有下列得到： ????????? ? ? ?? 1 21 2020 )()()()(y yyhyhp dyyudyyudyyubdyybuvAQ （ ） 27 代入化簡可得 ? ? ? ?? ?? Lp LphLphbQ yy 22122 ? ?????? （ ） 經(jīng)進(jìn)一步化簡可得壓差近似公式： yp hcLbh LA ?? ??? 312p （ ） 考慮到阻尼器的實(shí)際阻尼通道為環(huán)形通道，流動(dòng)模式下的阻尼力可以表示為： yPpp hc L Avbh LApAF ?? 2242 0321 ?????? () 式中 pA 為活塞受壓的有效面積。 磁流變減振器的仿真分析 磁流變減振器的數(shù)學(xué)模型采用公式，建立磁流變減振器的仿真模型如圖 所示
。剪切應(yīng)變率 0?dydu，則由公式（ ），剪切應(yīng)力可表示為： dydu??? ?? y () 假如磁流變液的速度是沿 y 方向分布如圖 所示，即hvdyu 0d ?? 圖 剪切模式下磁流變液的速度分布 剪切模式下的阻尼力： ybLvhbLLF ??? 22b2 02 ???? () 混合工作模式的阻尼力可視為流動(dòng)模式、剪切模式兩種工作模式下的阻尼力 28 的疊加。 由公式（ ）可知，磁流變液受到的剪切應(yīng)力沿平板間隙是按線性分布的，靠近平板的磁流變液受到的剪切力最大，而中間對(duì)稱面上的磁流變液受到的剪切應(yīng)力最小，根據(jù)極板兩端壓差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與極板附近磁流變液的臨界剪切屈服應(yīng)力比較 ，當(dāng)前者小于后者磁流變液靜止不動(dòng)；當(dāng)前者大于后者將產(chǎn)生如圖 所示的流體狀態(tài)，即靠近平板處得磁流變液流動(dòng)；而中間對(duì)稱區(qū)間的磁流變液不流動(dòng)。為了簡化分析，工作于剪切閥式的磁流變阻尼力可以看成是在閥式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的疊加。 23 第 4 章 磁流變減振器基于 Matlab 的仿真分析 基于磁流變減振器在汽車懸架減振系統(tǒng)半主動(dòng)控制中的廣泛應(yīng)用，根據(jù)磁流變液 24 的特點(diǎn)和磁流變減振器阻尼力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，設(shè)計(jì)了新型的磁流變減振器，并對(duì)影響磁流變減振器性能的參數(shù)進(jìn)行了仿真。 工作缸的計(jì)算 (1)工作缸壁厚 210 c??? c?? （ ） 21 pDP?? 2 max0 ? （ ） nbp ?? ? （ ） 式中： 1c ：為缸筒外徑公差余量， m 2c ：腐蝕余量， m D：缸筒內(nèi)徑， m p? ：缸筒材料的抗拉強(qiáng)度， MPa n:安全系數(shù)，通常取 5 a50126 0 0p MPnb ??? ?? 210 c??? c?? =2mm (2)工 作缸壁厚的驗(yàn)算 額定工作壓力 np 低于一定極限值，以保證安全： 21221 D DDp sn ）（??MPa （ ） a355s MP?? 求得 np ? 由于額定工作壓力 np =20MPa，所以滿足要求； 同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生： rln pp )( ?? rlp ：缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力， MPa DDrl ? （ ） 求得： rlp = 22 4 MPn ?? 由于額定工作壓力 a20MPpn ? 所以滿足要求； (3)工作缸長度需要根據(jù)活塞行程，活塞桿長度，及整體裝配時(shí)確定 活塞行程 S 初步確定時(shí)，主要按實(shí)際工作需要的長度來考慮，但這一行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。 漏磁系數(shù) ? =。 磁芯磁通密度 mB =。 18 圖 磁流變減振器的結(jié)構(gòu)模型 表 原有減振器要求 速速 （ sm ） 某微型汽車前減振器 —— 復(fù)原阻力（ N） 壓縮阻力（ N） 245 175 520 245 920? 140 390? 80 現(xiàn)在計(jì)算阻尼力如下：將已確定的尺寸，工作間隙 h=，工作缸內(nèi)徑 4D =40mm，活塞外徑 2D =，活塞桿直徑 1D =28， y? =3050KPa，及速度在 sm 、 sm 、 sm 代入公式 中 ypp bLhLAvhLbbh LAF ??? ?????? ???????? ?? 