（优秀毕业全套设计）汽车半主动悬架磁流变减震器的设计及仿真

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由于平板间隙远远小于平板大小，因而，可以将平板内流体的流速认为是相同的，因此区域内的速度也以可根据上式求得。故而，将式代入式中，得到区域内流体的速度表达式为流体在间隙内的流速分布情况可以用式描述。根据流体体积流速与速度极板宽度的关系，可得到流体的体积流速当磁流变液以流过间隙时，两端压差为式中为流体粘度，为长度。式反映了间隙处压差流体体积流速剪切屈服应力之间的关系。对于屈服前的牛顿流体，即剪切应力为零，因而压差为流体在间隙中刚好能够自由流动时，间隙两端的压力差根据式可知为当压差远远大于时可将式简化为将磁流变减震器中的流体运动模式看成流动模式，则流体的体积流速与有效面积速度的关系可以表示为式中为活塞的有效面积，为活塞运动速度。将式代入式中，可以得到减震器流动模式下的阻尼力为剪切模式下的减震器阻尼力模型在移动两极板使其以相对速度运动时，属于剪切模式下的磁流变液产生屈服应力，如图所示。本构关系的流体受到两平板相对运动而产生的剪切作用影响，所产生阻尼力表达式如下..式中表示受到剪切力作用的有效横截面积。在活塞杆直径，活塞直为径，阻尼间隙宽度为的剪切式的磁流变液减震器中，位于间隙处的有效面积为，因此，此时磁流变减震器的阻尼力为图剪切模式下磁流变液的速度分布混合模式下的减震器阻尼力模型混合模式下的减震器，其阻尼出力既具有流动模式下的阻尼力特点，又拥有剪切模式下的阻尼力特点，因而，混合模式下的阻尼力可以认为是二者的叠加。所以混合模式下的阻尼力表达式为将式代入式得混合模式下的阻尼力为混合模式下，由于减震器活塞与缸体之间的间隙相比于缸体非常小，通过式可知，远大于，因此，此时的减震器阻尼力可以用流动模式下的阻尼力代替。因而，混合模式下的阻尼力即为其中为磁流变液的零场粘度，为阻尼通道长度，为活塞有效面积，为活塞相对运动速度，为等效宽度，为阻尼通道间隙。式中第项为与速度大小有关的粘滞阻尼力，是阻尼力的不可调节的部分第二项是与磁场有关的库仑阻尼力，是阻尼器的可调节阻力库仑阻尼力与粘滞阻尼力的比值称为阻尼力可调倍数。即本减震器的阻尼力模型本文设计的减震器阻尼通道的结构示意图如图所示，从图中可看出。当减震器处于压缩行程时，磁流变液拥有两条阻尼通道，活塞头上端面与活塞套内腔的通路构成了通断状态可变的第条阻尼通道活塞套外壁与工作缸筒内腔壁的间隙构成了常通的第二条阻尼通道，始终连通工作缸有杆腔和工作缸无杆腔。当减震器处于拉伸状态时，只有第二条阻尼通道。因此对于减震器的阻尼力需要分两种情况进行分析。当处于拉伸状态时，第二条阻尼通道相当于处于混合模式下，故而阻尼力，式中,，，。静置稳定装置活塞杆活塞套活塞头励磁线圈挡板磁流变液工作缸筒图减震器阻尼通道结构示意图当处于压缩状态时，两条阻尼通道均可看作处于混合模式下，故而阻尼力，，，式中。.结构参数对阻尼力的影响在减震器的设计中，剪切屈服应力对减震器的减震性能有着极大的影响，是导致磁流变液产生流变特性的主要原因。从式中可知，阻尼力与剪切屈服应力成正相关，剪切应力增加阻尼力随之增大。而研究表明，剪切屈服应力与磁通密度呈正比关系，即可通过改变控制电流的大小，控制磁场强度，就能改变屈服应力。零场粘度是影响阻尼力的又因素，它由磁流变液本身性质所决定。