【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 en和 Faramarz Gordaninejad 采用了流動(dòng)工作模式對(duì)摩托車磁流變阻尼器進(jìn)行理論研究，利用三維有限元方法來(lái)分析磁場(chǎng)的分布，采用 Bingham 模型來(lái)摸擬磁流變材料的特性，理論分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果吻合得非常好。浙江海洋學(xué)院的徐靜和董艷制作了剪切式的磁流變制動(dòng)器，并且給出了磁流變制動(dòng)器的制動(dòng)力矩計(jì)算模型以及設(shè)計(jì)計(jì)算的理論公式等。華北工學(xué)院的高躍飛基于Bingham 模型，設(shè)計(jì)了帶有旁路結(jié)構(gòu)的磁流變緩沖器，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，給出了在沖擊情況下的阻尼力計(jì)算公式。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的歐進(jìn)萍、關(guān)新春等設(shè)計(jì)制作了多種結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器，對(duì)描述其阻尼力的 BoucWen 模型進(jìn)行了修正，提出了新的修正后的 BoucWen 模型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：該模型的理論曲線與實(shí)驗(yàn)曲線吻合得比較好。上海交通大學(xué)的汪建曉和孟光設(shè)計(jì)出了單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器，并設(shè)計(jì)了振動(dòng)試驗(yàn)裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，建立了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，應(yīng)用龍格—庫(kù)塔積分法求出了位移和速度響應(yīng)等關(guān)系。并且利用各種阻尼力模型分別計(jì)算出了各種響應(yīng)的關(guān)系曲線，進(jìn)行了比較，得出了各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)。重慶大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、第一汽車集團(tuán)公司等多家科研院所，正在積極研究開(kāi)發(fā)汽車懸架系統(tǒng)磁流變阻、結(jié)構(gòu)抗振等應(yīng)用領(lǐng)域的磁流變阻尼器，設(shè)計(jì)制作了一些磁流變阻尼器并對(duì)阻尼器的特性進(jìn)行了測(cè)試研究，提出和改進(jìn)了一些磁流變阻尼器的參數(shù)模型，在磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)和控制方面取得了一定的成果?？傮w看來(lái)，我國(guó)目前在磁流變液的研制與性能研究方面仍與國(guó)外有一定差距，應(yīng)用產(chǎn)品尚屬空白。 磁流變技術(shù)目前存在的不足目前磁流變材料的研制技術(shù)進(jìn)步較快，國(guó)內(nèi)外已有商業(yè)化的磁流變體研制成功，但它們的溫度穩(wěn)定性、沉降穩(wěn)定性等性能還不能令人滿意，磁流變效應(yīng)的機(jī)理解釋和流變學(xué)性能測(cè)試方法等有待進(jìn)一步研究。在阻尼器設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方面，盡管國(guó)外的很多公司和大學(xué)做了一些開(kāi)創(chuàng)性的工作，已經(jīng)研制用于建筑結(jié)構(gòu)、汽車座椅懸架、汽車主懸架系統(tǒng)等的磁流變阻尼器，但是他們的磁流變阻尼器也沒(méi)有全部商業(yè)化，由于商業(yè)原因文獻(xiàn)中報(bào)道的技術(shù)只是限于一般原理，開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)還處于保密階段。 在國(guó)內(nèi)，只有少數(shù)的研究機(jī)構(gòu)在磁流變阻尼器開(kāi)發(fā)方面做了一些探索性的工作，但距離實(shí)際應(yīng)用尚有差距。2 磁流變阻尼器工作原理及阻尼力計(jì)算磁流變阻尼器是一種阻尼可控器件，其工作原理是調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈中的電流獲得不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，使阻尼通道中磁流變液的流動(dòng)特性發(fā)生變化，從而改變阻尼器的阻尼力，其阻尼力大小及其影響因素對(duì)于磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。因此，本章在介紹磁流變阻尼器工作模式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，選擇剪切閥式作為本文所設(shè)計(jì)制作的磁流變阻尼器的工作模式。由選定的工作模式采 Bingham 軸對(duì)稱理論模型來(lái)分析推導(dǎo)本文設(shè)計(jì)的磁流變阻尼器阻尼力的計(jì)算公式，然后對(duì)計(jì)算公式作簡(jiǎn)化處理，從而為阻尼器設(shè)計(jì)及阻尼力控制奠定了基礎(chǔ)。 磁流變阻尼器的工作模式磁流變阻尼器是基于磁流變體的可控特性的一種新型阻尼器。目前，直線運(yùn)動(dòng)的磁流變阻尼器都是基于流動(dòng)模式（閥式）、剪切模式和擠壓模式三種工作模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖21所示。 