24224032 （ ） ）（ hbvbh vAFLp 0302 224 ????? （ ） ? ?4 2122 DDAp ?? （ ） 19 ? ?2 42 DDb ??? （ ） 式中 ? 為磁流變液的表觀粘度，值為 。如圖 所示確定的參數(shù)為工作缸的內(nèi)徑 4D =2 4R =40mm，工作缸外徑 5D =2 5R =44mm，工作缸的材料為 45 號(hào)鋼，活塞桿直徑1D =2 1R =28mm，活塞桿材料為 45 號(hào)鋼?？紤]到線圈被浸在磁流變液中，故設(shè)定線圈的熱系數(shù) tK =；線圈填充系數(shù)是導(dǎo)體材料所占空間的截面積與線圈窗口的截面積之比，但實(shí)際上線圈填充系數(shù)是很難確定的，因?yàn)樗屠@組的纏繞方式等因素有關(guān)，取 tf =，線圈采用銅制漆包線。磁芯的選擇為軟磁鐵，一般選擇工業(yè)純鐵，現(xiàn)選用磁芯為鐵鎳合金，確定工作點(diǎn)后得 2? =50000，磁軛材料選定為軟磁材料，先選用硅鋼， 3? =7000，磁流變液對(duì)磁軛、工作缸都有沖刷作用，必須對(duì)其工作表面進(jìn)行表面處理，對(duì)磁軛、工作缸材料的工作表面進(jìn)行熱噴涂處理，所噴涂的材料應(yīng)耐沖刷和具有較高的磁導(dǎo)率。 （ 3）漏磁系數(shù) ? 、磁阻系數(shù) f：漏磁系數(shù) ? 的確定是比較復(fù)雜的，由于磁路尺寸 17 結(jié)構(gòu)和磁軛形狀的不同，漏磁系數(shù) ? 的范圍也很大。則必須使其處于磁場強(qiáng)度為幾十至幾百千安 /米的磁場中，由于活塞中線圈產(chǎn)生的磁場，在缸體與活塞的間隙中，越遠(yuǎn)離線圈，磁場的強(qiáng)度下降的越快，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)減振器時(shí)在其它參數(shù)不變的情況下，盡量選擇較小的 gh值。 最后，所設(shè)計(jì)的減振器結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的減振器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，有一定的使用價(jià)值，且已維修和更換，實(shí)驗(yàn)過程中便于找到合適的減振器。在外加磁場的作用下，當(dāng)磁流變液流經(jīng)環(huán)形通道時(shí)，由于環(huán)形槽的阻礙作用，減振器的阻尼力隨磁流變液粘度的變化會(huì)產(chǎn)生較大的變化。雙筒式磁流變阻尼器工作原理圖，如圖 31 所示，其與傳統(tǒng)液壓雙筒式阻尼器工作原理相似，當(dāng)活塞 3在工作缸 5內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著磁流變液在工作缸 5上下腔之間或工作缸 5與貯液筒 4之間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞 3 與工作缸 5縫隙及壓縮閥 7分別產(chǎn)生復(fù)原阻力和壓縮阻力，而補(bǔ)償閥 6則保證磁流變液在工作缸 5 與貯液筒 4之間來回流動(dòng)，確保磁流變液始終充滿工作缸 2 通入電流的變化，改變活塞與工作缸間隙處磁場強(qiáng)度，在外加磁場的作用下，磁流變液中隨機(jī)分布的磁極化粒子沿磁場方向運(yùn)動(dòng)，磁化運(yùn)動(dòng)使粒子首尾相連，形成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖 所示。 （ 4） 要考慮導(dǎo)線的磨損問題。 線圈中導(dǎo)線的選擇： 15 （ 1） 導(dǎo)線的選擇主要考慮它所能承受的最大電流，避免溫度過高。電器工作溫度過高，會(huì)使其使用壽命降低，甚至遭到破壞。尺寸設(shè)計(jì)是決定線圈的外形尺寸，包括外徑和內(nèi)徑等，線圈的內(nèi)部尺寸和線圈參數(shù)以及線圈所占面積等。所謂工作參數(shù)，就是線圈的工作電壓、頻率以及工作制等；所謂設(shè)計(jì)參數(shù)，則是指線圈的匝數(shù)、線徑、電阻以及結(jié)構(gòu)尺寸等。 磁流變阻尼器活塞上的線圈在纏繞過程中，主要會(huì)遇到兩個(gè)問題，一是漆包線在纏繞結(jié)束后需要從活塞桿引線孔中再引出的方法問題；二是在引線過程中，活塞桿內(nèi)引線通道比較粗糙，由于漆包線劃傷出現(xiàn)的短路問題。