基于挤压模式的磁流变车刀减振仪磁路优化设计.pdf

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1、机械工程与自动化No．2第2期(总第189期)2015年04月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NApr．文章编号：1672—6413(2015)02—0009—03基于挤压模式的磁流变车刀减振仪磁路优化设计米洪明，张永亮，张玮(上海理工大学机械工程学院，上海200093)摘要：为抑制外圆车削振动，设计了基于挤压模式的磁流变液车刀减振仪。在其结构和零件材料已确定的基础上，通过电磁学理论，利用AnsoftMaxwell对不同结构参数组下减振装置内的磁感应强度进行了三维磁场仿真分析，总结了不N参数组对磁感应强度的影响规

2、律，获得了理论上的最大磁感应强度，并据此确定了外圆车刀减振仪的结构。关键词：车刀减振仪；磁流变液；磁路优化中图分类号：TP391．7：TG506．5文献标识码：A0引言车刀减振仪是基于挤压模式的磁流变装置，外圆由磁流变液体作为新型的智能控制材料制成的阻车削时振动的敏感方向为零件加工表面的法线方向即尼器能耗小、阻尼力连续可调、动态范围广、频响高、适图1中的Y方向。车削产生振动后，励磁线圈通电后应面广，已经在很多工程领域得到应用⋯1]。为了提高铁芯和极板之间产生垂直于极板的磁场，铁芯与刀具磁流变阻尼器的可调范围，需要提高磁流变阻尼器磁一起相对于固

3、定不动的极板沿Y方向做往复运动，该路的磁通能力，并要延迟磁饱和出现时间，以尽可能发运动对磁流变液产生挤压作用，使磁流变液的流动特挥磁流变的可控性能。对于磁路设计，国内外学者运性(黏度等)发生变化，使磁流变液具有了类似固体的用有限元软件和实验进行了仿真和验证。Kordon—屈服强度，电流越大，挤压屈服强度越高，产生的阻尼sky首先提出了通电磁流变效应下磁路的简化及计力就越大，对刀具振动抑制越明显。算方法；Walid利用有限元方法对磁流变阻尼器磁路参数进行了分析；郑玲等以线圈消耗功率和活塞体积为目标函数，得到了使目标函数最小化的磁流变减振器结构优

4、化设计方法；吴剑等【5利用ANSYS的APDL语言对磁流变阻尼器进行了优化设计；王宇飞等利用Maxwell对磁流变阻尼器的阻尼通道长度和间隙进行了仿真分析，发现阻尼通道长度和间隙大小的选取对阻尼力大小有较大影响。本文对基于挤压I一车刀轴；2～箱体；3一极板；4～铁芯；5一线圈模式的磁流变车刀减振仪进行建模，分析了线圈缠绕图1基于挤压模式的磁流变车刀减振仪结构2磁路理论位置、极板厚度、铁芯厚度、磁极间隙两两组合因素对磁路设计的合理与否直接关系着装置性能的好磁流变感应强度的影响规律，并验证了理论仿真和实坏，如果磁感应强度过大则线圈发热，会出现磁滞

5、损验测得的磁感应强度能够满足实际要求。耗，从而影响磁路的正常工作；磁感应强度太小则会使1车刀减振仪的结构及工作原理磁流变效应不显著。磁流变减振装置的磁路示意图如基于挤压模式的磁流变车刀减振仪结构如图1所图2所示，中心剖面内磁力线的走向为E—F—G—示，它主要由车刀轴、箱体、3个极板、2个铁芯和4组Q—E，由安培环路定律Hz—NI、磁感应强度B=H线圈(A、B、C、D)组成。车刀轴与铁芯采用过盈配合，和磁通量一BS得：在车削过程中车刀轴和铁芯会随着车刀同步振动，极r丁，r板空套在车刀轴上并与箱体刚性连接安装在车床刀架一HS一s半一．(1)’’t

6、／“')上固定不动，箱体和极板一起沿着车刀轴往复运动，磁其中：H为磁场强度；为铁芯的磁导率；S为铁芯的流变液体填充在装置内部间隙中，箱体两端有密封圈横截面积；N为励磁线圈匝数；I为励磁电流；z为磁路防止磁流变液的泄漏。※国家自然科学基金资助项目(51205255)收稿Et期：2014—06—16；修订日期：2015—01—10作者简介：洪明(1988一)，男，湖北荆门人，在读硕士研究生，主要研究方向为机械动力学·1O·机械_T-程与自动化2015年第2期的平均长度。从式(1)可以看出，当铁芯材料选定后，强度达到了最大，最大值为0．4440T，

7、此时的极板厚磁通量是由横截面积S、电流7和匝数N决定的。度为10mm；由表3可知，当极板和铁芯厚度均为1Omm的时，间隙内的磁感应强度达到了0．3747T。综合以上数据，重新建立了一个磁极间隙为1．55mm、线圈离中心轴为22．5mm、极板和铁芯厚度均为1OIllm的新模型，导入到Maxwell中进行静态磁场仿真，得到的磁感应强度如图4所示，其磁感应强度能达到0．4755T左右，达到了理想的磁感应强度要求。表1不同铁芯厚度和磁极间隙下的磁感应强度T磁极间隙铁芯厚度(mm)图2磁流变减振装置的磁路示意图810l23车刀减振仪的磁路仿真1．5O．

8、369l0．37240．3598影响磁通量的横截面积S由铁芯厚度、磁极间2O．35970．35090．3486隙a、极板厚度、线圈位置．z决定，本文将对这4个参2．