摩托車用磁流變減振器設計與建模

崔國新　鄧露娟

摘 要：根據實際工況，文章設計了一種新型磁流變液減振器，首先對典型磁流變液的特性進行研究， 然后對減振器進行具體結構設計與性能分析， 最后基于某特定工作條件， 給出設計技術參數。

關鍵詞：磁流變液；摩托車；減振器

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0016-02

1 概 述

磁流變液主要由磁性粒子、基液、添加劑三部分組成[1]。如果施加外部磁場，磁流變液中的磁性粒子將沿著磁力線進行排列，該現象稱為鏈化現象，是磁流變液智能屬性的核心。

1948年Rabinow[2]最早發明了磁流變液及應用裝置離合器。同時，Winslow發明了電流變液。由于電流變液的屈服應力較低，且存在高壓安全性問題，所以磁流變液比其更具實用價值。磁流變液作為一種新型智能材料，可以應用于各類工業領域中，離合器、制動器都是典型的例子[3-4]。但是從目前的研究現狀看來，我國目前的地位還與國外發達國家存在很大差距。

目前摩托車中絕大多數采用筒式減振器，筒式減振器的型式和品種很多，大體上有以下幾種類型：彈簧式減振器、空氣式減振器、液力阻尼式減振器。

本文在對現有汽摩托車減振器工作原理進行分析，提出了一種在磁流變液作用下的新型摩托車用減振器，滿足實際工況需求。

2 磁流變液減振器的工作原理

磁流變減振器是一種新型智能減振器，利用不同電流控制不同磁場，進而得到不同的阻尼特性。它的工作模式主要有流動模式、剪切模式和擠壓模式[5]。

流動模式的減振器上下板固定，在壓差作用下磁流液流過間隙，通過不同的磁場強度得到不同的流動阻力。剪切式減振器兩板間有相對移動或轉動，可連續改變切應力與切應變率[6]。

3 磁流變減振器的設計

根據工況要求，磁流變液減振器的最大工作范圍為180～350 mm，缸體直徑為40 mm，阻尼力極限值為1 500 N，當液體流經減振器的阻尼孔時，由流體力學平衡得到運動方程式[8]

在無外加磁場作用時，磁流變液表現為牛頓流體，其切應力與磁流變液的速度梯度成正比，在外加磁場作用下，磁流變液表現為Bingham流體。

本文將根據美國Lord公司提供的磁流變液屈服剪應力與外加磁場強度曲線，以及設計條件：電流為0～1A，最大響應力為500 N，行程為0～40 mm等條件來確定減振器的結構。

其主要零件，如圖1所示。

首先根據曲線性質關系圖得到穩定的剪應力F為48 kPa，磁場強度H為300 kAmp/m，已知最大響應力f為500 N，得到有效面積A=f/F=10417mm2，由公式

H=NI/L（4）

H為磁場強度，N為線圈匝數，I為電流強度，L為線圈有效長度。

因為：電流為0～1A，H=300 kAmp/m，如果選用N為900匝，φ0.6的線圈，可以得到有效的線圈長度L=3 mm。

由式（3）知阻尼力與有效面積A有關，而有效面積A是有效的阻尼孔面積加上活塞側面積而來，即：

A=A1+A2

式中，A1為活塞側面積；

A2為阻尼孔面積；

其中A1=πDh，A2=nπdh根據現有的經驗值取n為4個，d為φ1的阻尼孔，再聯合A=10 417 mm2，可以確定活塞直徑D=40 mm，高h=75.4 mm。

4 結 語

此磁流變液減振器是傳統液壓型減振器的轉型，是以磁流變液作為液壓流體，通過電流的改變來改變磁場，從而實現鏈化效應，進而來達到阻尼力的增大或減小，起到減振的目的，從磁流變液特性的研究來看，它代替傳統液壓油和空氣的趨勢逐漸明顯。

參考文獻：

[1] 謝俊，劉軍，馬履中，等，汽車磁流變減振器流變力學特性的研究[J].江 蘇大學學報：自然科學版2002，（6）.

[2] 陳耀軍.轎車液阻減振器阻力特性模擬計算及分析[J].汽車技術，1995（10）.

[3] 廖昌榮，陳偉民，余淼，等.基于混合模式的汽車磁流變減振器阻尼特性 分析與測試[J].機械工程學報，2001，（5）.

[4] 潘雙夏，楊禮康，馮培恩，等.磁流變液減振器控制應用的研究動態[J].汽 車工程，2002，（3）.

[5] 舒紅宇，王立勇，吳碧，等.一種磁流變減振器的設計與試驗[J].農業機械 學報，2006，（5）.

[6] 高曉芳，蘇德勝，邵敏.電流變液減振器技術的研究現狀及發展方向[J].機械工程師，2007，（1）.

[7] 呂振華，李世民.筒式液阻減振器動態特性模擬分析技術的發展[J].清 華大學學報：自然科學版，2002，（11）.

[8] 陳耀軍.轎車液阻減振器阻力特性模擬計算及分析[J].汽車技術，1995，（10）.