摩托车磁流变减振器的设计

环形磁路磁流变减振器设计与优化Design and Optimization of Annular Magnetic CircuitMR Damper专业名称车辆工程指导教师何仁姓名王乐乐2018年6月摘要悬架作为缓和路面冲击的关键部件，其性能优劣直接影响汽车舒适性。

磁流变（Magnetorheological，MR）减振器作为新型电磁半主动悬架的核心部件，具有响应速度快、阻尼力连续可调、调节范围广、能耗低等诸多优点，其研究与应用前景广阔。

为了对MR减振器进行设计与优化，本文主要研究内容包括：首先，基于Bingham模型与平板模型建立了阀式MR减振器阻尼力模型，基于磁路欧姆定律建立了磁场数学模型。

为了验证理论模型的正确性、进一步研究双级线圈MR减振器的优缺点，基于所建立的理论模型设计加工了MR减振器样机并进行了相关台架试验，获得了样机的示功图与速度特性曲线，结果表明所设计样机性能达标，理论值与试验结果相吻合，说明所建立的数学模型准确有效。

其次，提出一种新型MR减振器。

该减振器具有环形磁路，磁路结构简单，由4个弧形螺线管组成，可以解决双级线圈MR减振器阻尼通道磁场分布不均匀、不利于行程优化等缺点。

以双级线圈MR减振器样机为设计目标，对环形磁路MR减振器进行了结构设计与参数选择。

然后利用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II），以减振器响应时间γ、能耗P、最大行程S以及动力可调系数λ作为优化目标，相关性能要求与空间限制为约束条件，对环形磁路MR减振器进行参数优化，根据优化结果，选取最优设计参数。

最后，对环形磁路MR减振器进行Ansoft磁场有限元分析，结果显示阻尼通道内磁场分布均匀，边缘磁场迅速减弱，漏磁较少。

通过减振器性能仿真，发现在活塞长度较小的前提下，新型减振器的性能达到并超越了双级线圈MR减振器，证明了新型结构的先进性。

通过对阀式MR减振器的研究，发现环形磁路MR减振器在磁场分布以及行程优化上较双级线圈MR减振器存在较大优势，具有实际应用价值，为汽车MR减振器的研究开发提供了新的思路。

毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化磁流变弹性体剪切工作模式减振结构的设计1选题的背景与意义针对磁流变液有易沉降，稳定性差，颗粒易磨损等缺点，人们开发了新型磁控智能材料—磁流变弹性体(MRE)。

它是将微米级软磁性颗粒如羰基铁粉分散在橡胶或硅油中形成特定结构后固化制备而成的。

磁流变弹性体力学、电学诸性能将随所加磁场强度变化而变化。

由于它兼有磁流变材料和弹性体的优点，响应快，可逆性好，可控能力强等又克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点，因而近年来成为磁流变材料研究的一个热点。

