对自供能式磁流变减震器进行结构设计
自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计【优秀】【word+4张CAD图纸全套】【毕业设计】
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鉴定意见.doc
湘 潭 大 学
毕业论文(设计)任务书
论文(设计)题目: 自供能式磁流变液减震器的结构设计及实验方案设计
一、主要内容及基本要求
查阅相关文献资料,了解压电材料的分析及工程应用国内外研究现状,以及目前存在的问题;基本掌握压电材料与电、磁流变材料的相关知识和科学研究动态。
要求:
1、掌握自供能式磁流变减震器结构原理;
2、进行自供能式磁流变减震器的结构设计;
3、实验方案设计与实施;
4、撰写毕业设计说明书;
5、认真阅读有关自供能式磁流变减震器的中英文献,翻译一篇不少于3000字的相关英文文献 。
二、重点研究的问题
对自供能式磁流变减震器进行结构设计
三、进度安排
序号各阶段完成的内容完成时间
1查阅资料、调研第1-2周
2开题报告、制订设计方案第3周
3实验方案(设计)第4-5周
4模态分析初步等第6-7周
5写出初稿,中期检查第8-9周
6修改,写出第二稿第10-11周
7写出正式稿第12-13周
8答辩第14周
四、应收集的资料及主要参考文献
周龙亭.自供能磁流变阻尼器原理及其能量管理电路研究[D].重庆大学,2011.
伍肖.磁流变阻尼器自传感的能量采集系统研究[D].重庆大学,2011 .
朱石沙,赵银,曲丽娟等.新型磁流变减震器的设计及特性分析[J].湘潭大学自然科学学报,2011.
王冰,韩冰源,王岩等.汽车磁流变减震器研究综述[J].森林工程,2008.
目 录
摘 要2
Abstract3
引 言4
第1章 概论5
1.1 磁流变减震器研究现状5
1.2 研究的内容、研究课题的意义6
第2章 自供能部分结构设计7
2.1 结构设计的原则7
2.2 压电能量捕获结构7
2.3 电能调理电路9
2.4 连接弹簧部分10
第3章 磁流变液减震器11
3.1 磁流变液11
3.1.1 磁流变液的组成11
3.1.2 磁流变效应及其特征12
3.1.3 磁流变效应的机理12
3.1.4 影响磁流变效应的因素13
3.1.5 磁学特性?14
3.1.6 磁流变液的粘度14
3.1.7 磁流变液的密度14
3.1.8 常用磁流变液种类14
3.2 减震器的结构参数确定15
3.2.1 缸筒及活塞杆尺寸的确定15
3.2.2 间隙h的确定16
3.2.3 活塞有效长度L 的确定16
3.2.4 磁路参数16
3.2.5 参数下的阻尼力计算17
3.2.6 活塞杆、缸筒、活塞及磁流变液材料19
3.2.7 减震器的其他零部件尺寸和材料选择22
第4章 减震器实验方案的设计25
4.1 阻尼力数学模型的建立25
4.2 功能特性试验方案的设计25
总结和致谢29
参考文献30
附录Ⅰ(译文)31
附录Ⅱ(译文原文)38
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一种智能材料,应用于一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一种自我平衡的机构。
磁流变液(Magnetorheological Fluid , 简称MR流体)属可控流体,是智能材料中研究较为活跃的一支。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Bingham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,因此是一种用途广泛、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
Abstract
Piezoelectric material with machine - electricity coupling effect makes it have a wide range of applications in the engineering application, from the external mechanical forces of oppression creates an electrical potential difference of piezoelectric material, and through the appropriate device applied to the outside world; Piezoelectric material and can be possible because of the electric field at the same time make its produce mechanical deformation, so that the mechanical energy to the outside world. Good electricity coupling performance makes piezoelectric materials become a kind of intelligent material, is applied to some change with the outside world and changes of smart structures, and the shock absorber of presented here is actually a homeostatic mechanism.
