【车辆工程类】汽车半主动悬架磁流变减震器的设计及仿真【带proe三维图】【12张CAD图纸+PDF毕业论文】【毕业论文说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览:(预览前20页/共43页)
编号:708421
类型:共享资源
大小:11.70MB
格式:RAR
上传时间:2016-07-28
上传人:机****
IP属地:浙江
70
积分
- 关 键 词:
-
车辆
工程
汽车
主动
悬架
流变
减震器
设计
仿真
proe
三维
12
十二
cad
图纸
pdf
毕业论文
说明书
仿单
- 资源描述:
-
【车辆工程类】汽车半主动悬架磁流变减震器的设计及仿真【带proe三维图】【12张CAD图纸+PDF毕业论文】【毕业论文说明书】,车辆,工程,汽车,主动,悬架,流变,减震器,设计,仿真,proe,三维,12,十二,cad,图纸,pdf,毕业论文,说明书,仿单
- 内容简介:
-
湘潭大学 毕业设计说明书 目 : 汽车半主动悬架磁流变减震器的设计及仿真 题 学 专 学 姓 院: 机械工程学院 业:机械设计制造及其自动化一班 号: 名: 指导教师: 完成日期: 2014年 5月 湘潭大学 毕业论文(设计)任务书 论文(设计)题目: 磁流变液半主动悬挂系统的设计及系统模型仿真 学号: 专业: 机械设计制造及其自动化 系主任: 指导教师: 一、主要内容及基本要求 查阅相关文献资料,基本掌握磁 流变液半主动悬挂系统的原理,以微型轿车作为控 制对象,对磁流变液半主动悬架系统进行整体结构设计、并进行系统模型的仿真。 要求: 1、查阅相关资料,大致了解本次设计要研究的具体内容; 2、相关参数; 减震器的理论阻尼力 速度( m/s) 震器的阻尼力 (N) 、若干图纸;大于等于 4、撰写毕业设计说明书。 5、外文文献翻译,字数 3000字以上。 二、重点研究的问题 磁流变液 半主动悬架系统的结构设计。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 查阅资料、调研 开题报告、制订设计方案 方案(设计) 完成时间 第 1第 3周 第 4第 6第 8第 10第 12第 14周 1 2 3 4 5 6 7 8 磁流变液半主动悬架系统的结构设计 写出初稿,中期检查 修改,写出第二稿 写出正式稿 答辩 四、应收集的资料及主要参考文献 1机械设计(第八版) /濮良贵,纪名纲;西北工业大学 等教育出版社, 2现代工程图学 泗方,杨世平 长沙:湖南科学技术出版社, 3机械设计手册 机械工业出版社 ,4汽车构造 一五”国家级规划教材 :机械工业出版, 5汽车减震器的设计与特性仿真 /周长城著 械工业出版社, 6廖昌荣 D2001 7张绍龙 D2011. 8余淼 D2003. 目录 摘要 . 1章绪论 . 2章磁流变减震器阻尼器力学模型 . 3章磁流变阻尼器设计 .四章磁流变减震器的外特性仿真 . 5章总结与展望 .谢 .考文献 .汽车半主动悬架磁流变减震器的设计及仿真 摘要 汽车悬架系统是汽车的重要组成部分,而采用磁流变液作为工作介质的减震器是当前汽车减震 器研究的重点内容。磁流变液作为新型智能材料应用于减震器上克服了传统减震器反应不够迅速、 能耗大的缺憾。磁流变减震器的结构简单、响应快、控制简单,它能根据车辆行走的实际路面工况 进行实时可变调节,满足了人们对汽车乘坐安全性、舒适性以及炒作稳定性的要求。 本文结合微型汽车磁流变半主动悬架减震器的设计研究上,设计了一款由活塞组件构成的滑阀 式减震器,并对该减震器建立了阻尼力 学模型,还采用 文主要 从以下几个内容进行了设计: 首先,分析了针对磁流变液建立了三种不同的工作模式,并对每种模式进行分析,通过对其工 作模式的力学模型进行结构参数的分析,再结合本次设计的减震器的结构,建立了属于本减震器结 构的阻尼力学模型,为减震器的外特性仿真奠定了很好的基础。 