李 斌 李 華 姚 進(jìn)

四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院,成都,610065

新型磁流變液多間隙雙質(zhì)量飛輪研究

李 斌 李 華 姚 進(jìn)

四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院,成都,610065

針對(duì)目前磁流變液雙質(zhì)量飛輪裝置中普遍存在的剛度突變和可傳遞阻尼力矩較小的問題，提出了一種具有多工作間隙及可獲得良好多級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)剛度的新型多間隙磁流變液雙質(zhì)量飛輪。通過對(duì)其磁感應(yīng)強(qiáng)度及阻尼力矩進(jìn)行理論分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布并實(shí)現(xiàn)了阻尼力矩的最大化，進(jìn)而將磁感應(yīng)強(qiáng)度和阻尼力矩的計(jì)算值與仿真值分別進(jìn)行對(duì)比，最后對(duì)其固有特性及受迫振動(dòng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：新型多間隙磁流變液雙質(zhì)量飛輪有利于改善車輛動(dòng)力傳動(dòng)系減振效果，不同工況下提供相匹配的輸入電流可使減振效果達(dá)到最佳，可傳遞的阻尼力矩遠(yuǎn)大于普通磁流變液雙質(zhì)量飛輪。研究成果可為新型多間隙磁流變液雙質(zhì)量飛輪的設(shè)計(jì)提供理論參考。

磁流變液多間隙雙質(zhì)量飛輪；磁感應(yīng)強(qiáng)度；阻尼力矩；減振

0 引言

磁流變液(magnetorheological fluid，MRF)是一種新型智能材料，在無外加磁場(chǎng)時(shí)，為自由流動(dòng)狀態(tài)，表現(xiàn)出牛頓流體行為；而在外加磁場(chǎng)作用下，瞬間由自由流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w，表現(xiàn)出Bingham流體行為，而且這種變化是可逆的，即去掉磁場(chǎng)后又恢復(fù)原來的狀態(tài)[1]。對(duì)于磁流變液應(yīng)用的工作模式，概括起來主要有流動(dòng)模式、剪切模式、擠壓模式。其中，磁流變液離合器、阻尼器、雙質(zhì)量飛輪就是磁流變液在剪切模式下的應(yīng)用[2]。雙質(zhì)量飛輪(dual mass flywheel，DMF)克服了離合從動(dòng)盤式扭轉(zhuǎn)減振器(clutch torsional damper，CTD)的不足,大大提高了傳動(dòng)系的減振效果，很大程度上滿足了人們對(duì)車輛舒適性的要求[3]。國(guó)外從20世紀(jì)80年代中期就開始對(duì)DMF進(jìn)行研究[4]，國(guó)內(nèi)近些年也有不少學(xué)者參與到DMF的研究當(dāng)中，取得了一定成果[5]。

目前，DMF的研究已較為成熟且在車輛上得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于車輛在不同工況下對(duì)DMF的扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)阻尼有著不同的要求，而普通DMF無法滿足這一要求，使其減振效果受到了制約。良好的多級(jí)非線性剛度特性和扭轉(zhuǎn)阻尼可控性可使DMF的減振效果大大提高。多級(jí)非線性剛度方面，宋立權(quán)等[6]提出的摩擦式雙級(jí)分段變剛度汽車雙質(zhì)量飛輪雖實(shí)現(xiàn)了變剛度，但仍存在扭轉(zhuǎn)剛度不能滿足車輛不同工況需求及剛度突變的缺陷；史文庫(kù)等[7]提出了一種可實(shí)現(xiàn)三級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度的滑套機(jī)構(gòu)式雙質(zhì)量飛輪，但增大了彈性機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力較大易造成外層彈簧的磨損；李偉[8]提出了一種連續(xù)變節(jié)距弧形彈簧式雙質(zhì)量飛輪，可獲得良好的連續(xù)變化非線性剛度特性，但其弧形彈簧為單側(cè)布置，故其傳遞扭矩有限，使其應(yīng)用受到了一定限制。扭轉(zhuǎn)阻尼特性方面，ZU等[9]提出的磁流變液雙質(zhì)量飛輪裝置雖能實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)阻尼的可控，但其采用的是普通弧形彈簧，且弧形彈簧單側(cè)布置，故仍存在扭轉(zhuǎn)剛度不能滿足車輛不同工況的需求、磁流變液工作面積較小、軸向尺寸較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜等缺陷，給后續(xù)的制造生產(chǎn)帶來諸多困難。本文在上述諸多學(xué)者的研究基礎(chǔ)之上，為獲得良好的多級(jí)非線性剛度特性、實(shí)現(xiàn)大扭矩傳遞，同時(shí)增大磁流變液工作面積，擴(kuò)大阻尼特性的可控范圍，提高減振效果，提出了一種多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧雙側(cè)并聯(lián)布置的新型多間隙磁流變液雙質(zhì)量飛輪(magnetorheological fluid multi-gap dual mass flywheel，MRF-MDMF)。

