3.4磁流变减振器磁路的设计 ..................................................................................... 16
3.4.1有关参数的初步确定 .................................................................................. 16 3.4.2已有参数的确定 .......................................................................................... 17 3.5磁路相关参数的计算 ............................................................................................. 19
3.5.1 磁路的计算 ................................................................................................. 19 3.6 工作缸的计算 ........................................................................................................ 20 3.7 本章小结 ................................................................................................................ 22
第4章 磁流变减振器基于Matlab的仿真分析 .................................................. 23
4.1减振器的阻尼力计算模型 ..................................................................................... 24 4.2磁流变减振器的仿真分析 ..................................................................................... 28 4.3本章小结 ................................................................................................................. 29
结 论 ............................................................................................................................ 31 参考文献 ............................................................................................................................ 32 致 谢 ............................................................................................................................ 33 附 录 ............................................................................................................................ 34
附录A外文文献原文 .................................................................................................... 34 附录B外文文献翻译 .................................................................................................... 37
第1章 绪 论
1.1 概述
汽车在行驶过程中，由于路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动和冲击。这些振动和冲击传到车架与车身时可能引起汽车机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒服，货物也可能受损伤，严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命。为了缓解冲击，在汽车悬架中装有弹性元件，但弹性系统在冲击时产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳，因此汽车悬架中装有阻尼器。 传统被动悬架不能适应复杂的道路激励和不断变化的行驶工况，因此开发一种能够根据路面情况和车辆运行状态的变化、实时调节其特性，既能保证汽车的操纵稳定性，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳的状态的智能悬架系统势在必行。近年来，半主动控制悬架系统，能够大幅度提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，非常适合用于车辆悬架系统的特点，使对它的研究有了较大发展。