要增大减震器的阻尼力，除了增大磁场强度及改变磁流变液本身特性外，只能通过改变减震器的结构参数来实现阻尼力的改变。阻尼间隙对减震器阻尼力的影响也较大，间隙的三次方与阻尼力成反比。因此，阻尼间隙稍微改动点点就会使阻尼力大幅度变化。因要想得到更大的阻尼力就应该减小阻尼间隙。然而因为磁流变液特性的影响，间隙过小方面会造成阻滞，即阻尼力非常大，导致减震器太“硬”而起不到减震的效果，另方面阻尼间隙过小从而加大制造的难度。因此不宜取太小，实际设计中般取。活塞直径对减震器阻尼出力有很大影响。方面活塞直径越大减震器的阻尼出力也随之增大另方面，由式中可得知，活塞直径与可调阻尼倍数成反比，它的直径越大可调阻尼倍数会越小此外直径增大减震器的体积也会增大。活塞的有效长度与减震器的阻尼力成正比，长度增大阻尼力也增大。然而活塞有效长度的增大也会增加减震器的体积。由此可见，减震器阻尼力的调节与结构尺寸之间存在着定的矛盾。对磁流变液结构参数进行优化设计是直观重要的，如何设计减震器，使得可调阻尼力的范围增大，而又能保证活塞有效长度合适，是非常关键的问题。.本章小结本章针对磁流变减震器三种工作模式下的磁流变液进行了阻尼力的建模。该模型表明，影响减震器阻尼力的参数包括阻尼间隙剪切屈服应力有效长度以及活塞直径零场粘度等。通过分析可知，改变有效长度是增大阻尼出力的有效方法。第章磁流变阻尼器设计磁流变阻尼器的结构设计是减震器设计中最重要的个部分，直接影响到了磁流变减震器的外观尺寸与工作性能。它的结构参数对减震器阻尼力的影响是对减震器进行设计改进前必须考虑的问题，这些问题已经在第二章仔细思考过了。包括对阻尼器的工作模式的分析也包括主要结构参数，如剪切屈服应力零场粘度以及阻尼间隙活塞直径活塞有效长度，对减震器设计与阻尼出力的影响针。对本次设计的减震器建立了属于本减震器的阻尼力计算模型，并通过模型了解了减震器结构参数对减震性能的影响。因此，若要设计个可调阻尼力大减震性能好且结构比较简单的减震器，对其结构参数的设计时最核心的内容。本章将以此为基础，对磁流变阻尼器进行结构设计与磁路设计。.结构设计缸筒的设计缸筒是磁流变减震器的重要组成部分。在减震器中，它起到保护缸体内部结构的作用，此外还承受了减震器活塞杆上下移动中的拉伸挤压以及各种载荷，因而，对于缸筒来说，来需要注意其抗压抗拉和抗震的能力二来，由于在减震器内部活塞组件在运动过程中会消耗能量产生热量，若不能及时将减震器内部的热量散发，将影响减震器的精度。所以，缸筒的设计中方面要考虑它所要承受的拉力压力冲击和震动另方面还要考虑到如何散热。在本次减震器设计中，缸筒的端通过螺纹与上端盖连接，另端通过端盖与带有吊环的下端盖进行焊接。因此需要进行螺纹的加工，要求有较高的精度。缸筒的尺寸直接决定着减震器的空间尺寸。其直径的确定可根据设计要求，通过汽车筒式减震器尺寸系列及技术条件来进行初步确定。.表减震器的尺寸系列复原阻力工作缸筒直径压缩阻力不大于不大于由所给参数如下当减震器速度.时，减震器的阻尼力为当减震器速度.时，减震器的阻尼力为当减震器速度.时，减震器的阻尼力为上面图表给出的力与工作缸直径的关系都是在速度.的基础上给出的，因此要根据已知参数推算需要设计的减震器在速度为.时的压缩阻力和复原阻力根据磁流变阻尼器工作原理可知，未通电时磁流变阻尼器的粘滞阻尼力与压缩阻尼力相等，而由式可知，粘滞阻尼力跟速度呈线性关系，因而，根据所给参数，可知，在速度为.时的压缩阻尼力为.在速度为.时，压缩阻尼力为.在速度为.