1、磁流變阻尼器的創(chuàng)新設(shè)計James Poynor先進汽車動力研究室弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)讀者論文本文的主要讀者是我的研究生咨詢委員會，另一部分讀者為從事磁流變阻尼器研究領(lǐng)域的學(xué)者們組成。論文總結(jié)本文將會呈現(xiàn)不同磁流變阻尼器的評價結(jié)果，并推薦了新型的磁流變阻尼器的設(shè)計方案。下面摘錄的是第一章。目錄摘要數(shù)據(jù)列表表格列表第一章 說明1.1 磁流變液裝置概要1.2 工程實物1.3 細(xì)微結(jié)構(gòu)第二章 背景2.1 磁流變液2.2磁流變裝置2.3磁流變阻尼器第三掌 車用磁流變阻尼器的設(shè)計3.1單管磁流變阻尼器3.2雙管磁流變阻尼器3.3阻尼器性能第四章 磁流變阻尼器在加速反沖控制中的應(yīng)用第五章 混合磁流變阻

2、尼器第六章 總結(jié)6.1總結(jié)6.2推薦參考文獻第一章 說明本文的主要目的是向讀者介紹磁流變阻尼器。并對磁流變液工作的機構(gòu)進行闡釋和說明。最后將討論本方案的磁流變阻尼器實體模型以及評估不同的磁流變阻尼器的方法。1.1 磁流變阻尼器概述近些年，制造商對磁流變阻尼器表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣。例如，Lord公司已經(jīng)研究磁流變液并開發(fā)卡車坐墊的阻尼器很多年了。這些座位的減振器是由一些大型的商用卡車的原本的液壓減振器改造而來。Lord公司的卡車座位阻尼器可以說是最成功的商業(yè)MR阻尼器。除了卡車座椅減震器，其他商業(yè)MR阻尼器將可在不久的將來問世。例如，通用汽車宣布，一個MR阻尼懸掛系統(tǒng)將于2003年用在某些凱迪

3、拉克車型。MR阻尼器在車用用途上是不受限制的。近日，軍方已顯示出利用MR阻尼器控制后坐力炮對海軍炮塔和野戰(zhàn)炮的興趣。另一個領(lǐng)域的研究已納入論議的是MR阻尼器在建筑物于地震中的穩(wěn)定性研究。這種商業(yè)利益的增加主要是由于該研究項目的成功和Lord公司的嘗試，這是一個在磁共振設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者的努力。磁流變液 MR流體是由石油和不同鐵粒子的百分比已與抗凝劑混合的材料。無激勵時， MR流體行為作為普通油液，當(dāng)暴露在一個磁場中時，微米級的鐵顆粒分散在整個流體中，沿磁力線方向?qū)R。這種鐵粒子的重新排序可以作為大量微觀的球形珠串接在一條細(xì)繩上。可以想象這條細(xì)繩從一個磁極伸展到另一個磁極，并且垂直于每個磁極的表面

4、。在這個比喻，球珠代表和鐵粒子細(xì)繩代表一個單一的磁力線。可以想像這些繩子串起來的珠子很像牙刷刷毛緊密放在一起。一旦以這種方式對齊，鐵粒子會抵抗被遷出其各自的磁力線，障礙流體的流動。MR流體可以使用三種不同的方式，其中可應(yīng)用于MR阻尼器的設(shè)計取決于阻尼器的使用目的。這些操作模式分為擠壓模式，閥（開關(guān)）模式，剪切模式。使用擠壓式的裝置會有一個磁流變液薄膜，它夾在圖1所示的兩個磁極之間。當(dāng)一個磁流變裝置的磁流變液被夾在兩個磁極之間形成薄膜（0.005-0.015英寸）時它就被稱為工作于剪切模式。剪切模式（見圖2 ）對離合器和剎車是很有用的，主要用于減振器，它不需要提供很大的力。磁流變阻尼器工作的最后

5、一種模式，閥模式（見圖3 ） ，是三種模式中使用最廣泛的。MR流體被用來阻礙MR流體從一個儲存腔流動到另一個時，就說它工作于閥模式。除單一混合MR阻尼器設(shè)計的例外，本項目涉及的所有的減震器都工作于在閥門的操作模式。圖一 磁流變液擠壓模式下工作圖2磁流變液剪切模式下工作圖3磁流變液在閥模式下工作當(dāng)MR流體工作在閥門模式時， MR流體暴露在磁力線的地方通常被稱為“塞點” （見圖4）。圖4所示的阻尼器工作模式下當(dāng)流體流經(jīng)“塞點”附近時，磁流變液就會阻礙流動。改變磁場的強度就會改變磁流變液的表觀粘度。這里的表觀粘度用于以下情況：當(dāng)磁場強度變化時載流不顯示粘度變化。經(jīng)接觸磁場后， MR流體（整體）出現(xiàn)了