磁流变阻尼器作为半主动控制悬架的执行元件，以磁流变液为介质，通过对输入电流的控制，使其对外加磁场强度发生改变，进而可在毫秒级使磁流变液的流变性能发生变化，实现流体和半固体之间的转变，从而能够提供可控阻尼力，其具有结构简单、控制方便、相应迅速、消耗功率小和输出力大等优点。目前国内外对双筒式磁流变阻尼器研究内容较少，因此，对双筒式磁流变阻尼器的设计以十分必要。
1.2 磁流变液的研究
所谓磁流变液（Magnetorheological Fluid, MFR），是一种在外加磁场的作用下起粘性和塑性等流变特性发生急剧变化的材料。其基本特征是在外加磁场的作用下载毫秒的时间内能够快速、可逆地从自由流动的液态转变为半固体，并且呈现可控的屈服强度。
磁流变液主要由三部分组成，他们分别为软磁性颗粒、载液以及为了防止磁性颗粒沉降而添加的在总组成成分中所占比例很少的添加剂。
1）软磁性颗粒
软磁性颗粒主要由铁钴合金、铁镍合金、羟基铁等常规的性能优良的颗粒，使用最多的磁性颗粒为羟基铁粉，因为它是工业化生产，产量大、价格便宜，一般成球状，直径尺寸为1-10微米，其具有如下特点：
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（1）高磁导率，这可以使颗粒在较小的外磁场下，便可磁化成具有较大磁能的颗粒，从而产生较大的剪切屈服强度，以满足磁流变液低能耗的性能指标；
（2）低磁矫顽力，即具有良好的退磁能力，基本上不存在剩磁，这是磁流变液可以恢复零磁场状态的要求；
（3）体积小、内聚力小； （4）具有高饱和磁化强度。 ２）载液
可用作载液的液体有硅油、矿物油、合成油、水合乙二醇等，对载液的要求是温度稳定性好、非易燃，且不会造成污染，其具有一下特征：
（1）高沸点、低凝固点，这可以保证磁流变液有较高的工作温度范围，在工作过程中，使磁流变的物理、化学性能稳定；
（2）高密度，缩小载液体与磁极化粒子的密度差解决磁流变液沉淀问题的最有效的方法；
（3）低粘度，确保磁流变液具有零磁场粘度低的要求，使磁流变器件具有更大的调剂范围；
（4）化学稳定性好； （5）具备较高的击穿磁场； （6）无毒、无异味、价格低廉。
1.3 磁流变阻尼器研究现状
磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应迅速、消耗功率小、抗污染能力强和输出力大、阻尼力连续可调等优点，在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。目前，磁流变阻尼器已取得了广泛地发展和应用，其结构形式的研发也层出不穷，根据设计结构出现的时间顺序，可分为常规磁流变阻尼器、改进新型磁流变阻尼器以及全新型磁流变阻尼器。
常规磁流变阻尼器，即根据磁流变阻尼器的工作模式而设计出，单级活塞线圈内置式磁流变阻尼器。重庆大学的廖昌荣、余淼等人是国内最早研究磁流变阻尼器的研究人员，他们根据磁流变体的Bingham模型描述，提出了混合工作模式的汽车磁流变减振器的设计原理，如图1.1活塞在工作缸内作往复直线运动，利用线圈产生的磁场来控制磁流变液在阻尼通道中的流动，对减振器的阻尼力实现控制。并且按照长安微型汽车的技术和磁流变液体的性能设计和制作了微型汽车磁流变减振器，并根据长安微型汽车前悬架减振器的技术条件对此进行了实验测试。
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图1.1 混合模式磁流变阻尼器工作原理
佛山大学汪建晓以及华南理工大学王世旺等人研制了一种自定心挤压式磁流变弹性阻尼器。以上几种磁流变阻尼器的设计都是在磁流变阻尼器几种工作模式基础上研制出来的单级活塞，线圈内置换绕的磁流变阻尼器。
哈尔滨工业大学的涂奉臣、陈照波等人根据工程上出现的常规阻尼器在高频振动是刚度硬化现象，使高频传递率增大而提出一种带有解耦结构的新型磁流变阻尼器，其结构上的改动并不大，只是将活塞与活塞杆分开，然后利用解耦机构将活塞与活塞杆连接起来，其解耦结构由两个限位挡板和两个螺旋弹簧组成。
南京林业大学的徐晓美等人提出了一种线圈绕于工作缸外的新型磁流变阻尼器。为了避免将激励线圈绕于工作缸外，磁流变阻尼器中大部分磁力线将平行于磁流变液的流动方向，而无法满足磁流变液产生剪切屈服强度的现象，此结构在工作缸外增加了磁靴结构，既减少了漏磁，又引导磁路使磁力线垂直于磁流变液流动的方向。宁波大学的苏会强等人根据磁流变液在磁场作用下可进行固-液转换的特点，设计了一种回转式阻尼器。并建立了相应的阻尼器力矩模型。
1.4 研究的主要内容
本文主要内容是对普通的汽车用减振器进行改进，在原有的双筒减振器的基础上增加上线圈和磁流变液，其主要的结构尺寸工作缸的外径和内径、活塞的直径等都没有发生变化，在原有的这些数据的基础上加上了线圈和线圈活塞，对线圈的匝数，工作间隙的大小，磁路的设计等方面进行了研究和设计。在查阅资料的基础上，选定了工作模式和阻尼器的力学模型。在给定的工作要求的情况下，对一些重要的部件进行
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了校核，最后对设计的磁流变减振器进行了仿真优化。
主要包括对磁路的设计、结构的设计和最后的仿真分析。 （1） 磁路的设计
在磁流变减振器的设计过程中，磁路的设计是一个很重要的环节，决定了磁流变减振器工作范围和效率的大小，在磁路的设计过程中，还要重视对材料的选择，以避免磁阻和漏磁的过大，使减振器不能达到预期的低耗和工作范围宽的目的。选择合适就算模型，就本身的实际出发选择最优的形式，使得减振器在工作过程中能达到设计的要求。
（2） 结构的设计
磁流变减振器是基于普通的双筒减振器改变而来的，其中的外形结构和活塞杆的尺寸都没有改变，可按照某微型汽车的原始减振器的结构参数进行设计，不同点在于，内部增加了线圈和缠绕线圈的活塞，这些是需要设计和计算的，也是本论文设计的又一个重点，基于混合模式的磁流变减振器的基础上，在活塞上开有若干个环槽来增加阻尼力，使减震器的阻尼力增大。
（3） 仿真
基于Bingham基础上运用Matlab进行仿真分析，对最终的参数进行比对分析，并得出仿真的结果。
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