摩托车用磁流变减振器设计与建模

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材料,可以应用于各类工业领域中,离合器、制动器都是典型的例子[3-4]。但是从目前的研究现状看来,我国目前的地位还与国外发达国家存在很大差距。

目前摩托车中绝大多数采用筒式减振器,筒式减振器的型式和品种很多,大体上有以下几种类型:弹簧式减振器、空气式减振器、液力阻尼式减振器。

本文在对现有汽摩托车减振器工作原理进行分析,提出了一种在磁流变液作用下的新型摩托车用减振器,满足实际工况需求。

2 磁流变液减振器的工作原理

磁流变减振器是一种新型智能减振器,利用不同电流控制不同磁场,进而得到不同的阻尼特性。它的工作模式主要有流动模式、剪切模式和挤压模式[5]。

流动模式的减振器上下板固定,在压差作用下磁流液流过间隙,通过不同的磁场强度得到不同的流动阻力。剪切式减振器两板间有相对移动或转动,可连续改变切应力与切应变率[6]。

3 磁流变减振器的设计

根据工况要求,磁流变液减振器的最大工作范围为180~350 mm,缸体直径为40 mm,阻尼力极限值为1 500 N,当液体流经减振器的阻尼孔时,由流体力学平衡得到运动方程式[8]

在无外加磁场作用时,磁流变液表现为牛顿流体,其切应力与磁流变液的速度梯度成正比,在外加磁场作用下,磁流变液表现为Bingham流体。

本文将根据美国Lord公司提供的磁流变液屈服剪应力与外加磁场强度曲线,以及设计条件:电流为0~1A,最大响应力为500 N,行程为0~40 mm等条件来确定减振器的结构。

其主要零件,如图1所示。

首先根据曲线性质关系图得到稳定的剪应力F为48 kPa,磁场强度H为300 kAmp/m,已知最大响应力f为500 N,得到有效面积A=f/F=10417mm2,由公式

H=NI/L(4)

H为磁场强度,N为线圈匝数,I为电流强度,L为线圈有效长度。

因为:电流为0~1A,H=300 kAmp/m,如果选用N为900匝,φ0.6的线圈,可以得到有效的线圈长度L=3 mm。

由式(3)知阻尼力与有效面积A有关,而有效面积A是有效的阻尼孔面积加上活塞侧面积而来,即:

A=A1+A2

式中,A1为活塞侧面积;

A2为阻尼孔面积;

其中A1=πDh,A2=nπdh根据现有的经验值取n为4个,d为φ1的阻尼孔,再联合A=10 417 mm2,可以确定活塞直径D=40 mm,高h=75.4 mm。

4 结 语

此磁流变液减振器是传统液压型减振器的转型,是以磁流变液作为液压流体,通过电流的改变来改变磁场,从而实现链化效应,进而来达到阻尼力的增大或减小,起到减振的目的,从磁流变液特性的研究来看,它代替传统液压油和空气的趋势逐渐明显。

参考文献:

[1] 谢俊,刘军,马履中,等,汽车磁流变减振器流变力学特性的研究[J].江 苏大学学报:自然科学版2002,(6).

[2] 陈耀军.轿车液阻减振器阻力特性模拟计算及分析[J].汽车技术,1995(10).

[3] 廖昌荣,陈伟民,余淼,等.基于混合模式的汽车磁流变减振器阻尼特性 分析与测试[J].机械工程学报,2001,(5).

[4] 潘双夏,杨礼康,冯培恩,等.磁流变液减振器控制应用的研究动态[J].汽 车工程,2002,(3).

[5] 舒红宇,王立勇,吴碧,等.一种磁流变减振器的设计与试验[J].农业机械 学报,2006,(5).

[6] 高晓芳,苏德胜,邵敏.电流变液减振器技术的研究现状及发展方向[J].机械工程师,2007,(1).

[7] 吕振华,李世民.筒式液阻减振器动态特性模拟分析技术的发展[J].清 华大学学报:自然科学版,2002,(11).

[8] 陈耀军.轿车液阻减振器阻力特性模拟计算及分析[J].汽车技术,1995,(10).

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