磁流变制动器的结构设计与性能研究

发布时间：2017-10-19 01:29

  本文关键词：磁流变制动器的结构设计与性能研究

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【摘要】：随着汽车技术的不断进步,车辆日常行驶速度逐渐提高,对其制动安全性的要求也不断提升,而制动安全性的高低完全取决于制动器性能的好坏,同时由于汽车电子控制装置的智能化程度日新月异,相关车用机械系统是否容易实现与智能化的集成也变得极其重要,磁流变制动器因此应运而生。磁流变液是一种受外加磁场控制的新型智能材料,在外加强磁场的作用下,磁流变液能在瞬间实现从自由流动的液体到类固体的转变,磁流变液特有的这种流变特性使其特别适用于制动领域。通过对其励磁电流的控制可以实现车辆连续、实时、快速、精确的制动,并且容易实现制动过程的自动化与智能化。由于受磁流变液材料性能和应用场合空间大小的限制,磁流变制动器在用于大功率机械制动时常常面临制动力矩不足的问题。本文旨在设计研究一种双盘式磁流变制动器,通过增大接触面积来增大制动力矩,以实现有限空间内的大功率机械制动。文章综述了磁流变液材料研制的进展及磁流变器件的应用现状,从宏观和微观两个方面阐述了磁流变效应的产生机理,介绍了磁流变液的组成成分和工作模式。以力学性能为基础对磁流变制动器的机械结构进行了设计;然后依据机械结构和制动力矩要求进行了磁流变制动器的磁路设计,利用ANSYS软件对所设计的磁流变制动器磁路进行了磁场仿真;使用SIMULINK仿真工具箱建立了仿真模型,分析了结构参数和工作条件对磁流变制动器性能的影响,以及磁流变制动器的散热性能。仿真结果表明所设计的磁流变制动器制动力矩和散热条件能够满足工作要求,制动力矩随着励磁电流的增大而增大,且在一定范围内表现出很好的线性关系,易于开发线性控制系统。在励磁电流为3A时,最大制动力矩可达1025.42 mN?;制动过程中制动器的最大温升为33℃,不会对磁流变制动器的性能造成太大的影响,能够满足所选车辆的制动需求。
【关键词】：磁流变制动器 双盘式 磁场分析 结构参数 散热
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外磁流变液研究现状10-11
• 1.3 国内外磁流变装置的研究进展及现状11-16
• 1.3.1 磁流变阻尼减振11-12
• 1.3.2 精密加工应用12-13
• 1.3.3 磁流变制动器13-14
• 1.3.4 其他装置和应用14-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 磁流变液的基本性能和工作原理17-26
• 2.1 磁流变液的组成和分类17-18
• 2.2 磁流变效应及其流变机理18-20
• 2.2.1 磁流变效应18-19
• 2.2.2 磁流变液的流变机理19-20
• 2.3 磁流变装置的工作原理及性能20-23
• 2.3.1 磁流变装置的基本工作模式20-21
• 2.3.2 影响磁流变液性能的因素21-23
• 2.4 常用的磁流变液23-25
• 2.4.1 MRF-336AG23-24
• 2.4.2 MRF-241ES24
• 2.4.3 MRF-140CG24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 磁流变制动器结构方案设计26-46
• 3.1 磁流变制动器的工作原理及特点26-27
• 3.2 磁流变制动器的制动力矩计算方法27-30
• 3.2.1 圆盘式磁流变制动器27-29
• 3.2.2 圆筒式磁流变制动器29-30
• 3.3 磁流变制动器整体结构设计30-34
• 3.3.1 制动器结构形式选择30-32
• 3.3.2 制动器匹配性设计32-34
• 3.4 磁流变制动器主要零部件设计34-39
• 3.4.1 主轴的设计36-37
• 3.4.2 轴承的选用37
• 3.4.3 键的设计37-38
• 3.4.4 螺栓连接的校核38-39
• 3.4.5 密封的实现39
• 3.5 磁流变制动器的磁路设计39-44
• 3.5.1 影响磁路的主要因素40-41
• 3.5.2 磁路设计基本原理41-42
• 3.5.3 磁路磁阻的计算42-44
• 3.6 工作寿命及可靠性44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 磁流变制动器磁场仿真分析46-57
• 4.1 磁流变制动器参数设计46-50
• 4.1.1 制动盘及壳体尺寸参数的确定46
• 4.1.2 励磁线圈的设计46-48
• 4.1.3 整体参数的确定48-50
• 4.2 磁流变制动器磁场有限元分析50-56
• 4.2.1 磁场分析方法和流程50-51
• 4.2.2 磁流变制动器仿真分析51-53
• 4.2.3 磁场仿真结果分析53-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 磁流变制动器性能仿真57-70
• 5.1 制动力矩仿真分析57-63
• 5.1.1 磁感应强度—剪切应力模型57-58
• 5.1.2 励磁电流—磁感应强度模型58
• 5.1.3 电流—制动力矩模型58-61
• 5.1.4 结构参数—制动力矩模型61-63
• 5.2 磁流变制动器散热仿真63-69
• 5.2.1 生热热流率的确定64-65
• 5.2.2 散热热流率的确定65
• 5.2.3 散热仿真模型的建立65-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 成果和结论70
• 6.2 不足与展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 作者简介77
• 攻读硕士学位期间研究成果77

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本文编号：1058283