磁流变智能阻尼器的工作原理及设计

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1、第20卷第2期机械设计与研究VO1．20No．22004年4月MachineDesignandResearchapr．，2004文章编号：1006—2343(2004)02—050—04磁流变智能阻尼器的工作原理及设计熊超，郑坚，张进秋，吕建刚，高挺(1．军械工程学院一系，石家庄050003；2．白城兵器试验中心，白城137001)摘要：介绍了磁流变智能阻尼器的结构和工作原理，重点从线圈缠绕方式、结构参数和磁路设计等方面对磁流变阻尼器设计中应注意的一系列关键性技术问题作了详细归纳，并对已设计出的阻尼器进行了实验，分析了磁流变阻尼器的性能，进一步验证了设

2、计方法的有效性和正确性。关键词：磁流变液；阻尼器；结构设计；磁路中图分类号：TF125．8文献标识码：A磁流变液(MagnetorhelologicalFluids，简称MP,F)属可控处于剪切状态，靠流体间的磨擦作用带动流体运动，通过改流体，是当前智能材料研究领域的一个重要分支[，。在无变磁场可连续改变切应力与切应变率的特性；挤压模式磁流外场作用时，其具有良好的流动性，而在强磁场作用下，磁流变阻尼器的简化结构如图1c所示，磁极在与磁场几乎平行变液可在毫秒级时间内连续、可逆的转变为具有高粘度、低的方向上移动，磁流变液处于交替拉伸、压缩状态，并发生剪流动

3、性的Bingham体，使其表观粘度增加两个数量级以上，切。虽然磁极的位移量较小(几毫米以下)，但是产生阻力却呈现类似固体的力学性质。采用这种智能材料制作的阻尼很大，由于一个磁极要作与磁场平行的运动，所以该类阻尼器具有出力大、体积小、响应快、结构简单、阻尼力连续顺逆器结构较为复杂。可调、易于与计算机结合实现智能化控制等优点，可以克服传统被动阻尼器状态反馈量难测、主动控制力能耗大以及时目定磁曩l移动矗曩滞与溢出等缺陷。因此它将成为振动控制的新一代高性能——————=LIJ～⋯一一——‘阻尼驱动装置，在汽车、装甲车辆、海洋平台、土木工程以及——Mill：==

4、l．{MRf一—⋯一’。。。·。。。—。·-一‘r-航空航天等振动半主动控制领域有着很大的应用潜目定磁曩l目定ntt力．4．8J。磁流变阻尼器件的优良特性正不断引起人们的普(b)前切摸式遍关注，但是由于它是以磁流变液这种新型智能材料为工作介质的，由于材料本身特殊的流变性和复杂性，磁流变阻尼▲图1磁流变阻尼器的基本工作模式器的设计将涉及电、磁、机械和控制等方面的知识，本文将对剪切阀式磁流变阻尼器工作于剪切和流动的组合模式，作者多年来在磁流变器件设计和研究方面的经验进行总结，兼有剪切模式和流动模式的优点，具有结构简单、磁路设计对磁流变阻尼器设计中的一些关键

5、性技术问题进行研究，以比较方便、出力大等优良特性，应用前景更为广阔。其工作期对磁流变器件的设计研究提供帮助。原理如图2所示，阻尼器内腔充满了磁流变液，活塞在工作缸内作往复直线运动，活塞与缸体发生相对运动，挤压磁流l磁流变阻尼器的结构和工作原理变液迫使其流过缸体与活塞间的间隙时，在没有磁场作用磁流变阻尼器是以磁流变体这种新型的智能材料作为下，磁流变液以牛顿流体作粘性流运动，符合牛顿流体的本阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线构关系；当加上磁场后，磁流变液就会瞬间由牛顿流体转变圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大为粘塑体，粘

6、度呈数量级地提高，流体的流动阻力增加，表现小来改变磁流变体的粘度，实现阻尼可调的目的。根据磁流为具有一定屈服应力的类似于固体的本构关系。此时磁场变液在阻尼器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变阻尼对磁流变液材料的作用可用式(1)宾汉姆体(Bingham)[，]器可分为流动模式(FlowMode)、剪切模式(ShearMode)、挤本构关系进行描述：压模式(SqueezeMode)以及这三种基本模式的任意组合。流r=ry(B)sgn()+IrI，、动模式的磁流变阻尼器简化结构如图1a所示，其上下极板：0I

7、，在压差作式中，r、．为与磁场有关的临界屈服应力；B为磁感应强度；呀用下磁流变液流过极板间隙，而流动阻力则通过磁场强度来为磁流变液的塑性粘度；为剪切率。根据剪切阀式磁流变控制。这种结构的阻尼器的结构最为简单，但同等条件下最杆大阻尼力较小；剪切式磁流变阻尼器的简化结构如图1b所示，磁极问有相对运动(移动或转动)，这种运动使磁流变液收稿日期：2o03—09—28)基金项目：国防“十五”预研基金资助项目(104010304．3)▲图2剪切阀式磁流变阻尼器原理图第2期熊超等：磁流变智能阻尼器的工作原理及设计51阻尼器的结构，利用平板计算模型，可得阻尼力的计算公

8、式为E6,7一：F(t)=(+h))+(+LD)(f)(2)式中，A为活塞受到压力的有效面积；