其次,对减震器进行了结构的设计,为解决磁流变减震器的空间体积与有效阻尼通道之间的矛 盾,在不增加减震器空间体积的情况下,设计了一款活塞组件组成的滑阀式减震器。并为所设计的 减震器提出了需要探讨的 问题。 最后,对所设计减震器进行外特性仿真,通过外特性仿真,证明了本次设计的减震器的阻尼力 可调倍数与磁流变液剪切屈服应力的关系。 关键词: 磁流变减震器;阻尼力学模型;有效阻尼通道;仿真;阻尼力可调倍数 I 第 1 章绪论 21世纪,是高速发展的世纪。人类的生活无论在精神上还是物质上发生着质的飞越。 在物质上汽车成了人类生活不可或缺的交通与运输工具。随着人类生活水平的不断提 高,对汽车舒适性与安全性的要求也越来越高,人们希望汽车能根据行驶速度以及路面 状况等行驶条件的变化而进 行自动调节,而传统的汽车悬架系统已经不能满足人类生活 对乘坐舒适性与安全性的要求。因此,对汽车半主动悬架系统的研究显得及为重要。 汽车悬架的类型按照阻尼与刚度的变化情况,可以分类为被动悬架、主动悬架与半 主动悬架。被动悬架采用的是传统的机械结构,刚度和阻尼都是不可以调的,依照随机 振动理论只能保证在特定的路况下达到比较好的效果,故而局限性比较大。主动悬架它 可以根据路面工况自动地调整悬架的刚度和阻尼,从而达到使车辆能主动地控制车身或 车架的姿态及其垂直振动。因此,在目前情况下车辆悬架主要还采用主动悬架。半主 动 悬架是指悬架弹性元件刚度和减振器阻尼力之一或两者均可根据需要进行调节的悬架。 由于半主动悬架在控制能力上接近于主动悬架,能量损耗小,成本低,且结构简单,因 而将是未来研究与发展的重点。 在半主动悬架系统中半主动悬架分为阻尼可调与刚度可调两大类。目前,以对阻尼 控制的研究居多。阻尼可调的控制又可分为有级可调式和连续可调式,有级可调式半主 动悬架的阻尼系数只能够取几个离散的阻尼值,而连续可调式的半主动悬架的阻尼系数 在一定的范围内可以连续变化。连续可调式的减振器可采取减振液粘性调节和节流孔径 调节,使用黏度 连续可调节的电流变或磁流变液体作为减振液,从而实现阻尼无的级变 化是当前世界所研究的热点。而节流孔径调节的主要是节流阀结构过于复杂,导致制造 成本高。电流变液体在外加电场的作用下,其流体材料性能,如粘度、剪切强度等会发 生变化,将其作为减振液只需要通过改变电场的强度,使电流变液体的粘度发生了改变, 从而达到改变减振器的阻尼力的目的。电流变减振器的有点在于:其阻尼可以随电场强 度的改变而改变,无需要高精度的节流阀就能达到效果,且结构简单,因而制造成本较 低。此外,电流液变不存在液压阀冲击产生的振动与噪声,不也 需要非常复杂的驱动机 构,是一个非常好的选择。然而电流变液体也存在较多的问题,其温度工作范围不宽, 电致屈服强度小,零电场粘度偏高,悬浮液中基础液体与固体颗粒之间比重相差较大, 沉降稳定性差、对杂质敏感等等均难以适应减震器需要长期稳定工作的特性。磁流液变 的减震器是新型半主动悬架系统的新发展空间,它根据车辆运行的实际路况进行阻尼力 及时调整,使得汽车悬架达到乘坐舒适性和操作稳定性之间的协调。磁流变液减震器受 到学术界和工业界的广泛关注。 1 磁流变液与电流变液都有各自的优点,从材料特性看它们均能满足 人们对汽车的要 求。但在温度范围、屈服应力、塑性粘度和沉降稳定性等性能方面,磁流变液体强于电 流变液体,因而,半主动悬架系统减震器研究的新方向朝向了磁流变液减震器。 磁流变液英文名为 称 智能材料中研究 的重点。磁流变液是由低磁滞性、高磁导率的微小软磁性颗粒和基液、非导磁性的液体 稳定剂混合而成的悬浮体。 