1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理

圖1 新型多間隙磁流變液雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 MRF-MDMF structure diagram

MRF-MDMF結(jié)構(gòu)如圖1所示。MRF-MDMF主要由第一飛輪、磁軛、勵(lì)磁線圈、隔磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子、傳力板、第一弧形彈簧、第二弧形彈簧、傳力板連接軸、第二飛輪等組成。其中，外轉(zhuǎn)子包括密封腔前蓋、密封腔后蓋及密封腔中環(huán)；第一飛輪、密封腔前蓋、密封腔后蓋、密封腔中環(huán)構(gòu)成第一質(zhì)量；第二飛輪、傳力板及傳力板連接軸構(gòu)成第二質(zhì)量；密封腔前蓋內(nèi)側(cè)、密封腔后蓋內(nèi)側(cè)及傳力板兩側(cè)均設(shè)有弧形凹槽；第一弧形彈簧包含兩根變節(jié)距弧形彈簧，并安裝于密封腔前蓋與傳力板之間的弧形凹槽中，第二弧形彈簧包含兩根變節(jié)距弧形彈簧，并安裝于密封腔后蓋與傳力板之間的弧形凹槽中；外轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)、傳力板外側(cè)及密封軸承共同圍成磁流變液密封腔體，其中充滿磁流變液。

在多級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)剛度方面，多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧的應(yīng)用及雙側(cè)并聯(lián)的布置方式，使MRF-MDMF可獲得良好的多級(jí)非線性剛度特性，滿足車輛在不同工況下的剛度需求，防止剛度突變，從而大大增強(qiáng)了減振效果，并且實(shí)現(xiàn)了大扭矩傳遞。在扭轉(zhuǎn)阻尼特性方面，根據(jù)磁流變液在磁場(chǎng)作用下可實(shí)現(xiàn)黏度瞬間變化的特性，可通過改變勵(lì)磁線圈電流大小來實(shí)現(xiàn)MRF-MDMF阻尼的實(shí)時(shí)調(diào)控。當(dāng)要求MRF-MDMF提供較小的阻尼時(shí)，不給勵(lì)磁線圈施加電流，此時(shí)磁流變液表現(xiàn)出Newton流體特性，傳力板與外轉(zhuǎn)子之間只受到較小的黏滯力矩作用，可忽略不計(jì)；當(dāng)要求增大MRF-MDMF的阻尼時(shí)，只需給勵(lì)磁線圈施加電流，此時(shí)磁流變液表現(xiàn)出Bingham流體特性，傳力板與外轉(zhuǎn)子之間受到黏滯力矩作用的同時(shí)，還會(huì)受到磁致力矩的作用。同時(shí)，MRF-MDMF增大了磁流變液工作面積，在供給電流相等的條件下，可獲得更大的阻尼力矩。

2 MRF-MDMF阻尼力矩計(jì)算

2.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度分析

MRF-MDMF磁路結(jié)構(gòu)如圖2所示，MRF-MDMF的外轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)、傳力板外側(cè)及密封軸承共同圍成磁流變液密封腔體，其中充滿磁流變液，共含有7個(gè)工作間隙。磁路等效電路如圖3所示。

圖2 磁路結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Magnetic circuit structure diagram

圖3 磁路等效電路圖Fig.3 Magnetic circuit equivalent circuit diagram

磁路結(jié)構(gòu)圖中，左側(cè)區(qū)域5為第一工作間隙；左側(cè)區(qū)域6為第二工作間隙；左側(cè)區(qū)域8為第三工作間隙；右側(cè)區(qū)域5為第七工作間隙；右側(cè)區(qū)域6為第六工作間隙；右側(cè)區(qū)域8為第五工作間隙；區(qū)域9為第四工作間隙；且各工作間隙厚度均為h。

