汽车发动机用磁流变隔振器的分析和设计

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁流变技术的研究现状
• 1.3 汽车发动机隔振器的研究现状
• 1.3.1 被动隔振器的研究现状
• 1.3.2 半主动隔振器的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 磁流变液研究及发动机隔振理论研究
• 2.1 磁流变液的组成
• 2.1.1 磁性颗粒
• 2.1.2 载液
• 2.1.3 添加剂
• 2.2 磁流变液的力学特性
• 2.2.1 流变力学性能
• 2.2.2 剪切稀化和剪切增稠现象
• 2.3 磁流变液效应
• 2.3.1 磁流变效应的机理特征
• 2.3.2 磁流变液的链化结构和链化过程
• 2.3.3 磁流变效应的影响因素
• 2.4 磁流变液的主要性能
• 2.4.1 磁学特性
• 2.4.2 摩擦特性
• 2.4.3 磁流变液的粘温特性和粘压特性
• 2.4.4 磁流变液的稳定性
• 2.5 发动机隔振系统的特性和评价指标
• 2.6 发动机作为激振振源的频率范围的确定
• 2.7 发动机激振源分析
• 2.7.1 燃气压力
• 2.7.2 往复惯性力及往复惯性力矩
• 2.7.3 离心惯性力和离心惯性力矩
• 2.7.4 倾覆力矩
• 2.8 本章小结
• 3 基于挤压模式的磁流变隔振器理论分析
• 3.1 磁流变隔振器的工作原理
• 3.2 磁流变液的选用
• 3.3 磁流变液隔振器的挤压理论分析
• 3.3.1 挤压模型的建立
• 3.3.2 磁流变液挤压流动的本构方程和边界条件
• 3.3.3 流场速度分布的分析
• 3.3.4 圆盘挤压力分析
• 3.4 本章小结
• 4 磁流变隔振器的设计
• 4.1 磁流变隔振器的设计要求和布置方式
• 4.1.1 磁流变隔振器的设计要求
• 4.1.2 磁流变隔振器的布置方式
• 4.2 磁流变隔振器的工作模式
• 4.3 磁流变隔振器的结构
• 4.4 磁流变隔振器各部分元件的选择
• 4.4.1 橡胶体材料的选择
• 4.4.2 柔性囊的选择
• 4.4.3 磁路线圈的选择
• 4.4.4 磁性材料的选择
• 4.5 磁路设计
• 4.5.1 磁路设计的准则和设计目标
• 4.5.2 磁路设计中应注意的问题
• 4.5.3 磁路设计的基本理论
• 4.5.4 磁路的设计
• 4.6 磁流变隔振器的设计计算
• 4.6.1 磁路计算
• 4.6.2 阻尼力与电流的关系计算
• 4.6.3 磁流变隔振器的刚度计算
• 4.7 本章小结
• 5 磁流变隔振器的磁回路仿真及动力学仿真分析
• 5.1 磁回路仿真分析
• 5.2 磁流变隔振器的动力学仿真分析
• 5.2.1 隔振动力学模型的建立
• 5.2.2 隔振动力学仿真分析
• 5.2.3 磁流变隔振系统参数对隔振效果的影响分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果