磁流变液在没有外加磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性;而在加以高强度的 磁场的作用下,呈现 出高粘度、低流动性的 磁流变液在外加磁场的作用下,能够产生非常明显的磁流变液效应 (英文为: 称为: 流体的屈服应力和表观粘度可以有 2 3个 数量级的变化,表现为与固体相似的性质。当撤消外加磁场时,磁流变液流体又恢复到 原来的流动性质,这种性质,即在固态和液态之间进行可逆的快速转,且这种转换是在 以毫秒为量级单位的时间内完成的。由于磁流变液的响应快、可逆性好、以及可通过调 节外加磁场的大小来控制结构的力学性 能的连续变化,因而近年来在许多领域得到广泛 应用。 磁流变效应:在无磁场的作用下磁流变液表现为牛顿流体的特性。其剪切应力与粘 度、剪切率成正比;在外加磁场的作用下,磁流变液表现为 剪切 应力由液体的屈服应力和粘滞力两部分组成。其流变特性表现为:屈服应力随着磁场强 度的增加而单调增加,即屈服应力与磁场强度成一定比例;当液体的粘度保持不变的情 况下,而外加磁场达到某一临界值时,磁流变液将达到固化而停止继续流动,当撤消外 加的磁场时,它又恢复到原来的流体 状态,这一过程的变化仅为几个毫秒。这种随着外 加磁场强度的变化而不断改变流变特性的现象,即为磁流变效应。 磁流变的流变机理:在没有外加磁场作用时,磁流变液中的微小软磁性微粒的分布 呈现出杂乱无章的状态;而在有外加磁场作用时,磁流变液中的微小软磁性微粒呈现出 非常有序、沿着磁场方向分布排列的现象,这种排列在中等磁场时呈链状当磁场强度不 断增大时,便成了链束状,在两极板之间形成粒子链,流变机理如图 1 2 图 11 具有良好使用性能的磁流变液应满足以下性能要求: 2 l)磁场作用下应具有较高的屈服应力; 2)零场作用下具有较低的粘度,在没有磁场作用下磁流变液能够自由流动 ; 3)具有较宽的工作温度范围,磁流变液在 围内能够正常工作 ,具有良好的 稳定性; 4)长期的沉降稳定性和凝聚稳定性 ,在磁场和搅拌作用下能恢复到原来的性能; 5)较好的化学稳定性 ,以确保磁流变阻尼器长期可靠的使用; 6)响应时间短 ,磁流变液对控制系统作用的响应时间为毫秒数量级; 7)与密封件不发生化学反应 ,确保长期使用不出现腐蚀现 象; 8)对环境无毒无害 ,应为属于环保产品范畴。 汽车半主动悬架磁流变减振器是以磁流变液作为工作介质的一种新型智能阻尼可 控减振器。是当前世界上电控半主动悬架的重要组成部分,它基于磁流变液体的磁流变 效应,通过调节励磁线圈中的励磁电流达到控制磁场强度的目的,进而控制磁流变液在 阻尼通道中的流动特性,从而达到阻尼力的控制。 磁流变液的运动方式一般可用图 1拟。这几种运动形式分别为:流动式、剪切式、挤压式。流动模式如 下图 1a)中 3 所示,表示为两极板没有相对运动,磁流变液只在压力的作用下以速度 剪切模式如下图 1b)中所示,表示为两极板具有相对运动,产生一个相对速度 行移动。挤压模式如下图 1c)中所示,在两个无穷大的极板间,垂直极板施加一定 3 图 13 大小的作用力,使得上下极板以相对速度 磁流变减震器中,由于 阻尼通道长度远远大于阻尼通道的间隙宽度,因而可用上述无限大平板间的运动模式来 进行描述 。一般汽车上的磁流变减震器,它的工作模式均基于流动模式或同时具有流动 模式和剪切模式的混合模式。 磁流变液的研究是在电流变液的基础上发展起来的,一般认为在 20世纪 40年代末 期 现在普遍公认的最早关于磁流变液的工作始于美 国的 上世纪 40年代末至 50年代初, 始专研磁流变液在离合器上的应用。自从 20世纪 80年代以来, 世界各国都有许多的科 研机构相继研发磁流变技术相关器件与系统,从而产生了针对不同应用对象多种多样的 的磁流变阻尼器。 对磁流变材料的开发与研究最具世界领先地位的非美国 1996 年开始, 尼器、离合器等等多项专利,到目前为止 已有多款磁流变产品投入并使用。 