它可以广泛应用于机械传动，机器人和智能执行机构，尤其是在减振方面的应用等领域，完成一些传统机械结构难以实现的功能。

2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1磁流变弹性体材料特性及已有减振应用方法。

2.2建立磁流变弹性体减振系统理论模型。

2.3研究提出剪切工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案。

2.4完成剪切模式下减振结构的零件图以及装配图的任务，并进行必要的设计计算。

3研究的方法与技术路线如图１所示4研究的总体安排与进度2010.12.05至2010.12.15阅读文献，总结分析。

2010.12.15至2010.12.25查阅国内外文献，分析总结磁流变弹性体减振结构设计方案，完成文献综述与开题报告。

2010.12.25至2010.03.15研究剪切工作模式下基于磁流变弹性体的减振结构设计方案，并完成外文翻译工作。

2010.03.15至2010.04.15完成减振结构装配图及部分零件图，并进行必要的设计计算。

2010.04.15至2010.05.01撰写论文准备答辩。

图１参考文献[1]Shiga, T., Okada, A., Kurauchi, T. Magnetro-viscoelastic Behavior of Composite Gels. Journal ofApplied Polymer Science, 1995, 58:787-792.[2]Jolly, M.R., Carlson, J.D., Munoz, B.C., et al. The Magnetoviscoelastic Response of ElastomerComposites Consisting of Ferrous Particles Embedded in a PolymeMatrix.Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, 7: 613-622.[3]J.M.Ginder, M.E.Nichols, et al. Magnetorheological Elastomers: Properties and Applications.Proceedings of SPIE (1999), 3675. pp.131-138.[4]L.C.Davis. Model of Magnetorheological Elastomers. Journal of Applied Physics, 85(6), 1999.pp.3348-3351.[5]Bossis, G.., Abbo, C. Electroactive and Electrostructured Elastomers. International Journal ofModern Physics B, 2001, 15(6&7):564-573.[6]Bednarek,S. The Giant Magnetostriction in Ferromagnetic Composites within an Elastomer.Applied Physics A, 1999, 68:63-67.[7]S.A.Demchuk, V.A.Kuz’min. Viscoelastic Properties of Magnetorheological Elastomers inthe Regime of Dynamic Deformation. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 75(2),2002. pp.396-400.[8]Lokander, M., .Stenberg, B. Performance of isotropic magnetorheological rubber materials. PolymerTesting, 2003, (22): 245-251.[9]M.Lokander, B.Stenberg. Improving the Magnetorheological Effect in Isotropic MagnetorheoligcalRubber Materials. Polymer Testing 22, 2003. pp.677-680.[10]Liliana Borcea , Oscar Bruno. On the Mgneto-elastic Poperties of Elastomer–ferromagnetComposites. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49, 2001. pp.2877-2919.[11]Tetsu Mitsumata, Kenta Furukawa, Etienne Juliac, Kenji Iwakura, and Kiyohito Koyama,Compressive Modulus of Ferrite Containning Polymer Gels, International Journal of ModernPhysics B, Vol. 16, Nos. 17 & 18 (2002)2419-2425[12]Malcolm J.Wilson, Alan Fuchs, Faramarz Gordannejad Development and Characterization ofMagnetorheological Polymer Gels, Journal of Applied Polymer Science, V ol.84,2733-2742 (2002)[13]李剑锋，龚兴龙，张培强等，硅橡胶基磁流变弹性体的研制[J].功能材料，2006,6(37):1005-1012.[14]方生，龚兴龙，张培强等，磁流变弹性体力学性能的测试与分析[J].中国科学技术大学学报，2004,34(4):456-463.[15]王桦，周刚毅，张培强等，磁流变弹性体剪切性能的动态实验研究[J].实验力学，2004,19(1):1-5.[16]龚兴龙，李剑锋，张先舟等，磁流变弹性体力学性能测量系统的建立[J].功能材料，2006,5(37):733-735.[17]邓华夏，龚兴龙，张培强等，磁流变弹性体调频吸振器的研制[J].功能材料，2006,5(37):790-792.。

磁流变液减振器结构设计及仿真结果分析由于结构设计和磁路仿真是一个相互优化的过程，首先通过理论确定基本参数，然后通过磁路仿真设计磁路，通过修改设计参数来优化磁路，最终确定具体尺寸。

基本结构如图1所示。

一、基本结构设计图1 减振器的基本结构(1) 磁流变液减振器阻尼力：根据宾汉姆模型，考虑到压力补偿00203123sgn()4p g gp p y F PA P A F F P A LQ L d A A v P Dh h ητπηππτ=∆+=++=++ 当活塞拉伸时，活塞有效作用面积应为()224p D d A π-=，当活塞压缩时，活塞的有效作用面积为24p D A π=。

p Q A v =为流速，,D d 分别为活塞杆外径内(2) 已确定的尺寸：根据最大阻力和缸内的最大强度近似估计工作缸的直径:由公式1D = 取减振器拉伸行程的最大卸荷力max 2500F N =，缸内最大容许压力[]4P MPa =，0.3λ取，得出1=30D ，由此得d=9，若取d=12.4，反算max =2344N F ，仍然满足要求。

工作缸内径130D =，活塞头直径D=28，活塞杆直径d=12.4；工作间隙h=1(3)有效长度： 我国公路路面B, C 及路面占的比重大，建立普通减振器仿真模型，可知减振器的速度一般在O.15m/s 以下，所以根据减振器实验结果，设在O.15m/s,I=OA 时，压缩阻尼力为360N()222203336044L D d d F v p Dh πηπ-=+=零场粘度η=0.8，气体压力02p MPa =,v=0.15m/s由此得出有效长度30L =(4)线圈匝数：当工作电流为2A 时，最大可调阻尼力()22max 3360234436019844y L D d F F N h τπτ-==-=-=44.5y k P a τ=由MRF-J01磁流变液y B τ-曲线最小二乘法拟合得：140y B τ=由于活塞、缸筒等材料的磁导率要比磁流变液高出许多，相对气隙的磁阻来说很小，可以忽略。

磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究磁流变材料阻尼器是一种先进的阻尼器，在波浪荡漾、地震或机械振动等方面有广泛的应用。

它能够通过施加磁场来改变其内部阻尼阻力，以达到减振和减震的效果。

在本文中，我们将探讨磁流变材料阻尼器的设计和性能研究。

一、磁流变材料阻尼器的工作原理磁流变材料阻尼器的工作原理基于其材料本身的特性。

其外观类似于一个圆柱形的管子，内部则填充有磁流变材料。

当施加磁场时，磁流变材料会发生磁致变形，从而改变管子内部的液体位置和流动。

在运动过程中，液体会产生阻力，从而达到减震和减振的作用。

二、磁流变材料阻尼器的性能研究磁流变材料阻尼器的性能研究涉及到其结构设计和使用效果。

以下是该阻尼器的性能分析：1、阻尼器的结构设计阻尼器的结构设计对其性能具有重要影响。

通常，设计者会考虑以下主要因素：外部形状、内部填充材料和磁场生成器。

以外部形状为例，可以设计成不同形状，如梯形、V形或菱形。

这些形状对于磁流变材料的分布和内部阻尼效果具有明显的影响。

此外，内部填充材料的选择也至关重要，不同的材料具有不同的粘度和导电性能，因此对阻尼器的实际性能会产生重要的影响。

2、使用效果的测试除了设计结构以外，测试阻尼器的使用效果同样至关重要。

例如，可以通过实验来测量阻尼器在减震和减振方面的效果以及其对于振动频率和波形的响应。

此外，还可以对阻尼器的耐久性进行测试，以确保其能够在长时间内稳定工作。

三、磁流变材料阻尼器的应用磁流变材料阻尼器广泛应用于工业和车辆领域，如摩托车减震器、建筑物和桥梁结构减震器、汽车悬挂器等等。

在汽车领域，磁流变材料阻尼器已经被广泛应用于各大汽车制造商的高端品牌车型。

例如，美国福特公司的F-150皮卡车已经采用了该技术。

磁流变材料阻尼器可以大幅度提高车辆的行驶舒适性和安全性，从而更好地吸引消费者。

四、结论磁流变材料阻尼器是一项重要的技术，其在各大领域的应用也正在不断增加。

设计良好的阻尼器不仅可以提高机器和设备的性能，还可以减少因振动产生的损坏和磨损。

摩托车磁流变减振器的设计摘要：磁流变液能够智能化地控制摩托车的减振效果，在摩托车减振器的设计上有重要的应用。

该文对磁流变液及流变特性进行研究，以磁流变减振器的工作模式为基础，进行摩托车磁流变减振器的设计。

关键词：磁流变；减振器；摩托车磁流变材料的工作电压最大只有几十伏，有效克服了电流变材料要求的高压特性；另外，磁流变材料的剪切屈服应力远远优于电流变材料，加之对杂质影响不敏感的特性，磁流变材料在结构振动控制以及车辆工程等领域有很大的优势。

一、磁流变液减振器的工作原理磁流变减振器是一种新型智能减振器，利用不同电流控制不同磁场，进而得到不同的阻尼特性。

它的工作模式主要有流动模式、剪切模式和挤压模式[5]。

流动模式的减振器上下板固定，在压差作用下磁流液流过间隙，通过不同的磁场强度得到不同的流动阻力。

剪切式减振器两板间有相对移动或转动，可连续改变切应力与切应变率[6]。

二、磁流变及流变特性一些特殊的液体当受到外加磁场的作用时，它们的流体特性会产生显著改变，达到阈值的磁场甚至会导致流体固化；一旦外加磁场被移除，流体又恢复原来的特性；这样的流体被称为磁流变体，这种效应被称为磁流变效应。

磁流变效应产生的机理主要有两种理论[1]：相变理论和场致偶极子理论。

相变理论的观点是：当没有外加磁场时，磁极化粒子的运动轨迹只受热运动的影响，运动状态是随机的；一旦外加磁场的强度达到一定阈值，磁极化粒子就会被极化，此时磁场和热运动的相互作用会使粒子变得有序，当外加磁场足够强时，这种顺序就会变为长链，最终导致固态相的产生。

