（全套CAD）自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计（终稿）

除此之外，应用方面也更加广泛，如将压电陶瓷做成水声换能器用来水下导航侦查敌舰等，做成的压电引信可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器，在精密测量及超声探伤等方面的作用也越来越重要，现代压电陶瓷元器件逐渐向着多层片式化片式元件集成化集成元件模拟化和多功能化方向发展。

磁流变液近年来致力于改善磁流变液沉降稳定性的工作主要可以分成两类，类是利用制备复合磁性颗粒改善稳定性另类是在磁流变液中加入些添加剂来改善弥散颗粒的沉降稳定性。

然而这些方法使用的磁性颗粒大多粒径很小，其磁流变效应很低，无法适应工程器件对力学性能的要求。

而针对在般实用磁流变液中普遍使用的微米级羰基铁粉表面处理研究较少，因此基于羰基铁粉表面修饰改性从而改善其沉降稳定性的研究显然非常迫切，因此实验室研发了聚甲基丙烯酸甲酯包裹的羰基铁粉，改善了磁流变液的性能。

通过长期的研究，实验室已制备出性能稳定效应显著的磁流变液样品并自行研制出款碟片旋转剪切式磁流变性能测试系统开发出多款旋转式阻尼器，其中多片式阻尼器已被应用到多功能健身器中。

开发多款新型的直线型阻尼器，用于汽车高速列车等多种交通工具的减振。

对于磁流变阻尼器美国等人研究了用于重型卡车的磁流变阻尼器的性能美国工程研究公司的等人研究了磁流变液的静态屈服应力等人研究了磁流变液的剪切流动法国大学和等人对磁流变液的物理机制进行了分析。

美国德尔福公司推出了磁流变液减振器，其中指出，在磁流变液的半主动悬架系统中，磁流变液这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的流体特性，而在强磁场作用下，呈现了高粘度低流动性的特性，磁流变液属可控流体，是瞬间的可逆的，而且其磁流变后的剪切强度和磁场强度具有稳定的对应关系。

这种磁流变液减振器已用在凯迪拉克轿车上。

近年来，国内对磁流变液的研究也取得了些成果。

重庆大学的常建彭向和司鹄等人研究了磁流变液流变特性的测试方法，研究了磁流变液的屈服应力，廖昌荣等人对用于微型汽车的磁流变阻尼器的设计原理方法及实验进行了研究，黄金等人研究了磁流变液在制动器离合器中的应用，建立了磁流变制动器的设计方法上海交通大学何亚东西安交大倪建华等人研究了磁流变阻尼器在车辆悬架控制中的应用，佛山大学旺晓建研究了支承在磁流变液阻尼器和滑动轴承上的转子系统在振动主动控制过程中的运动稳定。

姚喆赫等介绍了磁流变液的特性及磁流变减振器的工作原理，结合国内外最新研究成果，综述了用于汽车悬架的减振器的结构形式仿真模型控制方法和测试技术，并对今后的研究工作重点进行了探讨。

傅宇雁等主要介绍了磁流变减振器中磁流变阻尼器的工程应用，分析磁流变阻尼器的力学模型及其特征。

吕振华等分析了汽车乘坐舒适性行驶平顺性和操纵稳定性对筒式液阻减振器特性的要求，指出汽车在不同行驶工况下对减振器特性的要求是不同的分析了被动式减振器的发展历程及非充气和充气减振器的特点，阐述了机械控制式可调阻尼减振器电子控制式减振器以及电流变和磁流变减振器等的结构特点工作原理及其动态特性分析了筒式液阻减振器基于经验设计实验修正开发方法的缺点，阐述了基于技术的现代设计开发方法的过程及其关键问题最后分析了我国筒式液阻减振器技术的发展状况及问题，展望了减振器技术的发展前景。

磁流变液的最终目标是达到商业使用化程度，国内磁流变液减振器的研究还处于起步阶段，很多相关理论还不成熟，如其复杂的非线性行为还有待进步研究。

.研究的内容研究课题的意义研究的内容介绍压电材料自供能的特点，选择压电材料及其形状模式，设计压电功能系统介绍磁流变液材料的组成磁流变液效应磁流变液的主要性能。

自供，能式磁，流变，减震器，结构设计，实验，试验，方案设计，毕业设计，全套，图纸目录摘要引言第章概论.磁流变减震器研究现状.研究的内容研究课题的意义第章自供能部分结构设计.结构设计的原则.压电能量捕获结构.电能调理电路.连接弹簧部分第章磁流变液减震器.磁流变液磁流变液的组成磁流变效应及其特征磁流变效应的机理影响磁流变效应的因素磁学特性磁流变液的粘度磁流变液的密度常用磁流变液种类.减震器的结构参数确定缸筒及活塞杆尺寸的确定间隙的确定活塞有效长度的确定磁路参数参数下的阻尼力计算活塞杆缸筒活塞及磁流变液材料减震器的其他零部件尺寸和材料选择第章减震器实验方案的设计.阻尼力数学模型的建立.功能特性试验方案的设计总结和致谢参考文献附录Ⅰ译文附录Ⅱ译文原文自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计摘要压电材料具有机电耦合效应使其在工程应用中有了广泛的应用，来自机械外力的压迫可以使压电材料产生电位差，并通过适当的装置应用于外界同时压电材料又可由于有电场的存在使得其产生机械变形，从而使机械能作用于外界。

良好的机电耦合性能使得压电材料成为种智能材料，应用于些随外界变化而产生变化的智能结构，如自我诊断自我修复的结构，而这里所介绍的减震器实际上是种自我平衡的机构。

磁流变液，简称流体属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的支。

磁流变液是由高磁导率低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。

这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性而在强磁场作用下，则呈现出高粘度低流动性的体特性。

由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的可逆的而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是种用途广泛性能优良的智能材料。

磁流变液可以再磁场中运动产生阻尼力从而实现减震。

本文主要介绍压电材料在减震器上面的应用，也就是自供能式磁流变减震器的结构分析与设计。

压电材料配合机械运动可以提供减震器所需要的能量，而磁流变液可以在磁场中运动产生阻尼力和剪切力，从而缓解震动，这就是自供能式磁流变液减震器的基本概念。

从压电材料产生电能开始分析，到设计结构利用电能并应用于需要的部分，这是自供能部分的设计，对于磁流变阻尼器，先分析各部分的结构尺寸参数及选用材料，并以此为基础进行磁路设计得出活塞的磁路结构，然后运用机械三维软件的模拟仿真，建立具体的三维立体模型，画出装配图，验证并得出阻尼器的尺寸结构参数。

关键词压电材料磁流变液阻尼器减震器，，.，当磁感应强度时，可得阻尼力，阻尼力比，为屈服应力产生的阻尼力，为粘性产生的阻尼力当磁感应强度时，可得阻尼力，阻尼力比。

般工作时，磁感应强度般在，减振器阻尼力在到之间，即可满足要求，故取工作的最大磁感应强度。

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，