但是由于不同車型底盤對(duì)懸架阻尼器的布置空間有限，有效長度增加勢必會(huì)導(dǎo)致活塞的長度增加，這樣會(huì)使阻尼器工作的有效行程受到影響。阻尼間隙 h 與磁流變阻尼器的阻尼力 F成反比。 磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)范圍 磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)范圍是衡量磁流變阻尼器性能的重要指標(biāo)。這個(gè)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(qiáng)磁性微粒，則強(qiáng)磁性微粒就會(huì)破壞間隙中應(yīng)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。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。在選擇 材料時(shí)通常要求磁芯材料磁導(dǎo)率高，因?yàn)楫?dāng)線圈匝數(shù)一定時(shí)，通以不大的電流，就能產(chǎn)生很大的磁場。缸體設(shè)計(jì)要考慮壁厚，避免經(jīng)由缸體的磁通比較早的進(jìn)入飽和。即在考慮漏磁的情況下，線圈產(chǎn)生的磁通量 m? 就不等于工作間隙中的磁通量 g? ，在計(jì)算中引入漏磁系數(shù)gm???? 。 為了減少漏磁，設(shè)計(jì)是需要注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 因?yàn)榛钊麠U不在磁回路中，所以最好選用不導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧媳容^低的材料。并且在以往的研究中得到漏 磁磁導(dǎo)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。 （ 3） 軛鐵間的漏磁，這種漏磁與磁體在磁路中的位置有關(guān)。漏磁與磁路的幾何形狀有關(guān)，磁路中各段均有漏磁存在。在使用或設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能按照國家標(biāo)準(zhǔn)。 4）磨損小，使用壽命長。 （ 2）密封的分類 被密封的部位在兩個(gè)需要密封的偶合面之間，通常根據(jù)這些偶合面在機(jī)械運(yùn)行時(shí)有無相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封分為動(dòng)密封和靜密封兩類。若導(dǎo)線與磁流變液直接接觸，可能產(chǎn)生漏磁，導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱，影響磁流變液的性能。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。通過電流將導(dǎo)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。本文采用的是混合模式。 磁流變阻尼器設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：外加垂直于磁流變液流動(dòng)方向的磁場對(duì)產(chǎn)生磁流變效應(yīng)的貢獻(xiàn)應(yīng)最大，而平行于磁流變液流動(dòng)方向的磁場則對(duì)產(chǎn)生磁流變效應(yīng)的貢獻(xiàn)最小。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。 參數(shù)計(jì)算模型 剪切閥式磁流變阻尼器工作于剪切和流動(dòng)的組合模式，具有結(jié)構(gòu)簡單、磁路設(shè)計(jì) 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(fù)直線運(yùn)動(dòng)，活塞與缸體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，符合牛頓流體的本構(gòu)關(guān)系；當(dāng)加上磁場后，磁流變液就會(huì)瞬間由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)檎乘荏w，粘度呈數(shù)量級(jí)地提高，流體的流動(dòng)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(guān)系。 圖 磁流變阻尼器