（终稿）自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计（全套完整有CAD）

活塞杆缸筒活塞及磁流变液材料活塞杆和缸筒均选用低碳钢。

低碳钢并不耐磨，采用渗碳淬火，然后低温回火，回火温度般为。

经淬火低温回火后，钢硬度为，耐磨性很好，心部为。

提高加工精度降低表面粗糙度也可以进步提高耐磨性。

鉴于汽车振动般在范围内，减振器磁场的变化频率也不会超过，因而可以用铁钴合金来制作活塞。

本文采用下列热处理工艺进行处理在氢气保护下，随炉升温到保温，然后以的速度冷却到，再以的速度冷却到，然后出炉。

铁钴合金的主要组成和含量，以重量表示为，，，，.其为铁和由熔炼工艺造威的杂质，但由于铁钴合金的价格比较昂贵，仍采用低碳钢。

磁流变液的材料选用。

是以碳氢化合物为基础液的磁流变液，密度为，粘度为，应用温度范围为，它般用在可控的耗能的密封装置方面，例如振动阻尼和制动。

减震器的其他零部件尺寸和材料选择吊环采用，均可，般不进行表面处理，根据使用要求，可以进行镀锌钝化，电镀后应立即进行驱氢处理。

型密封圈查阅机械设计手册第卷可得型橡胶密封圈有良好的密封性，它是种压缩性密封圈，同时又具有自封能力，所以应用范围很宽，密封压力可到的高压动密封可达。

如果材料选择适当，温度范围为。

由液压气动用型橡胶密封圈尺寸系列及公差表得对活塞杆选用形密封圈液压动密封，如下表表.活塞杆形密封圈参数标记形圈内直径极限偏差截面直径极限偏差.对缸筒内壁，选用形密封圈静密封，内直径为，尺寸公差为，截面直径为，台阶上的缸体内直径为，外直径为，上缸壁厚为，如下表表.缸筒内壁形密封圈参数标记形圈内直径极限偏差截面直径极限偏差.对于浮动活塞，采用两个密封圈，个形密封圈液压动密封，其几何尺寸与上表致，另个气动形橡胶密封圈，如表下所示。

台阶下缸体内直径为。

表.浮动活塞形密封圈参数标记形圈内直径极限偏差截面直径极限偏差密封室单向阀。

根据技术要求，单向阀的公称压力至少为，使用温度为，适用介质氮氢气氨，密封防爆。

活塞杆上端螺母为，配用平垫圈。

活塞杆下端带槽圆螺母为，配用圆螺母止动垫圈。

螺旋弹簧的设计计算。

以车身重进行计算，对承受车体重量的螺旋弹簧进行设计。

根据工作条件选择材料并确定其许用应力，如下表所示。

表.弹簧求较容易实现，而磁导性般要求液压缸的壁厚较大，所以壁厚般都取的较大，尽管如此，强度校核也是必要的。

液压缸的内径与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒，磁流变减振器的液压缸属于薄壁圆筒，其厚度按下式计算式中为液压缸壁厚，为液压缸内径，为缸筒材料的许用应力，为液压缸的最大工作压力，其数值应按照减振器所需要的阻尼力的数值确定。

参考上述微型汽车的外形，加上约束条件这里取缸筒材料选择钢，就可以满足要求。

图.缸筒结构图活塞的有效面积决定了减震器阻尼力的大小，而活塞杆的大小决定了活塞有效面积的大小，活塞杆直径越大，活塞杆有效面积就越小，所提供的阻尼力也就越小，这里我取活塞杆的半径为。

间隙的确定可控阻尼力和动态范围是衡量磁流变减振器性能的两项重要指标，磁流变减振器的回复力可分解为可控阻尼力和不可控阻尼力，不可控阻尼力包括粘性阻尼力和机械摩擦力。

动态范围定义为减振器回复力和不可控阻尼力的比值想要增大减振器的最大阻尼力，阻尼通道间隙应尽可能的小，随着间隙的减小，粘性阻尼力的增加比可控阻尼力快两倍，又由于机械摩擦力是常量，所以动态范围也随着减小，在选择阻尼间隙时应综合减振器阻尼力以及动态范围的要求选择合理的数值。

