轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器设计
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由设计公式 （ ） １按最大阻尼力进行阻尼器结构设计时， 需选取磁 流变液有效的磁致屈服强度 区间， 设其 区间极大值为 ， ｒ 对应 的励磁磁感强度为 Ｂ ， 励磁 电流为 Ｌ， 结合磁路设计公式 （ ）推 ６，
Ｅ 弧长 Ｅ与 ／的比值 Ｃ 线圈匝数 Ⅳ， ， ／ ， ， 线圈槽横截面积 。 根据阻
铁芯部分 Ⅲ， 穿过弧形工作缸壁Ⅳ ， 到达缸体另一磁极铁芯Ⅲ， 而
１ 磁路结构特点
轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器ｐ 结构 ， 如图 １ 所示 。
后再次穿过 阻尼间隙通道 Ⅱ， 最后 回到活塞轴径 向区域 Ｉ， 形成 闭合磁回路。忽略磁路漏磁 ， 其等效磁路 图， 如图 ２ ｂ所示 。 （）
设计出有效合理的结构参数 。因 庶极式线 圈绕组在工作缸磁极铁芯上产生成对磁极 ， 根据庶 过程要不断协调这些结构参数 ，
所以在 极式线圈绕组磁路结构 的对称性和磁极的对称性 ， 每个闭合磁 回 为电磁线规格决定了线圈绕组所能加载的最大励磁电流 ，
按电流设计要求选择电磁线 ， Ａ 为所选规格 设 路可看作单个载流线圈边产生， 其磁力线闭合 回路 ， 图 ２ ａ所 结构设计过程 中， 如 （）
３ ０
杨超君等 ： 向绕组磁路结 构磁 流 变液 阻尼 器设 计 轴
第３ 期
运动敏捷性 ， 并且能在阻尼间隙通道形成有利于磁流变效应 的平 示 （ 结构两边对称 ）磁力线经活塞轴径 向区域 Ｉ， ： 穿过工作缸体
行平板均匀磁场。
与活塞轴之间的圆柱环形阻尼问隙通道 Ⅱ， 然后经工作缸体磁极
如图 １ 所示 ， 阻尼器结构参数有 ： 活塞杆直径 ｄ 活塞轴直径 ， ，、 Ｊ半径 ｒ阻尼间隙通道长度 ， 阻尼 间隙高度 ｅ磁极高度 ｈ 工 ， Ｊ ， ， ，
作缸壁厚 。 ，磁极沿工作缸圆柱壁面弧长极距 ｕ ，磁极弧长宽度
２３结构设计判定条件 ．
磁流变液的饱和磁致屈服强度是用来表征液体的极限状态 ，
路在阻尼间隙通道 中产生磁场 ，忽略阻尼间隙通道两端的磁漏， 磁 路磁通处处相同， 由磁路欧姆定律和磁路第二定律有 故 场沿整个阻尼间隙通道轴 向也即磁流变液流动方向均匀分布。 Ｎ ＝ （ ＋ Ｒ ＾ ＩＢ ２２ ２ ＋ ） Ｒ
（） ６
２阻尼器设计
２１ ． 活塞结构设计
（） ５
（） ２ 因为磁轭铁芯材料存在饱和磁感强度 ， 圈槽形状按 相 线 邻两槽槽壁相互平行来设计 ， 这样既可尽量增大磁轭铁芯磁通面
积， 又有利于约束电磁线。
面 ｈ
工作缸壁部分Ⅳ的磁阻为 ：
Ｒ－Ｉ ｒｅｈ ａ ） ｅ ｒ ＋ ＋ ＋／ ／ （ ２ｐ
，
ｎ￡ Ｇ
（） ３在每个线圈槽 口正对 的阻尼间隙通道处 ， 按槽 口宽度 和 式 中： 一空气磁导率 ； 一活塞轴材料磁导率 ；。 一工作缸材料 间隙高度以及间隙通道长度设置一块隔片 ， 防止磁流变液从这些 磁导率 ； 一磁流变液磁导率 ；一磁极对数； ＝ （ Ｄ２ ｐ Ｅ Ｃ＂ ／ ｏ ｒ ｐ ｒ