在实际应用中, 20世纪 90年代美国零部件制造商 造新了一代的减震器,并于 2006年,与 磁悬 挂。该系统减震器、控制器、位移速度传感器组成。汽车四个车轮上都安装有一个位 4 移传感器,它可将车身的位移、速度、加速度等信号及时传入到控制器中,控制器则根 据设定好的控制策略对线圈电流进行调节,从而使汽车悬架系统根据路面工况的实时变 化提供连续可变的输出阻尼力。这种磁流变减震器可以提高轮胎与路面的附着力,因每 个轮胎上均安装有减震器,因而对每个车轮所受到的冲击力进行单独的减振,并且能很 大程度地衰减车辆侧倾、颠颇;与传统常用的液力减振器相比,去除了内部阀门等许多 活动部件,结构上更为简单,易于 控制,具有迅速的响应速度,并且工作可靠性也得到 4 极大的提高。工作的时候,利用电极来改变减震筒内微小软磁性粒子的排列形状,从而 可以改变悬挂系统的硬度和阻尼力,控制感测的电脑可在 1秒的时间内连续反应 1000 次,是目前全球阻尼控制悬挂系统中反应速度最快的。目前这种磁流变减震器已开始应 用于奥迪 歌 克 迪拉 利 599 除了公司对磁流变进行研究与开发外,世界上各大高校也对其进行了研究。比如美 国马里兰大学,他们开发了充气补偿式磁流变减振器,能在 70的温度下工作, 其线圈输入电压为 12V,线圈电阻为 5欧。该阻尼器为单筒式结构,阻尼力调节范围在 350 1500 2002年,美国 特别之处在于阻尼通道位于在活塞的外表面,且呈不规则的 种设计增加了磁场 强度作用下的有效的阻尼通道长度,从而增大了减震器阻尼力的调节范围。此外,类似 的设计还有美国 环形阻尼通道磁流变减震器,它也增大了有效阻尼通道的长度,对减震器的可调阻尼范 围的提高非常有利。 除美国外,韩国 款阻尼通道 位于工作缸的两端、补偿器为旁置式,补偿器内有隔离膜片便于油气隔离。这种减震器 是专门为客车设计的,同时 制器。对该减震器进行实车测试表明,这种减震器 在客车的舒适性的提高上有很大的作 用。 2001年磁流变减震器开始装备在第一辆凯迪拉克赛威轿车上,随后更是把它应用在 豪华 2009年的 马那些空气、液压主动悬挂受人关注, 但随着法拉利 599和奥迪 们才突然 发现它的厉害。 在我国,全国各大高校如浙江大学、南京航空航天大学、国家仪表功能材料工程研 究 中心、重庆大学等是最先对磁流变液进行研究的科研单位。比如重庆大学的廖昌荣、 兰文奎、余淼等人研究与探讨了磁流变减震器设计的若干问题,对磁流变减震器的研究 开发提出了理论指导,此外他们还针对长安微型汽车设计了一种汽车磁流变减震器。利 用阻尼通道中两种流动模型对磁流变液的影响进行了流动分析,并对减震器进行了性能 测试;哈尔滨工业大学的高芳、欧进萍等人对磁流变减振器做了很多理论上与实际应用 上的研究,建立了多种阻尼力模型,并为减震器提出了试验测试方法。合肥工业大学的 5 易勇、陈杰平、乔印虎等人在分析磁 流变减振器工作模式的基础上,结合汽车减振器的 工作特性要求,完成了流动模式和混合模式磁流变减振器的结构设计,建立了流动模式 和混合模式下的数学模型,进行了相关的仿真优化,设计出了实际产品并进行了试验测 试研究。 言而总之,我国磁流变减振器的设计和研究由于开始地较晚,还停留在理论及试验 测试的研究阶段,目前国内绝大多数的研究重心都落在控制方法策略的研究上,且还没 有形成完整的设计理论方法,远未达到实际应用的程度。向国际学习先进的技术,缩短 国内外在磁流变减振器与汽车悬架系统的技术与研究上的差距,对提高我国汽车 技术的 创新与自主研发能力具有非常重大的意义。 本课题针对微型汽车的半主动悬架系统,开发设计了一款新型滑阀式结构的磁流减 震器,并对其进行了外特性的仿真研究。