磁路等效電路中，N為勵(lì)磁線圈匝數(shù)；I為勵(lì)磁線圈電流；Rmi(i=1，2，…，10)為各部分的磁阻，可由下列公式獲得。

軸向部分：

(1)

徑向部分：

(2)

式中，μ為各部分所用材料的絕對(duì)磁導(dǎo)率；L為軸向部分的軸向長(zhǎng)度；k為徑向部分的寬度；rmax、rmin分別為各部分的最大半徑和最小半徑。

根據(jù)磁阻串并聯(lián)原則，整個(gè)磁路的磁阻為

R=Rm1+2(Rm2+Rm3+Rm4+

(3)

根據(jù)高斯定律和安培環(huán)路定律，整個(gè)磁路的磁通量Φsum為

(4)

根據(jù)磁通連續(xù)定理和磁路歐姆定律，可得各工作間隙的磁通量為

(5)

(6)

(7)

(8)

根據(jù)高斯定律，可得知各工作間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

(9)

(10)

(11)

(12)

從上述磁感應(yīng)強(qiáng)度理論分析過程可知，影響各工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的因素主要有徑向結(jié)構(gòu)尺寸ri(i=2,3,4,5,6)、軸向結(jié)構(gòu)尺寸lj(j=1,2,3,4,5)、各工作間隙厚度h以及各部分所用材料的絕對(duì)磁導(dǎo)率μ，故只要適當(dāng)調(diào)節(jié)上述影響因素，就可以很好地控制各工作間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。

2.2 阻尼力矩分析

本文中，MRF-MDMF中的外轉(zhuǎn)子、傳力板均采用電工純鐵[10](DT4)，電工純鐵是一種含碳量極低的優(yōu)質(zhì)鋼，其鐵含量通常在99.5%以上，具有較高的磁導(dǎo)率和磁飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。MRF-MDMF的磁流變液則選用LORD公司的MRF-132DG[11]，然后采用最小二乘法建立磁流變液的屈服應(yīng)力τy(單位為kPa)與磁感應(yīng)強(qiáng)度B(單位為T)的關(guān)系，可得到如下關(guān)系式[12]：

τy=52.962B4-176.51B3+158.79B2+

13.708B+0.1442

(13)

目前，針對(duì)磁流變液本構(gòu)性質(zhì)的研究被普遍認(rèn)可的動(dòng)力模型是Bingham模型[13]，其本構(gòu)模型為

(14)

(15)

式中，dω/dR為磁流變液沿徑向的角速度梯度。

MRF-MDMF所產(chǎn)生的阻尼力矩等于7個(gè)工作間隙所產(chǎn)生的阻尼力矩之和，7個(gè)工作間隙可分為軸向間隙和徑向間隙，第一、三、五、七工作間隙為徑向間隙，第二、四、六工作間隙為軸向間隙。以圖4中的第一工作間隙和圖5中的第二工作間隙為例，理論推導(dǎo)徑向間隙和軸向間隙所產(chǎn)生的阻尼力矩。作以下假設(shè)：理想狀態(tài)下的磁流變液為不可壓縮的流體；磁流變液在各工作間隙中均勻分布且平穩(wěn)流動(dòng)；忽略磁流變液自身質(zhì)量影響。

圖4 第一工作間隙示意圖Fig.4 The first work gap diagram

圖5 第二工作間隙示意圖Fig.5 The second work gap diagram

結(jié)合圖4和圖5可知，第一工作間隙和第三工作間隙所產(chǎn)生的阻尼力矩T1、T2分別為

(16)

(17)

式中，Ω1、Ω2分別為第一工作間隙和第二工作間隙的體積。

將式(14)、式(15)分別代入式(16)、式(17)中，可得

(18)

(19)

同理，第三工作間隙和第四工作間隙所產(chǎn)生的阻尼力矩T3、T4分別為

(20)

(21)

又T1=T7、T2=T6、T3=T5，故可得MRF-MDMF的總阻尼力矩T為

(22)

從MRF-MDMF的總阻尼力矩T的理論推導(dǎo)過程可知，影響T的因素主要有徑向結(jié)構(gòu)尺寸ri(i=2,3,4,5,6)、軸向結(jié)構(gòu)尺寸lj(j=1,2,3,4,5)以及磁流變液的自身特性(τy、η)。