6、粘度變化。當(dāng)磁場強度增加時，“塞點”的流動抗力就會一直增加，直到達到了飽和點為止。飽和點即再增加磁場的強度時磁流變抗力不再隨之增加的點。這些能夠顯示流動阻力的顆粒使得我們能將磁流變液用于電控的阻尼器中。圖4典型磁流變阻尼器單管和雙管磁流變阻尼器 單管磁流變阻尼器（圖5所示）是一種只有一個磁流變液腔的阻尼器，但它仍能通過活塞的運動以某種方式產(chǎn)生容積的變化。為了適應(yīng)這種變化庫容，通常需用蓄能器活塞。蓄能器活塞提供了一個MR流體和壓縮氣體（通常為氮氣）之間的屏障，用于容納必要的體積變化。圖5單管磁流變阻尼器界面圖雙管磁流變阻尼器有兩個儲液腔，一個在另一個內(nèi)部。這種結(jié)構(gòu)如圖6所示，有一個內(nèi)缸一個外缸。

7、內(nèi)缸支配著活塞/活塞管，就像單管阻尼器一樣。內(nèi)腔充滿了磁流變液，所以不存在氣泡。當(dāng)活塞桿運動時為了適應(yīng)容積的變化，另一個缸就會充滿液體。實際中，一個被稱為“底閥”的閥門安裝于內(nèi)缸的底部，來調(diào)整兩個儲液缸的流體的流動（見圖7）。當(dāng)活塞桿進入阻尼器時，磁流變液通過壓閥門從內(nèi)缸流到外缸。流入外缸的液體體積等于活塞桿進入內(nèi)缸的體積。當(dāng)活塞桿回位時，外缸的磁流變液又會通過回程閥流入內(nèi)缸。為雙管MR阻尼器的正常運行，壓縮閥必須在阻尼器運作使得活塞兩側(cè)存在壓力差時能處于關(guān)閉狀態(tài)。回流閥必須無限制，以使其能盡量減小流體流動的阻力。當(dāng)滿足下列條件時，磁流變阻尼器會正常工作：（1）閥門設(shè)置正確（2）磁流變液無沉積

8、現(xiàn)象（3）阻尼器直立工作。在這些類型的磁流變阻尼器中，保持鐵粒子懸浮于液體中是很關(guān)鍵的，因為鐵顆粒會沉積到閥門中，阻止磁流變阻尼器的正常運行。所有的磁流變阻尼器都有粒子沉積的問題，但在雙管阻尼器中這種問題尤為普遍。圖6雙管磁流變阻尼器圖7底閥的剖視圖其他磁流變阻尼器的設(shè)計 最后兩種設(shè)計為雙端磁流變阻尼器和磁流變導(dǎo)向水壓阻尼器。雙端阻尼器（見圖8）有兩根活塞桿從阻尼器的兩端伸出。由于活塞桿運動時缸內(nèi)沒有體積變化，所以不用額外使用儲液缸或其他的小型裝置。雙端MR阻尼器已使用在自行車，槍的反減振，建筑物在地震中的穩(wěn)定性控制上。圖8雙端磁流變阻尼器最后需提到的一種類型的MR阻尼器是磁流變導(dǎo)向水壓阻尼器

9、（見圖9 ） 。磁流變導(dǎo)向水壓阻尼器是一種由一個小型MR阻尼器控制閥門的水壓阻尼器。此閥門用來調(diào)整液壓流體的流動。圖9磁流變導(dǎo)向水壓阻尼器1.2 工程目的本研究的主要目的為：（1）研究的不同MR阻尼器的設(shè)計（2）為了能夠改善現(xiàn)有的MR阻尼器的性能建議的新設(shè)計（3）為阻尼器的有效的設(shè)計和制造提供建議。1.3 方法為滿足前面提到的目標(biāo)使用的方法是設(shè)計，構(gòu)建和測試汽車和火炮后坐的MR阻尼器應(yīng)用。為討論火炮后坐使用MR阻尼器區(qū)域，建立火炮模型（見圖10 ）。雙端MR阻尼器置于炮筒后，膛線炮栓管用球軸承安裝。選擇此測試儀器的口徑是50口徑的勃朗寧機槍（ 50BMG ）火藥筒。此火藥筒被選擇因為它的高反沖能量、高效性并且軍方常用這一口徑。運用力傳感器和LVDT （線性可變差動變壓器）以及一臺Hewlett-Packard信號分析儀器來捕捉阻力與振動的信號。圖10膛線炮模型為探索磁流變阻尼器在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的可能性，設(shè)計一套單管MR阻尼器用于奔馳ML -430運動型多用途車。圖5已經(jīng)繪出了此應(yīng)用的阻尼器。為確定新的MR阻尼器的力 - 速度特性的需要，將原來的液壓阻尼器在一個MTS （材料測試系統(tǒng)）機上進行測試。此測試會產(chǎn)生生力 - 速度圖線，它用來決定此MR阻尼器內(nèi)部形狀。圖11顯示了MTS機，