流動(dòng)模式流動(dòng)工作模式如圖 21(a)所示，在兩固定不動(dòng)的極板間充滿磁流變體，外加磁場(chǎng)穿過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變體，使磁流變體的流動(dòng)性能發(fā)生變化，從而使推動(dòng)磁流變體流動(dòng)的活塞所受的阻力發(fā)生變化，達(dá)到外加磁場(chǎng)控制阻尼力的目的。 剪切模式剪切工作模式如圖21(b)所示，在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的極板間充滿磁流變體，外加磁場(chǎng)穿過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變體，使磁流變體的流動(dòng)性能發(fā)生變化，從而使推動(dòng)磁流變體流動(dòng)的活塞所受的阻力發(fā)生變化，達(dá)到外加磁場(chǎng)控制阻尼力的目的。 擠壓模式 擠壓工作模式如圖21(c)所示，兩極板間充滿磁流變體，磁流變體受極板擠壓向四周流動(dòng)，外加磁場(chǎng)穿過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變體，極板的運(yùn)動(dòng)方向與外加磁場(chǎng)方向平行，使磁流變體的流動(dòng)性能發(fā)生變化，從而使推動(dòng)磁流變體流動(dòng)的活塞所受的阻力發(fā)生變化，達(dá)到外加磁場(chǎng)控制阻尼力的目的。利用擠壓工作模式可以設(shè)計(jì)行程較小的阻尼器等磁流變器件。Stanway 領(lǐng)導(dǎo)的小組在1996年設(shè)計(jì)出一種擠壓式MR減振器，如圖22 所示。（a）閥模式 (b)剪切模式 （c）擠壓模式圖 21 磁流變阻尼器工作模式圖 22 擠壓式磁流變阻尼器 混合模式以上是磁流變阻尼器三種基本的工作模式，通常也將這幾種基本模式混合應(yīng)用。剪切工作模式的磁流變阻尼器的粘滯阻尼力所占比例較小，而由磁場(chǎng)引起得到的屈服力較大，因此阻尼力的可調(diào)范圍比較大，但是所提供的總阻尼力相對(duì)較小；流動(dòng)工作模式的磁流變阻尼器的粘滯阻尼力所占比例較大，阻尼力可調(diào)倍數(shù)小，但是提供的總阻尼力相對(duì)較大。因此在實(shí)際的應(yīng)用中，常常將剪切工作模式和流動(dòng)工作模式混合起來(lái)形成混合工作模式（剪切閥式）。混合工作模式采用類似活塞缸式的結(jié)構(gòu)，活塞與缸體內(nèi)壁間存在環(huán)形間隙，按結(jié)構(gòu)可分為單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)和雙出桿活塞缸結(jié)構(gòu)，分別如圖23（a）、（b）所示。電磁線圈可繞活塞上或缸體外側(cè)。(a)(b)圖 23 混合工作模式采用單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)，因活塞桿在缸體內(nèi)所占容積有變化，需要考慮活塞桿的體積補(bǔ)償，可在缸體內(nèi)安裝充有氮?dú)獾男钅芷?，或在無(wú)桿端采用皮囊作端蓋；另外活塞桿在缸體中處于懸臂狀態(tài)，穩(wěn)定性差，因而需要設(shè)計(jì)良好的活塞桿支承和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，并有限制外載作用方向的措施。采用雙出桿活塞缸結(jié)構(gòu)，則不需要考慮活塞桿體積補(bǔ)償問(wèn)題，且活塞桿的穩(wěn)定性也好。 磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是磁流變阻尼器的重要設(shè)計(jì)部分，主要包括機(jī)械部分和磁路部分的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中必須把機(jī)械和磁路結(jié)合起來(lái)考慮。MR阻尼器的結(jié)構(gòu)形式按活塞桿與缸筒的匹配來(lái)分有單桿單筒、單桿雙筒 、雙桿單筒3種形式。 單桿單筒 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，活塞上繞有線圈，與缸筒組成閉合的磁回路。其優(yōu)點(diǎn)在于不受安裝方向的限制，缺陷在于其內(nèi)部必須有補(bǔ)償器以補(bǔ)償活塞桿進(jìn)出所造成的體積差，由于補(bǔ)償器要考慮氣體密封性和充氣的問(wèn)題，缸筒的內(nèi)壁必須要有一定的光潔度，因此提高了加工和設(shè)計(jì)的要求。 雙桿單筒 這種阻尼器優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有補(bǔ)償器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加工方便，并且導(dǎo)向性好。缺點(diǎn)在于只能單向安裝，受應(yīng)用環(huán)境的限制。 單桿雙筒 這種阻尼器的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)底閥來(lái)調(diào)節(jié)磁流變液在回路的流動(dòng)，從而在一定程度上提高了可控性和可靠性。缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作麻煩，加工成本較高，一般在大型機(jī)械或高檔轎車中采用此種結(jié)構(gòu)的較多。 磁流變阻尼器工作原理 本文所設(shè)計(jì)的磁流變阻尼器將用于汽車懸掛系統(tǒng)中，阻尼器提供的阻尼力要較大且阻尼力的可調(diào)倍數(shù)亦要較大才能滿足汽車使用的要求，因此采用剪切閥式作為工作模式，其工作原理如圖 24所示。在圖 24 中，阻尼通道分為兩部分：擋板上的多個(gè)圓孔阻尼通道和線圈內(nèi)套與線圈外套間的環(huán)形阻尼通道，擋板為阻磁材料