3 MRF-MDMF減振分析

3.1 固有特性分析

為了獲得良好的多級(jí)非線性剛度特性，防止剛度突變，MRF-MDMF使用了多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧。為避免怠速時(shí)傳動(dòng)系固有扭振頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)低次激勵(lì)頻率接近或重合，多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧的怠速剛度不得高于3 N·m/(°)，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、扭矩后備系數(shù)、各工況的扭轉(zhuǎn)剛度要求等，可得MRF-MDMF各級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度，如圖6和表1所示。

圖6 多級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度曲線Fig.6 Multilevel torsional stiffness curve表1 多級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)Tab.1 Multilevel torsional stiffness parameter

N·m/(°)

建立圖7所示的車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振分析模型，圖7中J1為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為MRF-MDMF第一質(zhì)量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J3為MRF-MDMF第二質(zhì)量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K1為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等效扭轉(zhuǎn)剛度；K2為MRF-MDMF的等效扭轉(zhuǎn)剛度；K3為傳動(dòng)系統(tǒng)等效扭轉(zhuǎn)剛度；c2為MRF-MDMF的等效阻尼，具體數(shù)值如表2所示。

圖7 車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振分析模型Fig.7 Torsional vibration analysis model of vehicle power transmission system表2 固定參數(shù)及取值Tab.2 Fixed parameters and values

磁動(dòng)勢(shì)NI(Ampere?turns)890各工作間隙磁流變液厚度h(mm)1外形半徑r6(mm)200磁軛軸向長(zhǎng)度2l5(mm)100磁流變液有效軸向長(zhǎng)度2l2(mm)20弧形彈簧布置半徑r1(mm)90

根據(jù)圖7車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振分析模型建立無阻尼自由振動(dòng)的齊次扭振微分方程組，然后用MATLAB編程求解進(jìn)行固有特性分析。齊次扭振微分方程組如下：

(23)

3.2 受迫振動(dòng)分析

建立圖8所示的怠速工況和行駛工況下的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振分析ADAMS模型。在兩個(gè)模型中輸入不同的激振扭矩，然后分別加入不同輸入電流產(chǎn)生的不同阻尼特性，來分析第二質(zhì)量飛輪角加速度的波動(dòng)情況。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)MRF-MDMF進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)阻尼力矩T的最大化。MRF-MDMF設(shè)計(jì)優(yōu)化流程如圖9所示，部分結(jié)構(gòu)固定參數(shù)及取值如表2所示。

(a)怠速工況

(b)行駛工況圖8 動(dòng)力傳動(dòng)系扭振分析ADAMS模型Fig.8 The ADAMS model of power transmission system torsional vibration analysis

圖9 MRF-MDMF優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖Fig.9 MRF-MDMF optimization design flow diagram

目標(biāo)函數(shù)：maxT

設(shè)計(jì)變量：bli≤bi≤bui

約束條件：B≤2.158 T

其中，bi為第i個(gè)設(shè)計(jì)變量；bli為第i個(gè)設(shè)計(jì)變量的最小值，bui為第i個(gè)設(shè)計(jì)變量的最大值，且

bli=(l1min,l3min,r2min,r3min,r4min,r5min)=

(5.5,20,95,117,130,185)

bui=(l1max,l3max,r2max,r3max,r4max,r5max)=

(8,30,105,125,142,195)

5 優(yōu)化結(jié)果與分析討論

如圖10所示，在經(jīng)過25次迭代求解后，MRF-MDMF總阻尼力矩取得最大值。優(yōu)化前后各設(shè)計(jì)變量以及總阻尼力矩的對(duì)比如表3所示，然后根據(jù)優(yōu)化后各尺寸進(jìn)行MRF-MDMF結(jié)構(gòu)的仿真分析。

圖11為MRF-MDMF在不同輸入電流下的第三工作間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況，因結(jié)構(gòu)對(duì)稱及情況類似的緣故，其他工作間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況不再贅述。從圖11中可以看出，第三工作間隙磁流變液的磁感應(yīng)強(qiáng)度值隨著輸入電流的增大而增大，且隨著輸入電流增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度值的漲幅逐漸減小，但尚未達(dá)到磁飽和。