该减震器与已有的磁流变减震器相比,在不增 大减震器空间尺寸的前提下,通过改变有效阻尼通道的结构,增加了阻尼通道长度,从 而增大了减震器的阻尼出力值,提高了减振性能;并对磁流变减震器的磁路结构进行了 设计,优化了减震器内部的磁路分布。对该磁流变减震器进行建模,通过 行外特性仿真,考察磁流变减震 器的性能。 本论文研究内容主要有以下几个方面: ( 1)分析磁流变减震器的工作原理和模式,针对三种不同的工作模式建立了减震 器的阻尼力模型,分析减震器主要的结构参数对性能的影响,为减震器的结构设计和磁 路设计奠定基础。 ( 2)对减震器进行结构设计和磁路设计。结构设计包括各个零部件的尺寸设计、 材料选择以及设计时需要注意的各种问题;磁路设计主要包括磁芯材料的选择、磁路参 数的确定以及磁路的结构设计计算。在初步确定了磁流变减震器的每个参数后,对其进 行二维图及三维图的绘制。 ( 3)在 本文的创新点: 通过阅读大量关于汽车减震器的设计资料,如从中国知识网、专利之星、道客巴巴 等上阅读前人所做的研究,设计出了属于自己创新出的减震器。此款减震器有别于传统 的减震器一条阻尼通道的设计,设计了压缩、拉伸行程时不同的阻尼通道,在不增大减 震器体积的情况下,能有效抑制复原空程,并能在失电状态下,继续保持一定的减震性 能。 6 第 2 章磁流变减震器阻尼器力学模型 磁流变阻尼器结构参数理想设计的前提就是建立起磁流变减震器的力学模型,为实 现 理想可调的阻尼力变化,而设计的有效的控制器,是为达到良好的汽车半主动悬架系 统的控制的关键因素之一。但是由于磁流变减震器的力学性能受到外加磁场 (励磁电流 )、 激励频率与位移幅值等的影响,流变后的磁流变液的动态本构关系呈现出比较复杂的非 线性关系,比如磁滞现象、饱和现象。这给建立一个准确的减震器阻尼力模型带来了一 定的困难。因而,有必要基于试验测试结果来建立新的磁流变减震器的的阻尼力学模型。 磁流变液的流变特性表现为:当没有外加磁场时,磁流变液表现为牛顿流体的特性; 当有外加磁场存在时,表 现出 体的流变特性通常可用力与剪切应 力的本构方程来描述。本构方程是指在不同物理条件下,通过实验的方法,用应力或应 变、时间等物理量来描述流体所处的状态,从而得到一个应力 时间的关系。不同 的磁性流体表现出的流变特性也就不同。因而,需要采用不同的本构方程对流体特性进 行描述。 在磁场作用下的 4。 . y . ( 2 。 是磁流变液的剪, 。 切应变率 示 在上一章的 种模式下当磁流变液以 速度 图 2 当磁流变液在压差 考虑对流和液体自身重力,根据 流变液沿轴向,即如图所示的 5 7 d c ( 2 中 图 2因为流体的流动沿着平行平板的中间对称面即 y=0处对称,所以在 y=0处液体剪切 应力为 0。则式( 2写成如下: y ( 2 (2明,在如图 2流变液的剪切应力在 性变化,在极板中心处剪切应力最小为零,越靠近上下两平板剪切应力越大。随着剪切 力的不断增大,当与磁流变液的剪切屈服应力 流变液发生屈服,此时流 体流动的压差称为临界压差,表达式为: 2 y ( 2 dx h 由上面的分析可知,越靠近两极板剪切应力越大,因而,在两极板附近,剪切力首 先达到上述临界值,磁流变液开始屈服。而在靠近 y=0处,剪切应力最小,部分流体还 未达到临界剪切应力,故而做轴向运动,该处流体的厚度为: 2y ( 2 可见,两个临界可将流速的分布划分为三个区域,如图 2域 2内的流 体做轴向流动,而区域 1、 3内的流体则处于屈服阶 段,这两处的流体满足 性,因此将式( 2入式( 2述的 区域 1和区域 3 处的速度微分方程: dp y y 2 8 解该微分方程,得这 1、 3区域内任意点的轴向速度为: 2 2 y 2 h 2 h y y ( 2 2 由于平板间隙远远 小于平板大小,因而,可以将平板内流体的流速认为是相同的, 因此区域 2内的速度也以可根据上式求得。