场致偶极矩的观点是：外加磁场导致磁极化粒子磁化成磁偶极子，而且这些磁偶极子相互成链。

磁流变体的连续相（载体液）主要有两种：非极性的和有极性的。

顾名思义，非极性的连续相很少会受到磁场的影响；而有极性的连续相会因为外加磁场的作用而导致极性分子产生有序化。

磁流变体的分散相的极化有粒子体内极化、粒子表面双电层极化以及界面极化：粒子体内极化主要表现为电子、离子的位移极化和偶极子的转向极化；双电层极化是粒子表面的电荷层在磁场作用下产生的电荷不均匀分布；界面极化主要指的是分散相粒子在连续相界面处因为磁化率不同导致的不均匀分布。

磁流变液减震器的设计开发和试验验证
周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【期刊名称】《中国工程机械学报》
【年(卷),期】2007(005)001
【摘要】首先根据磁流变液减震器工作原理,即磁流变液减震器通过线圈电流改变磁场调节磁流液在阻尼通道中的流动实现对减振器阻尼力的控制,并根据此原理试制出了减震器.其次根据减震器试验标准,对设计的减震器进行台架试验;在试验过程中对力传感器和位移传感器进行了标定,然后采集力信号及位移信号,并对试验数据进行了分析.
【总页数】4页(P82-85)
【作者】周鋐;郭岩峰;闵坚;陈栋华
【作者单位】同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092;同济大学,中德学院,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TH13
【相关文献】
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4.飞机起落架磁流变减震器的设计与试验研究 [J], 祝世兴;卢铭涛;杨永刚;田静;陈
帮
5.新型机床磁流变减震器的设计及其减震性能研究 [J], 刘薇娜;吴欣宇
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车用磁流变减振器的磁路设计
陈昆山;袁善发;刘韶庆;姚斌
【期刊名称】《拖拉机与农用运输车》
【年(卷),期】2007(34)4
【摘要】磁流变减振器磁路的设计是减振器设计中较为重要的一步,为使磁路的设计思路更加完善,对影响磁路性能的各关键问题应进行比较细致的分析。

选择合理的磁路参数和设计方法决定着减振器的设计能否满足性能要求,利用有限元分析软件ANSYS对设计的磁路结构进行了仿真,结果表明设计的磁路结构满足性能要求,磁路设计方法较为合理,通过分析仿真结果可对磁路结构进一步优化,使设计的磁路结构性能得到最大的发挥。

【总页数】3页(P79-81)
【关键词】磁流变减振器;磁路设计;磁路优化;有限元分析
【作者】陈昆山;袁善发;刘韶庆;姚斌
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463.33
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4.馈能型磁流变减振器磁路设计与特性研究 [J], 寇发荣; 郝帅帅; 李立博; 王睿
5.馈能型磁流变减振器磁路设计与特性研究 [J], 寇发荣; 郝帅帅; 李立博; 王睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

安徽机电职业技术学院毕业论文浅析磁流变阻尼器工作原理系别专业班级姓名学号2013 ～ 2014 学年第一学期目录摘要 (Ⅰ)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (2)1.2磁流变技术的研究与发展 (4)第二章磁流变阻尼器工作原理及结构模式 (7)2.1磁流变阻尼器的工作模式 (7)2.2磁流变阻尼器的基本结构 (7)2.3磁流变减震器的构造及工作原理图 (11)第三章磁流变阻尼器的设计 (13)3.1磁流变阻尼器设计准则 (13)3.2磁流变阻尼器的结构参数的计算 (13)3.3磁流变阻尼器的优化设计 (15)第四章磁流体阻尼器在车辆上的具体应用 (18)4.1磁流变阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况 (18)4.2磁流体阻尼器在车辆半主动悬架上的应用 (19)4.3可调磁流体阻尼器的发展 (19)摘要磁流变液（Magnetorheological Fluid简称MRF）是一种智能材料。

在磁场作用下，它能在液态和类固态之间进行快速转化。

同时转化的过程是可控、可逆的。

具有在外加磁场作用下快速可逆地改变流体性能的特点。

磁流变液与过去常用的电流变液相比，具有许多优点: （1）屈服应力更大（2)温度范围宽（3）稳定性好（4）在装置中用量较小，使用装置紧凑、质量更轻（5)安全性高，因而可以广泛应用于航空航天、机械工程、汽车工程、精密加工工程、控制工程等领域。

本文研究了磁流变磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，在根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。

在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参数尺寸，并应用AutoCAD制图软件，画出了磁流变阻尼器的装配图，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。

本文同时研究了磁流变阻尼器的工作原理，先对磁流变液和磁流变阻尼器的发展及应用趋势及其在汽车悬架控制技术中的应用发展情况进行研究。