(a)設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化結(jié)果

(b)阻尼力矩優(yōu)化結(jié)果圖10 優(yōu)化結(jié)果Fig.10 Optimization results表3 優(yōu)化前后各參數(shù)對(duì)比Tab.3 Comparison of the parameters before andafter the optimization

l1(mm)l3(mm)r2(mm)r3(mm)r4(mm)r5(mm)T(N·m)優(yōu)化前820105125142185329．67優(yōu)化后2．542095．07125141．98185429．44

圖11 第三工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布Fig.11 Magnetic induction intensity distribution of the third work gap

以第三工作間隙為例，根據(jù)工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的有限元仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果，對(duì)比不同輸入電流下兩者的數(shù)值，如表4所示。

由表4可以看出，第三工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的仿真值與計(jì)算值的相對(duì)誤差在5%左右，這是理論計(jì)算過程中沒有考慮結(jié)構(gòu)磁漏等因素造成的，而磁感應(yīng)強(qiáng)度誤差的可控性證明了磁感應(yīng)強(qiáng)度理論分析過程的合理性與正確性，可以此來指導(dǎo)MRF-MDMF結(jié)構(gòu)和磁路的設(shè)計(jì)。

表4 第三工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度仿真值與計(jì)算值對(duì)比Tab.4 The comparison of simulated and calculated values of the third work gap magnetic induction intensity

圖12為各工作間隙阻尼力矩Ti(i=1,2,3,4)與輸入電流的關(guān)系圖。從圖12中可以看出，在工作間隙磁流變液達(dá)到磁飽和之前，各工作間隙阻尼力矩及總阻尼力矩隨著輸入電流的增大而增大。一旦磁流變液達(dá)到磁飽和，其所傳遞的阻尼力矩將不再隨著輸入電流的變化而變化。

圖12 各工作間隙阻尼力矩與輸入電流間的關(guān)系Fig.12 The relation of work gap damping moment and input current

圖13 總阻尼力矩與輸入電流間的關(guān)系Fig.13 The relation of all damping moment and input current

圖13為MRF-MDMF總阻尼力矩T仿真值、計(jì)算值及MRF-DMF[12]總阻尼力矩T′仿真值的對(duì)比圖。從圖13中可以看出，在相同輸入電流的情況下，MRF-MDMF總阻尼力矩T的計(jì)算值均大于仿真值，這是在阻尼力矩理論計(jì)算過程中忽略結(jié)構(gòu)磁漏等因素所造成的，但兩者間的相對(duì)誤差不大。同時(shí)，在相同輸入電流情況下，總阻尼力矩T的仿真值明顯大于總阻尼力矩T′的仿真值，說明了MRF-MDMF的引入可以擴(kuò)大阻尼力矩的可控范圍。

多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧的應(yīng)用及雙側(cè)并聯(lián)布置，使各級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度可以設(shè)計(jì)得更加合理，以實(shí)現(xiàn)多種工況下的扭轉(zhuǎn)剛度需求。圖14為一階共振轉(zhuǎn)速n1、二階共振轉(zhuǎn)速n2隨扭轉(zhuǎn)剛度K2、K3的變化圖，可以看出，一階共振轉(zhuǎn)速n1隨扭轉(zhuǎn)剛度K2的增大而減小，而扭轉(zhuǎn)剛度K3對(duì)一階共振轉(zhuǎn)速n1幾乎沒有影響；二階共振轉(zhuǎn)速n2隨扭轉(zhuǎn)剛度K3的增大而增大，而扭轉(zhuǎn)剛度K2對(duì)一階共振轉(zhuǎn)速n2幾乎沒有影響。另外，一階共振轉(zhuǎn)速n1低于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速(800 r/min)，而二階共振轉(zhuǎn)速n2高于發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(7000 r/min)，這說明MRF-MDMF的引入有效地消除了共振對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系的影響。

(a)一階共振轉(zhuǎn)速n1

(b)二階共振轉(zhuǎn)速n2圖14 一階和二階共振轉(zhuǎn)速Fig.14 The first order and the second order resonance speed

圖15為怠速及行駛工況下MRF-MDMF第二質(zhì)量飛輪的角加速度波動(dòng)圖?？梢钥闯?，怠速工況下，輸入電流在0.4 A左右，第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)幅值最??；行駛工況下，輸入電流在0.2 A左右，第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)幅值最小。不同的工況提供其相匹配的輸入電流，使得MRF-MDMF的減振效果達(dá)到最佳。