故而,将式( 2入式( 2,得到 区域 2内流体的速度表达式为: 2 1 dp h 2 y ( 2 dp dx 流体在间隙内的流速分布情况可以用式( 2( 2述。根据流体体积流速 Q 与速度、极板宽度的关系,可得到流体的体积流速 Q: 2 2 3 b 1 4 3 p p y h Q 12 p ( 2 l l 当磁流变液以 端压差为: 1 3 3 p 12lQ b h 1 3 y p y l 4 ( 2 3 h 式( 2映了间隙处压差 p、流体体积流速 Q 对于屈服前的牛顿流体,即剪切应力为零,因而压差为: p 12 2 b 体在间隙中刚好能够自由流动时,间隙两端的压力差根据式( 2知为: 0 2l y p ( 2 h p 2 p 12 lQ b h y 3l h ( 2 3 将磁流变减震器中的流体运动模式看成流动模式,则流体的体积流速 9 积、速度的关系可以表示为: Q 中 度。 ( 2 将式( 2入式( 2,可以得到减震器流动模式下的阻尼力为: y Ap p 12 3l b h ( 2 h 在移动两极板使其以相对速度 于剪切模式下的磁流变液产生屈服应力, 如图 2 所产生阻尼力表达式如下: . . s y ( 2 式中 活塞杆直径 d,活塞直为径 D,阻 尼间隙宽度为 h 此, 此时磁流变减震器的阻尼力为: v y 2 h 图 2混合模式下的减震器,其阻尼出力既具有流动模式下的阻 尼力特点,又拥有剪切模 10 式下的阻尼力特点,因而,混合模式下的阻尼力可以认为是二者的叠加。所以混合模式 下的阻尼力表达式为 : F F ( 2 v s 将式( 2( 2入式( 2混合模式下的阻尼力为: 2v 3l v y v 2 p 12 p Fs b h3 h 混合模式下,由于减震器活塞与缸体之间的间隙相比于缸体非常小,通过式( 2 可知, s,因此,此时的减震器阻尼力可以用流动模式下的阻尼力 因而,混合模式下的阻尼力即为: 2 3l Ap y v(2b h3 h 相对运动速度, 式( 2第一项为与速度大小有关的粘滞阻尼力,是阻尼力的不可调 节的部分; 第二项是与磁场有关的库仑阻尼力,是阻尼器的可调节阻力;库仑阻尼力与粘滞阻尼力 的比值称为阻尼力可调倍数。即: h2 b y 4 (20本减震器的阻尼力模型 本文设计的减震器阻尼通道的结构示意图如图 2图中可看出。当减震器 处于压缩行程时,磁流变液拥有两条阻尼通道,活塞头上端面与活塞套内腔的通路构成 了通断状态可变的第一条阻尼通道;活塞套外壁与工作缸筒内腔壁的间隙构成了常通的 第二条阻尼通道,始终连通工作缸有杆腔和工作缸无杆腔。当减震器处于拉伸 状态时, 只有第二条阻尼通道。因此对于减震器的阻尼力需要分两种情况进行分析。 当处于拉伸状态时,第二条阻尼通道相当于处于混合模式下,故而阻尼力: 2 12 Q l A 1 v 3 y 1 p 3 F (2F sv h1 2 4, 2 式中 5 30 D , 54A 11 2 12345678图 2当处于压缩状态时,两条阻尼通道均可看作处于混合模式下,故而阻尼力: 2 12 Q Q (2y l A 2 v 3y 12 l A 3 v 3 p 3 2 p h1 h2 4, 40 1 式中 2 4 20 , D D l h b 2 2 2 4。 2在减震器的设计中,剪切屈服应力对减震器的减震性能有着极大的影响,是导致磁 流变液产生流变特性的主要原因。从式( 2可知,阻尼力与剪切屈服应力成正相 关,剪切应力增加阻尼力随之增大。而研究表明,剪切屈服应力与磁通密度呈正比关系, 即可通过改变控制 电流的大小,控制磁场强度,就能改变屈服应力 6。 零场粘度是影响阻尼力的又一因素,它由磁流变液本身性质所决定。 要增大减震器的阻尼力,除了增大磁场强度及改变磁流变液本身特性外,只能通过 改变减震器的结构参数来实现阻尼力的改变。 