根据磁流变减振器设计经验和考虑原减振器的构造及装配所需精度，磁流变减振器阻尼通道间隙通常是，这里我取.。

所以可得。

活塞有效长度的确定阻尼通道的长度要使得磁流变减振器工作间隙的磁场均匀，且漏磁较小，就要满足.，故初选。

活塞有效长度部分不仅用于剪切磁流变液产生的阻尼力，另外也是磁路的部分，其数值的选择要综合考虑阻尼力刺桐特性以及动态范围的要求。

从磁流变减振器的阻尼力模型可以看出，活塞有效长度越大，阻尼力也就越大由磁路欧姆定律可知，越大，磁路的截面积也就越大，磁阻就越小，磁通性越好。

所以应在不改变减振器的调节范围并且在空间允许的范围内尽量增大的数值。

为了保证被控对象对减振器的行程要求，本文先确定活塞长度。

图.活塞杆结构图磁路参数磁流变减振器结构参数尺寸和工作原理设计画出磁路结构简图。

根据减振器的结构特点，将磁路分为个部分进行分析，如图所示。

减振器的线圈电流是由励磁电流和铁损电流构成，由于汽车悬架的振动频率较低，可以将线圈电流看成励磁电流，磁路各部分的磁阻为区域区域区域组成导磁体，与工作间隙组成闭合磁路。

对于区域，其磁阻为同理，区域和区域的磁阻分别近似为磁流变液的磁阻近似为其中，分别为活塞材料和工作缸材料的相对磁导率，总磁势为根据总磁势，再根据阻尼器的功率和散热状态确定最大激励电流，可以确定所需的线圈匝数由上分析可知在磁流变减振器的磁路设计中，是在选定了磁路中的各个材料后，确定了线圈的匝数。

本文根据工业纯铁和钢材料的工作点，确定了材料的磁导率，其它减振器的参数取初选的结构参数。

将所选的参数带入式得到减振器在时的线圈匝数匝左右。

表.低碳钢的磁学性能起始磁导率最大磁导率饱和磁感应强度矫顽力电阻率.参数下的阻尼力计算磁流变减振器阻尼通道的宽度远大于阻尼间隙，可以将其简化为如图的模型，该模型即间隙为长度为宽度为的两平行板，且相对运动的速度，磁流变液在压力差如的作用下在两平板间流动。

散在载液中。

细分散高体积分数左右的可通过引入表面活性剂促使铁磁颗粒形成凝胶的空间结构从而实现稳定化。

离子键的表面活性剂如油酸可用来实现团聚稳定。

磁流变效应及其特征磁流变效应是指磁流变液在磁场作用下，流体的表观粘度发生了巨大的变化，甚至在磁场强度达到临界值时，流体停止流动而达到固化，并具有定的抗剪切能力，还表现出固体所特有的屈服现象。

磁流变效应作为种特殊的物理现象，般具有以下特征外加磁场的作用下，磁流变液的表观粘度可随磁场强度的增大而增大，甚至在种磁场强度下，停止流动或固化，但当外加磁场撤除后，磁流变液又恢复到原始的粘度，即在外加磁场作用下，磁流变液可在液态和固态之间转换。

在外加磁场的作用下，磁流变液由液态至固态之间转换是可逆的。

在外加磁场作用下，磁流变液的屈服强度随磁场强度的增大而增大，直至固体颗粒达到磁饱和后趋向于稳定值。

在外加磁场作用下，磁流变液的表观粘度和屈服应力随磁场强度的变化是连续的和无级的。

在外加磁场作用下，磁流变液的表观粘度和屈服强度随磁场强度的变化是可控的，这种控制可以是人控的或自动的。

磁流变效应的控制较简单，它只需要应用个极易获得的磁场强度即可，可以利用磁感应线圈通过调整电流大小来控制。

磁流变效应对磁场作用的响应十分灵敏，般其响应时间为毫秒级。

控制磁流变效应的能量低，即液态和固态间的相互转换，不像物理现象中的相变要吸收或放出大量的能量。

磁流变效应的机理外加磁场作用下，磁流流体被磁场磁化使得磁流变液体变稠和产生抗剪屈服现象首先磁流。

整个磁流变效应的发生过程是磁场作用下分散相颗粒发生磁极化形成偶极子现象带有偶极矩的颗粒产生定向运动伴随着能耗颗粒在磁力的作用下定向排列颗粒从无序随机状态到有序化成链成束或形成种结构对外呈现明显的磁流变效应即表观粘度增大凝固以及呈现剪切屈服应力。

