旋转式磁流变阻尼器设计与关键影响因素分析

发布时间：2017-03-31 07:02

  本文关键词：旋转式磁流变阻尼器设计与关键影响因素分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着磁流变技术应用范围的不断拓展,旋转式磁流变阻尼器越来越多的应用于线控转向力反馈装置、无人机驱动控制、ABS制动器、转子系统的振动控制等控制场合,对于这些场合应用磁流变阻尼器所要考虑的不再仅仅只是输出力矩和体积,阻尼器的响应速度、能耗、可控性变得越来越重要。实际应用中不同场合对磁流变阻尼器关键性能有不同的要求,基于这些不同的要求,本文提出了一系列磁流变阻尼器的性能评价指标,针对几种典型的旋转式磁流变阻尼器结构,分析了关键结构尺寸参数对磁流变阻尼器性能的影响,具体工作内容如下:(1)分析了磁流变液几种本构模型的区别和联系,基于实际应用情况,建立了磁流变液磁致剪切屈服应力与磁感应强度之间的简化线性模型。就一种常用的磁流变液材料MRF132DG的参数,在其磁感应强度工作范围(0.45-0.8T)内分析了该模型与实际材料特性曲线之间的误差,结果显示误差(-10%~-1%)较小,满足应用和分析要求。(2)基于传统盘式和筒式磁流变阻尼器,设计了工作在混合模式下的T型转子磁流变阻尼器结构,该结构同时利用转子多个侧面和端面产生磁致力矩,能极大提升阻尼器输出力矩。根据盘式和筒式磁流变阻尼器力矩模型推导了T型转子磁流变阻尼器力矩模型。(3)提出了衡量旋转式磁流变阻尼器性能的评价标准,该标准指标包含力矩密度、效率、可控性、力矩响应四个指标,推导了盘式、筒式、T型三种典型结构磁流变阻尼器关键结构参数的表达式,以磁流变液期望工作磁感应强度、铁磁材料饱和磁感应强度、转子半径、转子侧向长度、磁流变液间隙厚度为参数变量,建立了三种典型结构磁流变阻尼器性能评价分析模型,并利用该模型初步分析了三种典型结构阻尼器性能与参数变量之间的关系,结果表明转子半径、转子侧向长度、磁流变液间隙、线圈平均半径是影响磁流变阻尼器的关键因素。(4)选择合适的结构参数和材料参数,在ANSYS中建立了三种典型结构磁流变阻尼器有限元仿真模型,分析比较磁流变液磁感应强度的仿真值和性能评价分析模型理论值之间的误差,结果显示误差在可接受范围内,所建立的磁流变阻尼器性能评价分析模型可信度较高。对三种典型结构阻尼器性能评价分析模型利用MATLAB仿真,定量分析关键影响因素对阻尼器性能的影响。结果表明:转子半径的增加会使三种结构磁流变阻尼器力矩密度、效率、力矩响应增大,可控性降低,在不同转子半径下,T型转子结构磁流变阻尼器的力矩密度、可控性、力矩响应评价指标均优于传统盘式和筒式磁流变阻尼器;磁流变液间隙增大会显著提升阻尼器功耗并降低响应时间;线圈平均半径增加会使三种结构阻尼器功耗增大,响应时间缩短,并且存在一个线圈平均半径最佳值使阻尼器体积最小;筒式和T型磁流变阻尼器功耗和响应时间不随转子侧向长度变化而改变,盘式磁流变阻尼器功耗却随转子侧向长度增加而降低,响应时间随转子侧向长度增加而缩短,并且对于盘式和筒式磁流变阻尼器,存在一个最佳侧向长度使其力矩密度最大。
【关键词】：磁流变 结构设计 T型转子 影响因素
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.2.1 磁流变液的研究现状与发展11-12
• 1.2.2 旋转式磁流变装置结构的研究现状12-13
• 1.3 本文研究目的与内容13-15
• 1.3.1 研究目的13
• 1.3.2 研究内容13-15
• 2 磁流变液材料性能及本构模型15-29
• 2.1 磁流变液组成及制备15-16
• 2.1.1 磁性颗粒15
• 2.1.2 基础液15-16
• 2.1.3 添加剂16
• 2.2 磁流变效应及工作模式16-20
• 2.2.1 磁流变效应机理16-18
• 2.2.2 磁流变液工作模式18-20
• 2.3 磁流变液性能及本构模型20-24
• 2.3.1 磁流变液性能20
• 2.3.2 磁流变液模型20-24
• 2.4 常见磁流变液性能介绍24-27
• 2.4.1 MRF122-EG24-26
• 2.4.2 MRF132-DG26-27
• 2.4.3 MRF-241ES27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 旋转式磁流变阻尼器理论分析29-39
• 3.1 磁流变阻尼器工作形式29
• 3.2 传统结构磁流变阻尼器工作原理及力矩模型29-34
• 3.2.1 圆筒式磁流变阻尼器工作原理与力矩模型29-32
• 3.2.2 圆盘式磁流变阻尼器工作原理及力矩模型32-34
• 3.3 T型转子磁流变阻尼器工作原理及力矩模型34-37
• 3.4 本章小结37-39
• 4 磁流变阻尼器的评价指标与性能分析模型39-55
• 4.1 磁流变阻尼器评价指标39-41
• 4.1.1 力矩密度39
• 4.1.2 效率39-40
• 4.1.3 响应40-41
• 4.1.4 可控性41
• 4.2 磁路设计基本定律41-42
• 4.3 传统磁流变阻尼器评价分析模型42-47
• 4.3.1 筒式磁流变阻尼器分析模型42-45
• 4.3.2 盘式磁流变阻尼器分析模型45-47
• 4.4 T型磁流变阻尼器评价分析模型47-51
• 4.5 阻尼器性能关键影响因素分析51-54
• 4.6 本章小结54-55
• 5 磁流变阻尼器关键影响因素仿真分析55-71
• 5.1 初始仿真参数的确定55-56
• 5.1.1 材料的选用55-56
• 5.1.2 初始仿真结构参数的确定56
• 5.2 ANSYS仿真验证56-59
• 5.3 评价指标的关键结构参数影响因素分析59-69
• 5.3.1 转子半径59-62
• 5.3.2 磁流变液工作间隙62-64
• 5.3.3 线圈平均半径64-66
• 5.3.4 转子侧向长度66-69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 全文总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-78

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