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汽车发动机用磁流变隔振器的分析和设计

路国平  
【摘要】:发动机在运转过程中,其运动件受到的不平衡力及力矩产生了宽频振动,并且振动被传递到车身,不仅降低了汽车的乘坐舒适性,也带来了噪音。目前用于发动机隔振的主要还是传统的橡胶隔振器和液压隔振器,它们有效的降低了低频振动,但阻尼和刚度不可调以及动态硬化等局限性致使它们无法实现宽频隔振。随着磁流变液等智能材料的发展,把磁流变液的粘塑性随磁场强度的变化而变化的流变特性应用于隔振器已逐渐成为发动机隔振研究的趋势。 本文的主要研究内容包括以下几个方面: 1)介绍了磁流变液的组成、宏观和微观力学性能、磁流变效应的产生机理和影响因素,描述了磁流变液的流变特性以及磁学、粘温和粘压等性能。 2)介绍了发动机隔振系统的基本特性和评价指标,通过对发动机激振源的分析,确定了引起振动的不平衡力和力矩。 3)基于流体力学中的N-S方程和双粘度模型,结合磁流变隔振器的工作原理,充分考虑了磁流变液的幂率特性及边界滑移,建立了新的挤压流动模型,通过理论推导得到了磁流变液在牛顿区和双粘度区的径向流动速度分布,并分析了不同幂率特性下的流动状态。由压力梯度和连续方程得出提供阻尼力的圆盘挤压力的显式表达式,并分别分析了幂率特性和边界滑移对它的影响。 4)基于隔振器的基本设计准则和磁路欧姆定律以及安培环路定律,设计了磁流变隔振器的磁回路,进行了磁流变隔振器的的结构设计。结合之前的理论分析,计算得到励磁线圈的匝数和电流密度,并得到磁流变隔振器阻尼力与电流的关系,确立了阻尼力值的范围,并进行了刚度的计算。 5)利用ANSYS软件对磁流变隔振器磁回路进行了仿真分析,验证了磁路设计的合理性。建立了隔振系统动力学模型,并对不同工况下的磁流变隔振器的动力学行为进行了Matlab/Simulink仿真分析。


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