磁流变液颗粒被产生有序化的运动，这种运动从颗粒磁极化开始就产生，直至有序化运动终止，达到相对稳定状态，形成种固定的结构，即这些颗粒在磁场力作用下相互吸引，沿着磁场方向形成链状结构，这过程称之为链化过程。

影响磁流变效应的因素外加磁场的磁场强度在没有外加磁场作用时，磁流变液无屈服应力在外加磁场作下，磁流变液具有定的屈服应力，并且屈服应力随外加磁场的增加而增加，这种现象被认为是磁流变效应的主要标志。

颗粒的磁饱和强度择高饱和磁化强度的悬浮相可提高屈服应力。

当悬浮相微粒磁化饱和后，剪切应力随磁场强度的增大变缓。

随悬浮相体积分数的增大，剪切应力虽有较大幅度的增加，但同时会带来零场粘度的增大，屈服应力下降。

磁流变液的磁化率固体颗粒的磁化率是影响磁流变液剪切应力的另个重要影响因素，不同的颗粒材料具有不同的磁学特性，其在不同磁场强度下的磁化率也会不同，导致磁流变材料的宏观特性也会不同。

颗粒体积百分数固体颗粒的浓度对磁流变效应有明显的影响，随着固体颗粒体积百分率的增大，相同磁场强度和剪应变率所对应的剪切应力也相应增大。

实验发现，当体积百分数大于时，磁流变液易出现沉淀，将影响材料的磁流变效应，当体积分数小于时，磁流变液反应效率很低，体积百分率的最佳范围大致在之间。

温度温度对磁流变液的影响主要来自两个方面，即温度对颗粒热运动的影响和温度对磁性颗粒磁极化主要是磁极化率的影响。

温度的升高对磁流变效应是增强还是减弱，主要决定这两方面的影响孰强孰弱。

根据阻尼力的要求，确立了减振器的基本结构参数尺寸，以此为基础进行了磁路设计。

根据减振器般结构尺寸，画出磁流变减振器结构装配图。

研究课题的意义车辆工程的发展过程中，人们对舒适性和安全性等要求的提高及现代科学技术的发展，经过科学研究及实践而依次出现了三类悬挂系统被动悬挂主动悬挂半主动悬挂。

半主动悬挂系统采用了自主调节的主动控制智能装置，而且这种主动控制并不需要很大的能量同时半主动控制悬架系统在没有主动控制时具有被动悬架系统的功能，在控制失效的情况下保证了悬架系统的可靠性。

所以半主动悬架具有系统结构相对简单，具有出力大能耗小响应快阻尼力可调和易于控制等优点，在工程和实际应用中有着广阔的前景。

磁流变阻尼器是种通过调整磁场强度来达到调节阻尼目的的智能装置，因此，基于磁流变液流变效应的磁流变阻尼器正符合了半悬架系统的要求。

目前国外对汽车磁流变阻尼器已进行了很多的研究工作，而我国在磁流变阻尼器的应用属于初步阶段，对磁流变参数变化对减振效果的影响研究涉及较少。

把传统的磁流变加上有压电自功能系统在传统的结构上能够在能量方面自给自足，利用反馈原理来进行控制，这样既能增加控制系统的准确性，又能在节能方面表现优异，已逐渐成为阻尼器发展的主要趋势，这次对课题的研究既是对以前这方面研究的完善，也是对更新更好的磁流变液的开发，以及磁流变液阻尼器结构的优化。

第章自供能部分结构设计.结构设计的原则自供能部分的核心是利用压电材料的压电效应，利用压电结构将磁流变减振器工作环境的振动能转换为电能，为磁流变减振器供电，压电方式功能比电磁感应有更高的能量收集率，功能通过电能调理结构后也更加稳定，并附带反馈机理，有很好的调节作用。

压电能量捕获结构收集能量的能力，即收集的电能能满足磁流变减振器的电能需求自供电磁流变减振