阻尼间隙对减震器阻尼力的影响也较大,间隙的三次方与阻尼力成反比。因此,阻 尼间隙稍微改动一点点就会使阻尼力大幅度变化。因要想得到更大的阻尼力就应该减小 12 阻尼间隙。然而因为磁流变液特性的影响,间隙过小一方面会造成阻滞,即阻尼力非常 大,导致减震器太“硬”而 起不到减震的效果,另一方面阻尼间隙过小从而加大制造的 难度。因此不宜取太小,实际设计中一般取 1。 活塞直径对减震器阻尼出力有很大影响。一方面活塞直径越大减震器的阻尼出力也 随之增大;另一方面,由式( 2可得知,活塞直径与可调阻尼倍数成反比,它的 直径越大可调阻尼倍数会越小;此外直径增大减震器的体积也会增大。 活塞的有效长度与减震器的阻尼力成正比,长度增大阻尼力也增大。然而活塞有效 长度的增大也会增加减震器的体积。 由此可见,减震器阻尼力的调节与结构尺寸之间存在着一定的矛盾。对磁流变液 结 构参数进行优化设计是直观重要的,如何设计减震器,使得可调阻尼力的范围增大,而 又能保证活塞有效长度合适,是非常关键的问题。 本章针对磁流变减震器三种工作模式下的磁流变液进行了阻尼力的建模。该模型表 明,影响减震器阻尼力的参数包括阻尼间隙、剪切屈服应力、有效长度以及活塞直径、 零场粘度等。通过分析可知,改变有效长度是增大阻尼出力的有效方法。 13 第 3 章磁流变阻尼器设计 磁流变阻尼器的结构设计是减震器设计中最重要的一个部分,直接影响到了磁流变 减震器的外观尺寸与工作性能。它的结构 参数对减震器阻尼力的影响是对减震器进行设 计改进前必须考虑的问题,这些问题已经在第二章仔细思考过了。包括对阻尼器的工作 模式的分析;也包括主要结构参数,如剪切屈服应力、零场粘度以及阻尼间隙、活塞直 径、活塞有效长度,对减震器设计与阻尼出力的影响针。对本次设计的减震器建立了属 于本减震器的阻尼力计算模型,并通过模型了解了减震器结构参数对减震性能的影响。 因此,若要设计一个可调阻尼力大、减震性能好且结构比较简单的减震器,对其结构参 数的设计时最核心的内容。本章将以此为基础,对磁流变阻尼器进行结构设计与磁路设 计 。 缸筒是磁流变减震器的重要组成部分。在减震器中,它起到保护缸体内部结构的作 用,此外还承受了减震器活塞杆上下移动中的拉伸、挤压以及各种载荷,因而,对于缸 筒来说,一来需要注意其抗压、抗拉和抗震的能力;二来,由于在减震器内部活塞组件 在运动过程中会消耗能量产生热量,若不能及时将减震器内部的热量散发,将影响减震 器的精度。所以,缸筒的设计中一方面要考虑它所要承受的拉力、压力、冲击和震动; 另一方面还要考虑到如何散热。在本次减震器设计中,缸筒的一端通过螺纹与上端盖连 接,另 一端通过端盖与带有吊环的下端盖进行焊接。因此需要进行螺纹的加工,要求有 较高的精度。 缸筒的尺寸直接决定着减震器的空间尺寸。其直径的确定可根据设计要求,通过 491车筒式减震器尺寸系列及技术条件来进行初步确定。 v=s 表 3复原阻力( N) 200 1200 1000 2800 1600 4500 2500 5500 4000 7000 工作缸筒直径 D( 压缩阻力( N) 不大于 600 不大于 1000 400 1800 600 2000 700 2800 20 30 40 (45) 50 14 由所给参数如下: 当减震器速度 v=震器的阻尼力为 当减震器速度 v=震器的阻尼力为 当减震器速度 v=震器的阻尼力为 上面图表 3v= 因此要根据已知参数推算需要设计的减震器在速度为 阻 力;根据磁流变阻尼器工作原理可知,未通电时磁流变阻尼器的粘滞阻尼力与压缩阻尼 力相等,而由式 2滞阻尼力跟速度呈线性关系,因而,根据所给参数,可 知,在速度为 速度为 缩阻尼力为 速度为 缩阻尼力为 而,可求得当阻尼器的速度 v=缩阻尼力大约为 而,工作缸直径选取 D=30 参照国家标准汽车筒式减震器尺寸系列及 技术条件,并根据一般筒式减震器的 壁厚选取为 a=3。