（优秀毕业全套设计）自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计（整套下载）

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。

温度越高，颗粒的布朗运动越剧烈，颗粒在外加磁场作用下的成链越困难，磁流变效应就会减弱。

屈服应力在温度范围内变化很小。

可磁极化颗粒和稳定剂优良的磁流变液在零磁场条件下的粘度较小，具有良好的流动性，这就要求颗粒在磁流变液中的比例不能太大而另方面，磁流变液在定的磁场下应具备良好的磁流变效应，这就要求可磁极化颗粒在磁流变液中的比例应尽可能大。

磁学特性当外加磁场强度很小时，磁流变液近似表现出线性介质的磁特性，在这区域，磁化强度与磁场强度成正比，其关系可以表示为式中，为磁化强度，是磁流变液的磁化率，它是个无量纲的纯数，与温度有关，常随温度的升高而减小，为磁场强度。

随着外加磁场强度的增加，磁感应强度也迅速增加，磁流变液逐步达到磁饱和，在这区域，磁化强度可以表示为式中，是磁感应强度，这里是磁流变液的真空磁导率，是相对磁导率，它是磁场强度和体积分数的函数，可以从磁流变液的实验磁化曲线中查到。

随着外加磁场强度的进步增加，磁流变液达到完全磁饱和。

磁流变液的磁化曲线表现为当磁场强度增加时，磁化强度先是迅速增加，然后是缓慢增加，最终达到饱和磁化强度。

磁流变液的粘度零磁场时，假设磁流变液表现出牛顿流体的行为，粘度与剪应变率无关在低浓度时，磁流变液的粘度可用著名的爱因斯坦公式描述为式中，为磁流变液零磁场时的粘度，为基础液的粘度，为颗粒的体积百分数。

在高浓度时，磁流变液的粘度可用公式描述为当颗粒的体积百分数小于时，颗粒的体积百分数对粘度的影响不大当颗粒的体积百分数大于时，颗粒的体积百分数对粘度的影响很大。

磁流变液的密度磁流变液的密度是磁流变液应用中的重要数据，可以用它来计算出磁流变液中磁性颗粒的含量。

磁流变液由磁性颗粒基础液添加剂组成，认为磁流变液的重量是由其各组成部分重量之和，由此可得磁流变液的密度为式中，分别是磁性颗粒基础液添加剂的密度和体积百分数。

对以油为添加剂的磁流变液，密度，上式可以表达为在已知磁流变液磁性颗粒和基础液的密度时，可以通过测量磁流变液的密度来确定磁性颗粒的体积百分数。

常用磁流变液种类磁性材料中，只有氧化稳定性较好。

因铁资源较为丰富，钴镍要少很多，故磁流变液在外磁场作用下，产生的磁滞回线狭窄，近似与基本磁化曲线重合，所以对于磁流变液的材料制作出半，另半近似中心对称，也很容易得出磁性物质所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限增强。

当外磁场增大到定值的时候，全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场的方向致，这时磁化磁场的磁感应强度达到饱和值。

这种材料主要指。

.减震器的结构参数确定根据微型汽车前减振器如下表所示压缩及复原阻尼力，因此磁流变减振器的阻尼力范围也应满足此微型汽车对减振器阻尼力的要求，本文所设计的磁流变减振器外形尺寸与原减振器相同。

表.微型汽车前减震器压缩及复原阻力速度微型汽车前减震器总成复原阻力压缩阻力.磁流变减振器结构参数的设计应综合考虑到磁流变液的性能特点和所需要设计的磁流变减振器的性能要求，参数设计的主要任务是在初定些基本参数如减振器的外形尺寸，活塞的速度范围等的情况下，设计决定减振器性能的其他些关键因素，达到设计要求，减振器的结构参数的确定需要首先考虑到以下些因素缸筒及活塞杆尺寸的确定磁流变减震器的缸筒及活塞杆选择应首先参考般液力减振器的选择标准对于常用的混合模式磁流变减振器来说，液压缸的壁厚不仅要满足具有定的安全系数的强度要求，还需要满足磁路导磁性能的要求，通常强度要求较容易实现，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。

图.磁流变液数学建模建立如图所示的坐标系，层流时磁流变液运动速度帐再考虑到磁流变液定常连续不可压缩忽略质量力，则方程可以简化为式中为运动粘度。

式中的后两个公式说明，压强只是沿方向变化，又因为平板缝隙沿方向间隙不变，因此在方向的变化大小是均匀下降的。

由于速度只是的函数，可以写成，而，为动力粘度，故式可写作在外加磁场作用下磁流变液表现为流体，在平行板间流动时其本构关系可用式来描述式中是磁流变体的切应力，称是临界剪切屈服应力。

由式可知，磁流变液受到的剪切应力沿平板间隙是按线性分布的。

靠近平板的磁流变液受到的切应力最大，而中间对称面上的磁流变液受到的切应力最小，当极板两端压力差产生的切应力小于极板附近磁流变液的临界剪切屈服应力时，磁流变体静止不动当极板两端压力差产生的剪切应力大于极板附近磁流变液的临界剪切屈服应力时，靠近平板的磁流变液开始流动，而中间对称面上的磁流变液处于固体状态，产生个刚性流动区。

因此，可以将磁流变液的流动分为三个区域，其流动速度分别用来表示，存在下列边界条件。

区域区域区域对于区域，将代入式，利用，这两边界条件，求积分得区域的速度分布利用所示条件解得流经极板间隙的磁流变体的体积流量式中，为导磁筒内周长。

由流体力学连续性原理，考虑到本文所设计的阻尼器阻尼力是活塞作用面积化简式得到三次方程，求解此方程便可求出阻尼力。

由流体力学连续性原理可知，为活塞作用面积，为活塞运动速度。

把速度分布式代入式得化简得确定结构参数，就可以解元三次方程得到活塞压力差。

其中式中活塞有效面积活塞杆有效面积当时，磁流变液没有磁场，为牛顿流体，式可以解得根据单筒充气减振器工作时力的平衡关系式中拉伸行程减振器阻尼力压缩行程减振器阻尼力工作活塞上腔内的压强工作活塞下腔内的压强大气压强摩擦力引起的阻尼力联立式上述公式，可确定单筒充气磁流变减振器的压缩和拉伸阻尼力数学模型。

阻尼力的计算由前面的分析计算可以知道，对磁流变减振器而言，阻尼力主要取决于磁流变液体在磁场下的剪切屈服应力。

根据本文所采用的磁流变液的力学特性曲线，利用二次曲线拟合磁感应强度与剪切应力的屈服关系，对式进行参数拟合。

得到，