时，压缩阻尼力为.故而，可求得当阻尼器的速度.时，压缩阻尼力大约为.。因而，工作缸直径选取。参照国家标准汽车筒式减震器尺寸系列及技术条件，并根据般筒式减震器的壁厚选取为。因而减震器的缸筒内径为，外径为。活塞的设计活塞设计是减震器结构设计与磁路设计的核心。其内部结构会影响减震器的整个磁场的分布与其工作性能。据前章所述，基于剪切模式的磁流变减震器的阻尼通道为缸筒与活塞之间的间隙构成而基于流动模式的减震器，阻尼通道则为活塞上的圆形孔形成这两种阻尼通道虽然结构简单，但有效长度受到了限制，在磁场作用下的阻尼通道长度极短，磁场得不到充分的利用。式表明，减震器阻尼力的最大出力与阻尼通道有效长度成正比，因此，要增大减震器的最大阻尼出力，需要较好地解决磁流变减震器空间尺寸与阻尼通道长度之间的矛盾，既不需要增加额外的活塞尺寸，又能使磁场得到充分的利用。且采用单活塞的磁流变阻尼器，其活塞结构过于简单，致使阻尼变化值小，造成应用范围受限采用复合活塞的磁流变减震器，其阀系结构较多，结构过于复杂，导致可靠性降低和成本上升。如磁流变减震器供电中断，则不能产生磁流变效应，造成阻尼力明显下降，影响减震效果。基于以上考虑，将活塞做成由活塞套跟活塞头挡板配合而成，结构示意图如图所示，并将活塞内部的阻尼通道做如下设计有两条阻尼通道活塞头上端面与活塞套内腔的通路构成了通断状态可变的第条阻尼通道活塞套外壁与工作缸筒内腔壁的间隙构成了常通的第二条阻尼通道，始终连通工作缸有杆腔和工作缸无杆腔。这种减震器的工作过程是在处于压缩行程时，活塞头下移到活塞套内腔底部端面，使得活塞套内腔壁的径向通孔端面的轴向通孔工作缸筒之间之间形成的阻尼通道打开。当处于复原行程时，活塞头上移到活塞套内腔顶部端面，使得活塞套内腔壁径向通孔端面的轴向通孔工作缸筒之间形成的阻尼通道关闭，此阻尼通道状态相对于活塞套外壁与工作缸筒内壁形成的常通阻尼通道关闭，此阻尼通道状态相对于活塞套外壁与工作缸筒内壁形成的常通阻尼通道是随路况的不同而在打开与关闭之间变化的，有助于实现减震要求。静置稳定装置活塞杆活塞套活塞头励磁线圈挡板磁流变液工作缸筒图汽车半主动悬架磁流变阻尼器阻尼通道示意图图活塞头活塞套挡板结构示意图因活塞的特殊设计，故而其活塞头活塞套挡板的尺寸见结构示意图。活塞杆的设计塞杆单独加工而成。与活塞头通过螺纹联接。由于减震器在汽车行驶中不停地压缩与伸张，因此活塞杆必须要保持良好的抗压缩抗拉伸的能力，即输出的阻尼力。由于磁路部分在设计上不考虑活塞杆的影响，于是选用钢，保证活塞足够的强度。活塞头上缠绕的励磁线圈导线经过活塞杆盲孔与外部电源相连，该轴向盲孔的直径考虑线圈的大小，单根线圈导线的直径查新编电工实用手册可知为.，因此盲孔直径定为，加工精度不高。活塞杆的直径与缸筒直径比般，本文取为.，因此活塞杆直径为...为了便于轴向盲孔的加工，取活塞杆直径为。由于活塞杆是承重的重要零件，且内部需要加工轴向盲孔，因而必须校核强度是否达到要求。为保证活塞杆的安全性，进行以下强度校核式中为减震器的最大阻尼力，参考般车辆的减震器取车重乘用汽车车重约为.,得。取。为活塞杆有效横截面积，。得.，其中，，求为钢的屈服应力，且资料得。...因而，活塞杆校核后安全。其他零部件的设计防尘套通过活塞杆套在减震器上，起到防尘作用。防止沙砾或灰尘进到减震器上,和导向套上的型密封圈摩擦后容易漏油,减短减震器使用寿命。因防尘套裸露在空气中，为保证其自身寿命，必须选择耐酸碱耐磨