(a)怠速工況

(b)行駛工況圖15 第二質(zhì)量飛輪的角加速度波動(dòng)均方根值Fig.15 The angular acceleration amplitude RMS value of the second mass flywheel

(a)怠速工況

(b)行駛工況圖16 MRF-MDMF與普通DMF減振效果對(duì)比Fig.16 The damping effect comparison of MRF-MDMF and ordinary DMF

在MRF-MDMF與普通DMF的外形結(jié)構(gòu)尺寸以及輸入激勵(lì)一致的情況下，圖16為MRF-MDMF與普通DMF的減振效果對(duì)比圖。根據(jù)仿真分析結(jié)果可知，怠速工況下，普通DMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值較第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了29.1%，而MRF-MDMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值相對(duì)于第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了77.5%；行駛工況下，普通DMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值較第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了25.1%，而MRF-MDMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值相對(duì)于第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了80.0%?？梢奙RF-MDMF的引入增強(qiáng)了車輛動(dòng)力傳動(dòng)系的減振效果。

6 結(jié)論

(1)提出了一種MRF-MDMF，并通過對(duì)MRF-MDMF工作間隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度及阻尼力矩進(jìn)行理論分析計(jì)算，得到相關(guān)的影響因素，且磁感應(yīng)強(qiáng)度及阻尼力矩的仿真值與計(jì)算值間的相對(duì)誤差均在可控范圍內(nèi)，故可用來指導(dǎo)MRF-MDMF結(jié)構(gòu)及磁路的設(shè)計(jì)。

(2)通過對(duì)MRF-MDMF結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，可使工作間隙所傳遞的阻尼力矩最大化，單位體積傳遞的阻尼力矩值可達(dá)2.2×104N·m/m3，從而擴(kuò)大了MRF-MDMF的阻尼力矩控制范圍。

(3)MRF-MDMF的提出，更好地將磁流變液與雙質(zhì)量飛輪結(jié)合起來，可通過控制輸入電流為不同工況提供與其相匹配的阻尼特性，使MRF-MDMF減振效果達(dá)到最佳。

(4)由多級(jí)變節(jié)距弧形彈簧的應(yīng)用，以及對(duì)MRF-MDMF固有特性及受迫振動(dòng)進(jìn)行分析，可知怠速工況下MRF-MDMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值相對(duì)于第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了77.5%；行駛工況下MRF-MDMF第二質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值相對(duì)于第一質(zhì)量飛輪角加速度波動(dòng)均方根值降低了80.0%，得知MRF-MDMF的引入能夠增強(qiáng)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系減振效果，從而滿足人們對(duì)車輛舒適性的要求。

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(編輯 王旻玥)

Research on a Novel MRF-MDMF

LI Bin LI Hua YAO Jin

School of Manufacturing Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu,610065

Aiming at the key problems of the stiffness mutations and smaller damping torque in a magnetorheological fluid dual mass flywheel, a novel MRF-MDMF was proposed to obtain good multistage nonlinear torsional stiffnesses. Through the theoretical analyses of magnetic induction intensity and damping torques of MRF-MDMF, and the optimization of its structure, the magnetic induction intensity distribution of optimized structure and the maximum of damping torques were conducted. Then，the calculated values of magnetic induction and damping torques were compared with the simulation values. Finally, the natural characteristics and the forced vibration were analyzed. The results show that MRF-MDMF is conducive to the improvements of damping effects of powertrain, the matching input currents are used to achieve the best damping effect in different conditions, and its damping torques are far greater than that of the ordinary magnetorheological fluid dual mass flywheel. The results provide a precious theoretical reference for the design of MRF-MDMF.

magnetorheological fluid multi-gap dual mass flywheel(MRF-MDMF); magnetic induction intensity; damping torque; vibration damping

2017-03-29

四川省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013GZ0055)

U463.2

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.16.006

李 斌，男，1992年生。四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生。主要研究方向?yàn)榇帕髯円簷C(jī)械傳動(dòng)技術(shù)。李 華，男，1972年生。四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院講師。姚 進(jìn)(通信作者)，男，1958年生。四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。E-mail:jinyao163@163.com。