磁流变液壁面滑移特性及其对制动性能影响研究

发布时间：2020-07-23 13:18

【摘要】：随着汽车行业的蓬勃发展,人们对汽车制动系统的安全性要求也越来越高。汽车制动器作为汽车制动系统中最重要的一环,其制动性能的好坏直接影响到人们的生命财产安全。磁流变制动器是一种20世纪90年代兴起的智能材料制动器,其具有响应速度快、制动噪声小、可调节性强等优点,是汽车制动器的研究热点和发展方向之一。然而,由于磁流变效应机理较为复杂,磁流变制动器性能影响因素较多,使得目前国内外基于磁流变效应的制动器主要还处于研究阶段。通过文献调研发现壁面滑移效应会对磁流变液的力学性能产生影响,但其机理以及对磁流变制动器制动性能的影响规律还未得到深入研究。因此,本文围绕这一主题,开展基于磁流变液的壁面滑移效应及其对制动性能的影响规律研究。本文首先对磁流变液的壁面滑移特性及机理进行研究。使用安东帕MCR302流变仪对不同体积分数的磁流变液的壁面滑移特性进行测试;研究壁面滑移特性对磁流变液的粘度值和屈服应力的影响规律;针对磁流变液的壁面滑移特性提出了一种机理并建立磁流变液粘度和屈服应力的壁面滑移模型。以双盘式磁流变制动器为研究对象,对其磁路进行计算;基于磁流变液的壁面滑移特性和磁流变制动器的工作原理,建立磁流变制动器的制动力矩模型;通过实验验证其正确性并与Bingham制动力矩模型进行了对比。基于磁流变液壁面滑移机理和制动力矩模型,选择在转子盘表面加工凹槽的方法增加磁流变制动器传动表面粗糙度,从而增大磁性颗粒与传动界面的电磁作用力和摩擦力,达到抑制壁面滑移效应提升磁流变制动器制动力矩的目的;采用数值仿真分析不同凹槽结构对磁流变制动器磁场和壁面滑移效应的影响,选择合适的凹槽结构。对磁流变液基本性能进行测试;根据仿真所得凹槽结构完成磁流变制动器的研制与装配,结合实验内容搭建制动装置性能试验平台;对磁流变制动器的温度特性和力矩特性进行测试,进一步研究壁面滑移特性对磁流变液制动性能的影响。本文研究结果:揭示了磁流变液壁面滑移规律并建立了壁面滑移模型,将其与磁流变制动器的制动原理相结合,建立磁流变制动器的制动力矩模型,分析不同工况下磁流变液的壁面滑移特性对磁流变制动器的影响规律;考虑到壁面滑移效应对磁流变制动器的影响,在数值仿真的基础上选择合适的转子盘表面结构来抑制壁面滑移效应,并通过仿真与实验验证其合理性,进而研究磁流变液壁面滑移特性对制动性能的影响。本文的研究成果对基于磁流变效应的制动器工程应用奠定理论与实验基础。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.51
【图文】：

图１－１邋Ｒａｂｉｎｏｗ发明的磁流变液离合器［１］逡逑磁流变液及其效应最早是由美国工程师Ｊａｃｏｂ邋Ｒａｂｉｎｏｗ于１９４８年所发现的，其所设计逡逑的磁流变液离合装置在通电之后可以承受一成年女子的重量［１］，如图１－１。但由于磁流变液逡逑材料本身的沉降稳定性较低、磁流变装置的设计复杂性导致了当时研宄的重心并没有放在逡逑磁流变液上，而是更多研宄电流变液及其器件［２］。随着科技的发展和进步，人们对材料和逡逑器件的要求越来越高，而电流变液的剪切应力小，对电源电压要求较高，密封难等问题又逡逑始终难以解决。而磁流变液的高剪切应力，电压要求低，密封性好等优点也因此受到了各逡逑国学者的青睐，随后各国学者逐渐将研宄重心放在了磁流变液的研宄方面。为了促进磁流逡逑变材料的发展和各国之间的学术交流，每隔两年都会举办一次国际电磁流变会议。目前，逡逑最近一届的国际会议于２０１６年７月在韩国仁川举行［３］。逡逑在国际上对于磁流变液材料的研宄，Ｌ６ｐｅｚ邋以双乳液基液模板制备了磁流变液其可逡逑以通过改变磁场大小来实现聚合物磁性粒子的制备和传输。Ｓｅｄｌａｃｉｌｃ邋Ｍ［５］等人将石墨烯等复逡逑合材料加入磁流变液中提高了磁流变液的沉降稳定性和分散性。ＧａｎｇａｄｈａｉＷ６１采用植物油逡逑作为基液制备了磁流变液，并对其流变学特性进行研究，实验表明植物油为基液的磁流变逡逑液稳定性高。Ｍｉｃｈａｌ邋Ｓｅｄｌａｄｋａｍ对磁性颗粒的表面进行等离子处理

可控、可逆性等特点，使其在工程应用和材料研宄领域受到了广泛的关注。逡逑WW逡逑＇ＶＰ邋ＨＩＷ逡逑图１－１邋Ｒａｂｉｎｏｗ发明的磁流变液离合器［１］逡逑磁流变液及其效应最早是由美国工程师Ｊａｃｏｂ邋Ｒａｂｉｎｏｗ于１９４８年所发现的，其所设计逡逑的磁流变液离合装置在通电之后可以承受一成年女子的重量［１］，如图１－１。但由于磁流变液逡逑材料本身的沉降稳定性较低、磁流变装置的设计复杂性导致了当时研宄的重心并没有放在逡逑磁流变液上，而是更多研宄电流变液及其器件［２］。随着科技的发展和进步，人们对材料和逡逑器件的要求越来越高，而电流变液的剪切应力小，对电源电压要求较高，密封难等问题又逡逑始终难以解决。而磁流变液的高剪切应力，电压要求低，密封性好等优点也因此受到了各逡逑国学者的青睐，随后各国学者逐渐将研宄重心放在了磁流变液的研宄方面。为了促进磁流逡逑变材料的发展和各国之间的学术交流，每隔两年都会举办一次国际电磁流变会议。目前，逡逑最近一届的国际会议于２０１６年７月在韩国仁川举行［３］。逡逑在国际上对于磁流变液材料的研宄

ｒｉｇｉｄ邋＞逡逑Ｌａｍｂｄａ邋ｒａｔｉｏ，邋Ｘ逡逑图１－２磁流变液形态转变图［２８］逡逑在国内方面，赵春伟［２８］等研宄了磁流变液的四种结构演化过程，其中包括成型、拉伸、逡逑断裂、重组并提出其相应模型。季海峰［２９］考虑温度对磁流变液的影响建立了新的本构模型逡逑３逡逑

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本文编号：2767373