Magnetorheological fluid is a controllable fluid, is one of active in intelligent materials research. Magnetorheological fluid is composed of high permeability, low hysteresis of tiny soft magnetic particles and the guide magnetic suspension liquid mixture. This kind of suspension in zero magnetic field under the condition of present a Newtonian fluid properties of low viscosity; While under the influence of strong magnetic field, high viscosity, low liquidity of Bingham body features. As a result of MRF in under the action of magnetic field change is instantaneous, reversible, and the rheological shear yield strength, the corresponding relationship between magnetic field intensity has the stable therefore is a kind of widely used, good performance of intelligent materials can so as to realize suspension damping force and motionfield.
This paper mainly introduces the application of piezoelectric material on the shock absorber, namely self-energized type structure analysis.Piezoelectric materials with mechanical movement can provide the energy needed to power a shock absorber, the MRF can be generated in magnetic field movement damping force and shear force, to alleviate, which is the basic concept of MRF shock absorber self-energized type. From piezoelectric materials generate electricity began to analysis,the need of parts, it is hardly to part of the design, for magnetorheological damper, analyze structure size parameters and selection of material of each part, and on this basis, through the magnetic circuit design of magnetic circuit structure of piston, then use the mechanical software simulation, detailed model, draw the assembly drawing, validate and structural parameters of the size of the damper are obtained.
【key words】Piezoelectric materials; Magnetorheological fluid; Damper; Shock
absorber
引 言
在工程技术中,机械振动是一种普遍存在并时刻影响着人们而且正不断被利用反用于为人们的舒适服务。在车辆上产生的振动,主要是由于车辆行驶中路面的不平坦,导致作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(牵引力和制动力)和侧向反力起伏波动,通过悬架传递到车身,从而产生振动与冲击。振动与冲击会严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命,减振性能的好坏成为车辆在市场竞争中的一个重要指标。减振器是车辆减振的主要部件,因此,减振器的研究对车辆有着重要的意义。
压电材料作为一种重要的能量转换介质,能很好将车辆震动过程中的机械能挤压压电材料使其产生表面电位差,然后通过适当的处理和传送装置可以讲压电材料上的电位差成为稳定的电能输出,并运用于电磁场的产生,这是减震器采用自供能式的最基本原理。
磁流变液则具有稳定的磁控和在磁场中运动可控的阻尼力,其流变特性可由外加磁场连续控制。在不加磁场时,它表现为牛顿流体;在外加磁场作用下,磁流变液能够在1ms 内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体,具有一定的抗剪屈服应力,且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。
汽车自供能式磁流变减振器是利用压电材料的机-电耦合性能来实现机械能向电能的转变加以利用,结合磁流变液的流变特性所产生的阻尼力和机械设计方法相结合而设计开发的新型减振器。这种减振器的力学特性可由外加磁场连续控制。为了开发这种磁流变减振器,本文将磁流变液的力学特性和机械设计的方法结合起来,分析了磁流变液在减振器间隙中的流动情况,建立了磁流变减振器的设计理论与方法。
参 考 文 献
[1] 周龙亭.自供能磁流变阻尼器原理及其能量管理电路研究[D].重庆大学,2011.
[2] 伍肖.磁流变阻尼器自传感的能量采集系统研究[D].重庆大学,2011 .
[3] 朱石沙,赵银,曲丽娟等.新型磁流变减震器的设计及特性分析[J].湘潭大学自然科学学报,2011.
[4] 王冰,韩冰源,王岩等.汽车磁流变减震器研究综述[J].森林工程,2008.
[5] 李以农,郑玲. 基于磁流变减振器的汽车半主动悬架非线性控制方法[J].机械工程学报,2005.
[6] 关新春, 李金海, 欧进萍.不同规格磁流变阻尼器的磁学与力学特性[J]. 功能材料, 2006.
[7] 刘鹤年.流体力学[M].北京: 中国建筑工业出版社,2001.
[8] 廖昌荣,余森,张红辉等. 汽车磁流变液减振器阻尼力计算方法闭[J].中国公路学报,2006.
[9] 张路军,李春植.磁流变减振器及其在汽车半主动悬架中的应用[J].机床与液压,2004
[10]孙鸿.磁流变减震器设计及控制系统仿真[J].吉林大学,2006.
[11]朱浩,刘少军,邱显焱.车辆主动悬挂最优预见控制模型[J].交通运输工程学报,2001.
[12]廖昌荣,余淼,陈伟民.汽车磁流变减振器设计准则探讨[J].中国机械工程,2002.





