磁流体对伺服阀力矩马达的动态阻尼特性研究

论文摘要

磁流体是一种新型的功能材料,兼有固体磁性材料的导磁性和液体的流动性及粘性等特性。力矩马达是电液伺服阀中的电——机械转换装置,其输出力矩特性对伺服阀性能具有较大的影响。因此可以采用磁流体来改善电液伺服阀力矩马达的输出力矩特性,将磁流体添加到伺服阀力矩马达的工作间隙中,一方面由于力矩马达气隙中磁导率的提高,力矩马达的磁路效率和输出扭矩将增大;另一方面,磁流体可增大衔铁的阻尼,减小振动,从而提高了伺服阀稳定性。本文针对磁流体对力矩马达的动态阻尼特性进行分析,提出了基于非牛顿流体特性的粘性阻尼模型,同时建立了磁流体弹性力模型,明确了磁流体对力矩马达的动态阻尼作用机理并总结出了磁流体动态阻尼的作用规律。本文首先给出了力矩马达的力平衡方程,推导出基于非牛顿流体的磁流体粘性阻尼模型以及磁流体的弹性力模型,其次利用COMSOL仿真软件对非牛顿流体挤压流进行仿真分析,以及采用Maxwell电磁场分析软件进行了添加磁流体的力矩马达二维有限元分析。试验研究了磁流体的对力矩马达的动态阻尼,将试验与仿真结果进行对比,得出了磁流体的动态阻尼作用规律,从而对力矩马达的动态特性及伺服阀整体特性的改善奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 力矩马达研究现状
• 1.3 磁流体研究现状
• 1.4 非牛顿流体研究现状
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 力矩马达及磁流体作用力的数学模型
• 2.1 力矩马达数学模型
• 2.1.1 力矩马达的工作原理及运动方程
• 2.1.2 添加磁流体的力矩马达运动方程
• 2.2 磁流体对力矩马达作用模型
• 2.2.1 磁流体的非牛顿流体特性
• 2.2.2 基于非牛顿流体特性的磁流体粘性阻尼模型
• 2.2.3 基于磁场的磁流体弹性力模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 磁流体磁场及流场的仿真研究
• 3.1 有限元分析原理及软件介绍
• 3.1.1 有限元分析原理
• 3.1.2 Ansoft软件介绍
• 3.1.3 COMSOL软件介绍
• 3.2 磁流体的磁场有限元分析
• 3.2.1 磁场分析过程概述
• 3.2.2 磁场分析结果
• 3.3 磁流体的挤压流场分析
• 3.3.1 流场分析过程概述
• 3.3.2 挤压流场分析结果
• 3.4 磁流体动态挤压阻尼力矩分析
• 3.5 磁流体动态剪切阻尼力矩分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 磁流体作用力试验研究
• 4.1 磁流体作用力试验
• 4.1.1 试验原理
• 4.1.2 激光位移传感器原理
• 4.2 试验设备介绍
• 4.2.1 电源
• 4.2.2 力矩马达
• 4.2.3 激光位移传感器
• 4.2.4 磁流体
• 4.3 试验过程及数据分析
• 4.4 磁流体动态粘性阻尼力矩试验与模型比较
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