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1、99第3卷第2期机械工程学报1.3.V2OAAAF2003年2月FHEFEUOCOEHEGEECJGCN.R200S3N挤压式磁流变体减振器阻尼力的分析付华傅周东吴根茂鲍颖纲浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州310027,,摘要在分析了挤压式磁流变体减振器工作原理的基础上通过磁路计算推导出挤压式MR减R振器的阻尼力计算公式。测量了该纳米级铁磁流体在零磁场下粘度。以纳米级铁磁流体为例,分别计算出该减振器在设定条件下的阻力一位移、阻力一速度变化规律。并讨论位移、速度、加速度和励磁线圈电流对阻尼力的综合
2、影响。。为挤压式MR减振器的进一步研究提供了理论依据:关键词挤压式减振器磁流变体阻尼力中图分类号:TB535.lTB381有较高的针对性和准确性。但由于试验普适性差,0前言很难对减振器的初步设计有参考和指导意义。开展对挤压式MR减振器的理论模型的分析和理论研究磁流变体是由悬浮在基液的磁性微粒、稳定己非常迫切。下面就这方面的问题进行讨论。剂和基液组成。这使得磁流变体既具有普通磁性,。lR材料的磁性同时又具有液体的流动性20世纪挤压式M减振器的原理40年代J.Rabinow首先发现了磁流变现象,即在,,外加
3、磁场下磁流变体的流变特性会随外加磁场挤压式MR减振器原理如图1磁极移动方向强度的变化而变化。随着对磁流变体的研究的深与磁场方向相同,磁流变体在磁极压力的作用下向,。,入人们发现磁流变体的表观粘度在外加磁场的四周流动由于结构的限制磁极的运动位移较小,。;增加时会显著增加甚至变为固体当外加磁场(一般在3左右)但此结构的磁流变体产生的~,,。撤去时磁流变体又恢复到原来的液体状态并阻尼力较大且其响应时间仅为几毫秒。磁流变体表观粘度无,磁场磁流变体级可调的特性使得人们可以应用该材料制作很。多种智能设备20世纪60
4、年代美国首先应用于,,宇航工业后来逐渐转为民用现已成为很庞大/一弓,、卜~多的产业在美国日本和德国等发达国家都有磁性液体公司。由于磁流变体减振器具有体积小、功耗少、阻尼力大、动态范围广、频率响应高和适应面宽的优1点。特别是避免了传统的被动式减振器适应性差和图挤压式磁流变体减振器的原理图主动减振器控制算法复杂和控制器稳定性问题。使之成为磁流变体重要的应用和研究领域之一。目前2挤压式MR减振器模型的建立国际上研究出很多基于磁流变体的减振器。尽管形,:.21力式上各种各样但归结起来可以分为3大类压力学模型驱动
5、模式、剪切模式和挤压模式。基于挤压式减振根据该减振器的工作原理,取上板为活动板,,,。器小位移大阻尼的特点多应用于精密仪器(天平下板为固定板磁流变体被置于两块半径为r0的。,。,光学设备等)消除外界振动噪声的干扰板子中间见图1设流体的初始厚度为x0活动Rx。,由于M减振器是最近几年刚刚兴起(尽管MR板向下移动的位移为在这种情况下减振器的,。、、现象发现比较早)还没有较为完善的理论体系阻尼由流体的粘性阻力流体惯量力由磁流变效,。目前对其的研究大多是以试验为主尽管试验应产生的力和初始力四部分组成(1)在零磁
6、场下的流体粘性阻尼力’〕20020328,20020810由牛顿粘性定律得式l(产收到初稿收到修改稿22年:月付华等挤压式磁流变体减振器阻尼力的分析_,一32__X同样也可以通过图3确定磁流变体的工作点八(l)lF一n,几vvl、J、。L万。一x)尽fH式中场磁流体在零磁场下的粘度——.Q.0L064205戈活动板(上板)运动的速度产一O—产一公q沪-J0(2)流体的惯性力。产ón尸一O侧脚卜勺ù内`f嘱匆l一/上/0O由流体的动量方程得_d()磁二城x。一x)+P二戈“(2)凡那r0zr0zdt式
7、中m流体质量ù啥JP—流体的密度0·磁场强度Hm一—/k(Al)无活动板的加速度—图3磁流变体的刀万曲线(3)磁流变体效应产生的阻力,由参考文献〔2]磁流变体效应产生的阻力为。将减振器的磁路简化为图4所示的磁路设衔·,。一:ys戈义。-义:sr0gn()铁的磁路路径长度为la磁隙为衔铁和磁隙(3)、。普(xo一x)的磁场强度分别为aH由iKrchofe定律rH-一aaf式中乓一磁场引起的磁流变体屈服应力附=万l+H(x。一x)(7)(4)初始力,为)由于rH比aH大很多(两个数量级)而al与成通一二p。
8、凡orz。粤(4)常相差一个数量级所以aHal与fH(x声)相比可忽J略不计。则有式中0P初始压力将四—部分力相加,即得到该减振器总阻尼力Hf二(8)x。一x()F二月十凡十凡+凡二34戈,,n。一刀几十孟刃【乙于砚X一X,X+,.u,了、J尹U、U`气xo一x),一一43sgn戈4戈:,()尸。娜0rz—十兀0sr十一兀0rz5x。一x3()().22磁路计算磁流变体和衔铁工作点的选定。衔铁的磁通为,二:=B吼aBxA扩磁流变体的磁通鸣x
