古毅

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汽車磁流變減振器的磁路優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析

古毅

（重慶五一高級技工學(xué)校，重慶 361000）

針對汽車磁流變減震器，利用有限元方法對磁流變減震器進(jìn)行磁路優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，結(jié)果認(rèn)為：磁路設(shè)計(jì)方法能夠合理選擇磁路參數(shù)，優(yōu)化后減震器耗能能力達(dá)到最大值。

磁流變減震器；磁路設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

磁流變材料是一種特殊的智能材料，主要由載液、高磁導(dǎo)率的磁性顆粒和添加劑組成。其主要特點(diǎn)是：它快速、連續(xù)、可逆的響應(yīng)外加磁場。汽車磁流變懸架系統(tǒng)就是利用磁流變液體的這種小電流即可產(chǎn)生較大阻尼力的可控特性設(shè)計(jì)制作，進(jìn)一步來提高汽車在行駛過程中的安全性和舒適性。許多學(xué)者對該技術(shù)理論進(jìn)行了深入的研究，并在工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著提供電流的增大，磁流變阻尼器的吸能能力相應(yīng)提高，但這種吸能能力并不是無限提高的。這是由于磁流變阻尼器的磁路會(huì)存在飽和現(xiàn)象，一旦磁路飽和時(shí)，即使再增大電流，阻尼器的耗能能力也不會(huì)提高。因此，對于不同的磁流變阻尼器，依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來優(yōu)化分析磁飽和特性，從而確定最大輸入電流對于磁流變阻尼器的適應(yīng)性設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)

圖1 阻尼器結(jié)構(gòu)

磁流變阻尼器的阻尼特性直接受制于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，本文磁飽和分析所采用的是基于傳統(tǒng)的活塞結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過活塞在缸筒中的運(yùn)動(dòng)，使磁流變液受剪切，通過改變磁通大小來改變剪切應(yīng)力，進(jìn)而得到阻礙活塞運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)力。要獲得較大的這種阻尼力，磁流變液需工作在較強(qiáng)的磁場當(dāng)中，且磁場強(qiáng)度的變化范圍要足夠大。因此，磁路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算尤為重要。

這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是磁路短，漏磁少，同時(shí)由于勵(lì)磁面積大，有利于熱量的耗散，在相同的能耗和體積下，可以獲得較大的阻尼。依據(jù)阻尼器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程實(shí)際應(yīng)用要求，對減振器進(jìn)行磁路設(shè)計(jì)可以獲得整個(gè)磁路的總磁阻為：

式中，——缸筒、活塞材料的磁導(dǎo)率。

將總磁阻帶入到歐姆定律式（2）中，即可獲得整個(gè)磁路上的磁通密度。

——提供的電流強(qiáng)度；

——線圈的匝數(shù)。

2 磁路最優(yōu)化分析

磁流變阻尼器在活塞頭內(nèi)部形成磁路，缸筒作為磁路的一部分時(shí)形成的動(dòng)態(tài)磁路；通過向勵(lì)磁線圈中施加一定的電流，磁流變液流動(dòng)方向與線圈產(chǎn)生的磁場垂直，進(jìn)而產(chǎn)生磁流變效應(yīng)實(shí)現(xiàn)阻尼力的輸出，通過改變電流大小來實(shí)現(xiàn)阻尼力的控制。然而，缸筒及活塞中的磁感應(yīng)強(qiáng)度并不隨施加電流的增大而無限提高的，而是具有飽和特性。因此，磁路中的最大磁通就直接受缸筒及活塞的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁通面積的乘積所決定。可見，磁飽和分析有助于提高磁路效率，增大磁流變阻尼器的出力范圍。

在選擇導(dǎo)磁體材料時(shí)，活塞頭設(shè)計(jì)一般采用磁導(dǎo)率高、矯頑力小的電工純鐵，而兩端采用不導(dǎo)磁的不銹鋼作為具有一定強(qiáng)度的支架。通過實(shí)驗(yàn)室獲得磁流變液和鐵芯材料的磁化參數(shù)。利用ANSYS有限元軟件對具有雙線圈磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，通過分析結(jié)果不斷的修改磁路設(shè)計(jì)參數(shù)，得到優(yōu)化后的結(jié)果見圖2。從分析結(jié)果可以看出，磁路各個(gè)部分的磁通密度均未出現(xiàn)飽和，勵(lì)磁通道的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布較為均勻，在活塞頭和活塞缸筒間形成了磁場回路，說明優(yōu)化所得的磁路參數(shù)滿足設(shè)計(jì)需要。

圖2 不同激勵(lì)電流下的磁感應(yīng)強(qiáng)度分部圖

3 結(jié)論

（1）本文利用磁路歐姆定律計(jì)算了傳統(tǒng)磁流變阻尼器中磁通的大小，獲得磁通量的計(jì)算公式，通過磁流變阻尼器磁路設(shè)計(jì)關(guān)鍵步驟，可確定磁路的具體參數(shù)。

（2）通過有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)磁路尺寸設(shè)計(jì)方法能夠合理選擇磁路參數(shù)，優(yōu)化后減震器耗能能力達(dá)到最大值。

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Optimal design and analysis of magnetic circuit for automotiveMagnetorheological Shock Absorber

Gu Yi

( Chongqing Wuyi Senior Technical School, Chongqing 361000 )

Aiming at the magnetorheological damper of automobile, the magnetic circuit is optimized and analyzed by the finite element method. The result is that the magnetic circuit design method can choose the magnetic circuit parameters reasonably and the energy dissipation capacity of the shock absorber can reach the maximum value.

magnetorheological damper; magnetic circuit design; optimization design

B

1671-7988(2018)16-51-02

U462

B

1671-7988(2018)16-51-02

CLC NO.: U462

古毅，就職于重慶五一高級技工學(xué)校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.018