基于triz的磁流变减振器双向限压阀设计_cai_产品创新数字化(plm)_2091

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1、基于TRIZ的磁流变减振器双向限压阀设计_CAI_产品创新数字化(PLM)   磁流变减振器MRFD(MagnetorheologicalFluidDampers)是利用磁流变液动力黏度在强磁场下具有可控特性而制造的一种新型阻尼力可控减振器[1]，目前是车辆悬挂系统实现半主动振动控制的理想装置。磁流变阻尼器与传统液压阻尼器在结构上的主要区别是：磁流变阻尼器节流阀处需设计励磁单元，并且该励磁单元能产生尽可能大的、与减振液流向相垂直的磁场。因此以传统液压阻尼器的成熟结构为基础设计磁流变阻尼器是距离工程化最近的方法。但是，为了满足不改变原装配尺寸、悬

2、挂系统动行程以及活塞外形尺寸等既定要求，设计过程充满TRIZ所定义的物理矛盾和技术矛盾。   笔者针对设计中遇到的直接应用传统节流限压阀结构无法实现阻尼力可控、多个阀占用空间大等问题，应用TRIZ创新原理，得出了磁流变减振器的节流阀和限压阀应分别布置的结论，并完成了用1个双向限压阀代替多个单向限压阀的设计过程。1TRIZ基本原理[2]   TRIZ是由Altshuller等人提出的“发明问题解决理论”的俄文缩写。Altshuller定义的物理矛盾是指：为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了该特性相反的特性。其典型描述为：

3、既X，又不X。对于物理矛盾，TRIZ提供了空间分离、时间分离、基于条件分离和整体与部分分离4条原理。4条原理与TRIZ推荐的发明原理之间的对应关系如表l所示。实际应用时，如果确定了分离原理，即可得到TRIZ推荐的发明原理。表1分离原理与发明原理的关系   技术矛盾是指一个作用同时导致有用及有害2种结果。其典型描述为：当使X改善，Y就会恶化。为了把实际工程设计中的矛盾转化为一般或标准技术矛盾，TRIZ提出了用39个通用工程参数描述技术矛盾冲突[3]。实际应用时，把组成矛盾的双方用该39个规范特性中的2个表示。为了科学地选择创新原理，以指导技术矛盾

4、的解决，AltShuller也将39个通用工程参数与40条创新原理建立了对应关系，称为矛盾矩阵。实际应用中，特定技术矛盾所对应的变好规范特性和变坏规范特性对应行与列的相交处的数字，便是推荐的创新原理序号集。2基于TRIZ的设计过程2.1增压与限压矛盾   2.1.1分析矛盾类别图1传统活塞典型结构   传统活塞典型结构如图2所示，其中节流限压阀是靠片状弹簧与活塞之间的开度来实现节流和控制工作压力功能的。其中限压的目的是：当车轮受到地面冲击向上弹跳速度很大时，压缩行程的限压阀阻止阻尼力剧烈增长，限制减振器传给车体的力，限制减振器载荷过大增长；当车

5、轮离开地面时，复原行程限压阀开启，保证车轮迅速回弹，避免在后续行驶中，因阻尼力过大而出现车轮“倒挂”，导致悬挂系统因弹性动行程减小，缓冲能力降低。阀片开度h为[4]      式中Gr为阀片变形系数；m为阀片的厚度；△P为阀片两侧压差。对磁流变减振器而言，压差与开度之间又存在关系[5]：      式中η是流体动力黏度；Q为压差流量，其与活塞和油缸相对运动速度有关；b为阀片环形开口宽度；L为沿流体流动方向垂直磁场覆盖的长度；ry是与磁场强度成正比的磁流变液屈服剪应力。   由式(1)、(2)可知，如果直接在节流限压阀处施加磁场，随着磁场增强，r

6、y增大，推动阀片的压差△P也增大，导致阀片开度h增大；开度的增大，又以立方的关系削弱了新增的压差。显然这种增压又限压的不可控结果，偏离了设计磁流变减振器的本意，而是极符合TRIZ定义物理矛盾的典型描述：既X，又不X。因此，解决增压又限压矛盾应从物理矛盾的角度寻求消解方法。   2.1.2查询创新原理   对于传统减振器而言，理论上的节流限压阀工作过程应该是：当压差低于一定阀值Pmin时，阀片闭合限流，避免活塞在行程换向时产生“空程”；压差高于一定阀值Pmax时，阀片开度最大，起到泄流保护作用；而阀值介于Pmin、Pmax之间时是起节流作用，耗散

7、振动能量阶段。这表明阀的功能实现是有条件的，因此查询表1中条件分离一栏，可得到TRIZ推荐的No.1(分割)、No.7(嵌套)等发明原理。   2.1.3拟定解决方案   TRIZ对No.1分割发明原理的解释为：将相抵触的相互作用、功能分割开。在此，将节流阀和限压阀并联布置，则分割后的工作过程为：常见工况下，节流阀工作，限压阀关闭；当压差达到Pmax时，限压阀开始泄流过载保护；压差低于Pmin时，利用磁流变液在强磁场下具有密封特性，给节流阀内的磁流变液施加强磁场，从而起到限流作用。2.2对称性与多阀占用空间矛盾   2.2.1分析矛盾类别   

8、如图1所示，为了保证活塞受力均匀，原节流限压阀都是以活塞轴线对称布置。这样至少需要2个压缩行程限压阀、2个复原行程限压阀以及2个节流阀。6个阀将会占用