因而减震器的缸筒内径为 30径为 36 活塞设计是减震器结构设计与磁路设计的核心。其内部结构会影响减震器的整个磁 场的分布与其工作性能。 据前一章所述,基于剪切模式的磁流变减震器的阻尼通道为缸筒与活塞之间的间隙 构成;而基于流动模式的减震器,阻尼通道则为活塞上的圆形孔形成这两种阻尼通道虽 然结构简单,但有效长度受到了限制,在磁场作用下的阻尼通道长度极短,磁场得不到 充分的利用。式( 2明,减震器阻尼 力的最大出力与阻尼通道有效长度成正比, 因此,要增大减震器的最大阻尼出力,需要较好地解决磁流变减震器空间尺寸与阻尼通 道长度之间的矛盾,既不需要增加额外的活塞尺寸,又能使磁场得到充分的利用。且采 用单一活塞的磁流变阻尼器,其活塞结构过于简单,致使阻尼变化值小,造成应用范围 受限;采用复合活塞的磁流变减震器,其阀系结构较多,结构过于复杂,导致可靠性降 低和成本上升。如磁流变减震器供电中断,则不能产生磁流变效应,造成阻尼力明显下 降,影响减震效果。 基于以上考虑,将活塞做成由活塞套跟活塞头、挡板配合而成,结构示 意图如图 3示,并将活塞内部的阻尼通道做如下设计:有两条阻尼通道 :活塞头上端面与活塞套 内腔的通路构成了通断状态可变的第一条阻尼通道;活塞套外壁与工作缸筒内腔壁的间 隙构成了常通的第二条阻尼通道,始终连通工作缸有杆腔和工作缸无杆腔。 这种减震器的工作过程是:在处于压缩行程时,活塞头 4下移到活塞套 3内腔底部端面, 使得活塞套 3内腔壁的径向通孔、端面的轴向通孔、工作缸筒 8之间之间形成的阻尼通 道打开。当处于复原行程时,活塞头 4上移到活塞套 3内腔顶部端面,使得活塞套 3内 15 腔壁径向通孔、端面的轴向通孔、工作缸筒 8之间形成的阻尼通道关闭,此阻尼通道状 态相对于活塞套 3外壁与工作缸筒 8内壁形成的常通阻尼通道关闭,此阻尼通道状态相 对于活塞套 3外壁与工作缸筒 8内壁形成的常通阻尼通道是随路况的不同而在打开与关 闭之间变化的,有助于实现减震要求。 12345678图 3图 3塞套、挡板结构示意图 16 因活塞的特 殊设计,故而其活塞头、活塞套、挡板的尺寸见结构示意图 3 塞杆单独加工而成。与活塞头通过螺纹联接。由于减震器在汽车行驶中不停地压缩 与伸张,因此活塞杆必须要保持良好的抗压缩、抗拉伸的能力,即输出的阻尼力。由于 磁路部分在设计上不考虑活塞杆的影响,于是选用 45钢,保证活塞足够的强度。 活塞头上缠绕的励磁线圈导线经过活塞杆盲孔与外部电源相连,该轴向盲孔的直径 考虑线圈的大小,单根线圈导线的直径查新编电工实用手册可知为 此盲 孔直径定为 5,加工精度不高。 活塞杆 的直径与缸筒直径比一般 文取为 此活塞杆直径为: d D 30 9 10.5 了便于轴向盲孔的加工,取活塞杆直径为 10 由于活塞杆是承重的重要零件,且内部需要加工轴向盲孔,因而必须校核强度是否 达到要求。为保证活塞杆的安全性,进行以下强度校核: s 式中 考一般车辆的减震器取 4 乘用汽车车重约为 2t,得 3750N 5000N 。取 4500N。 s 5 2。 得 s 0 m 2 2 d 4,其中 d 10 5 为 45钢的屈服应力,且资料得 180 s 4500 06 0- 5 因而,活塞杆校核后安全。 防尘套:通过活塞杆套在减震器上,起到防尘作用。防止沙砾或灰尘进到减震器上 , 和导向套上的 减短减震器使用寿命。因防尘套裸露在空气 中,为保证其自身寿命,必须选择耐酸碱、耐磨、抗拉、抗撕裂的材料,因而选取优质 氯丁橡胶作为防尘罩材料。 导向套:在缸筒上端盖口处有带
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。