汽车磁流变风扇离合器的分析与设计

论文摘要

磁流变液是可磁极化的固体微颗粒在基液中形成的悬浮液,其流变特性可由外加磁场连续控制。当不加磁场时,磁流变液表现出类似牛顿流体的行为;当外加磁场时,磁流变液中的磁性颗粒沿磁场方向排成链状,这些链状结构阻止了液体的流动,因而改变了磁流变液的流变特性,其流动表现出Bingham塑性体行为,具有粘性和塑性特性。改变外加磁场强度,可控制其屈服应力。基于磁流变液的这些力学特性,它们能用于外加磁场控制的器件,如磁流变离合器和减振器。汽车风扇磁流变离合器是由磁流变液的剪切应力传递转矩的器件。为了建立汽车风扇磁流变离合器的设计方法,本文分析了国内外对磁流变液材料及应用的研究,把磁流变液的屈服应力可由外加磁场控制的特长与机械设计方法相结合,分析了磁流变液在磁流变离合器两圆盘中的流动,建立了磁流变液传递转矩的方程,提出了磁流变离合器关键几何尺寸的设计方法,为磁流变离合器的计提供了理论基础。论文的主要研究工作和结论如下:（1）介绍了磁流变液材料的组成和特性,对磁流变液在器件中的剪切流动,可用Bingham模型来描述其流变行为。（2）分析了在外加磁场作用下磁流变液产生磁流变效应机理,基于链化模型,建立了磁流变液的屈服应力方程,为优化磁流变液的参数设计、制造性能良好的磁流变液提供了科学依据。（3）基于Bingham模型和Navior-Stokes方程,研究了磁流变液在汽车风扇离合器中的流动,建立了离合器传递转矩的方程。研究结果表明:随着外加磁场强度的增加,离合器传递转矩的能力增大。（4）根据磁流变液在汽车风扇离合器中传递转矩的方程,把转矩分解为零磁场时和磁饱和时的两部分转矩,为了提供汽车风扇磁流变离合器的关键几何参数计算式,引入磁流变液在离合器中能产生磁流变效应的有效激活体积的思想,将汽车风扇磁流变离合器中的关键尺寸参数与磁流变液材料参数、运动和动力参数以及磁场参数定量地联系起来。研究结果表明:当汽车风扇磁流变离合器要求传递的功率、速度和所期望的性能给定时,我们可以选择磁流变液材料,从而计算出汽车风扇磁流变离合器两圆盘之间的间隙和半径。（5）利用ANSYS软件对磁流变离合器进行了磁回路仿真优化分析和离合器性能分析,计算结果与仿真结果比较表明所建离合器转矩方程的正确性。本文的创新之处在于:（1）建立了磁流变液在汽车风扇离合器中传递转矩的方程,揭示了磁流变离合器的传力机理。（2）提出了汽车风扇磁流变离合器两圆盘之间的间隙方程,为离合器的关键几何尺寸的设计提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 磁流变液
• 1.3.1 磁流变液的组成
• 1.3.2 磁流变液的性能
• 1.3.3 磁流变液的物理机制
• 1.4 磁流变液的工作模式
• 1.4.1 剪切模型
• 1.4.2 压力驱动模型
• 1.4.3 挤压模型
• 1.5 磁流变液的应用
• 1.5.1 磁流变离合器
• 1.5.2 磁流变阻尼器
• 1.5.3 磁流变阀
• 1.5.4 磁流变液在研磨中的应用
• 1.5.5 磁流变液在医疗中的应用
• 1.6 本文将要开展的研究工作
• 2 磁流变液材料及其性能
• 2.1 引言
• 2.2 磁流变液材料的组成
• 2.2.1 磁性颗粒
• 2.2.2 基础液
• 2.2.3 添加剂
• 2.2.4 磁流变液材料的分类
• 2.3 磁流变效应
• 2.3.1 磁流变效应的特征
• 2.3.2 磁流变效应的机理
• 2.3.3 磁流变液的链化模型
• 2.3.4 影响磁流变效应的因素
• 2.4 磁流变液的性能
• 2.4.1 对磁流变液材料性能的要求
• 2.4.2 磁流变液的性能
• 2.5 本章小结
• 3 汽车磁流变风扇离合器的理论分析
• 3.1 引言
• 3.2 汽车磁流变风扇离合器的工作原理
• 3.3 汽车磁流变风扇离合器的剪切工作模式
• 3.4 磁流变液在圆盘离合器中的剪切应力
• 3.4.1 磁流变液的动态屈服应力
• 3.4.2 磁流变液的剪切应力
• 3.5 汽车磁流变风扇离合器的工作能力
• 3.5.1 磁流变液在风扇离合器中的流动
• 3.5.2 磁流变风扇离合器传递的转矩
• 3.5.3 磁流变风扇离合器的结果与讨论
• 3.6 汽车磁流变风扇离合器的关键尺寸
• 3.7 本章小结
• 4 汽车磁流变风扇离合器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 磁流变风扇离合器机械设计理论基础
• 4.2.1 机械设计考虑的技术因素
• 4.2.2 磁流变风扇离合器力矩组成
• 4.2.3 磁流变风扇离合器的设计计算
• 4.3 磁流变风扇离合器设计
• 4.3.1 磁流变风扇离合器原始数据及设计内容
• 4.3.2 设计步骤和方法
• 4.3.3 磁流变风扇离合器结构设计
• 4.4 磁流变风扇离合器电磁回路设计
• 4.4.1 磁源线圈
• 4.4.2 外部控制电路
• 4.5 本章小结
• 5 磁流变风扇离合器仿真结果分析及优化
• 5.1 引言
• 5.2 磁回路仿真优化
• 5.3 仿真试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录