组磁路结构 （ ｐ为磁极对数 ） 。
根据磁 阻计算公式 ＝
一， 磁路各部分磁阻
ｒ ，－ ｑｕ ｐｏ ｚ
磁路活塞轴部分 Ｉ 的磁阻为 ：
Ｒ＝ ７
ｒ ＃ｚ ｔ ￣
～
（） ２
磁 路 中阻 尼 间隙 通道 Ⅱ的磁 阻为 ：
面
磁极铁芯部分 Ⅲ的磁阻为：
（） ３ （） ４
位置流过，也将圆柱环形阻尼间隙通道分隔成 ２ ｐ个尺寸相同的
磁场区域 。
由于磁流变液阻尼间隙通道高度很小 ， 相比磁路总长度几乎
可以忽略， 以当导磁体磁通密度未达到饱和时 ， 所 忽略阻尼间隙 （） ４如图 １ 所示 ， 当线圈绕组通以直流励磁电流时， 每个线圈绕 通道的磁漏 ， 而认为整个磁路的磁通处处相同。如果阻尼间隙通 组产生两个磁极 ， 并通过活塞轴 、 工作缸和间隙形成闭合磁回路， 磁 道 Ⅱ中的磁感应 强度为 日 间隙通道 的磁通面积为 肛 ／， ， ２ 因为磁
尼器阻尼力计算公式目假设活塞速度为零 ， ， 阻尼器的最大阻尼力
导Hale Waihona Puke Baidu出阻尼器结构设计公式
Ｆｖ ： Ｓ ３ ， Ｄ － ｓ￣ Ｔ ｍ Ｌｒ ２ｄ） ｎ ｎ ｒ （
一
完全 由库仑阻尼力 提供以满足工作需求 ，而此时磁流变 液体达到了其饱和磁致屈服强度 ＂ ，也即库仑阻尼力达到最大 ／ ＇ ｓ ｏ
…
一
～７ 一
ＤＣＬＢ
｜ Ｊ
那么 Ｆｖ ‰ ， ｓ ￣＝ 由此可 以推导得 出阻尼器最大阻尼力与活
其中， ｍ Ｒ＝
＋
＋
２ ｅ
２ ｈ
塞结构参数的关系 ， 即活塞结构设计公式
一
＝
ｗ ｒｅｈ ａ２／ （＋＋ ＋／） ￣
Ｇ 如
２２磁 路设计 ＿
式 （） ７ 中各项结构参数之间相互联系 ， 因此阻尼器结构设计
Ｒ ｈ
Ｒ ｅ
图 １轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器结构简图
由活塞 １隔片 ２ 工作缸 ３ 内灌注磁流变液 ）励磁线 圈 ４ 、 、 （ 、
（Ｊ ａ （） ｂ
组成 ， 活塞和工作缸形成阻尼问隙通道（ 磁流变液流通通道 ） 。磁
图２单个线圈边的闭合磁 回路
路结构具体特点如下 ： （） １在阻尼器的工作缸壁上沿轴 向开设若 干个线圈槽 ， 电磁 线按链式绕制成分组的励磁线圈 ，线圈首尾或尾首正串连接 ， 按 节距 １ 个槽嵌放在缸壁上 的线圈槽 内， 构成轴向庶极式 线圈绕 组。绕组与活塞轴 、 工作缸以及阻尼间隙通道组成阻尼器的轴 向 绕组磁路结构 ，根据磁极对数又可称作 ２ 极轴向庶极式线圈绕 ｐ
Ｅ 弧长 Ｅ与 ／的比值 Ｃ 线圈匝数 Ⅳ， ， ／ ， ， 线圈槽横截面积 。 根据阻
铁芯部分 Ⅲ， 穿过弧形工作缸壁Ⅳ ， 到达缸体另一磁极铁芯Ⅲ， 而
１ 磁路结构特点
轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器ｐ 结构 ， 如图 １ 所示 。
后再次穿过 阻尼间隙通道 Ⅱ， 最后 回到活塞轴径 向区域 Ｉ， 形成 闭合磁回路。忽略磁路漏磁 ， 其等效磁路 图， 如图 ２ ｂ所示 。 （）
设计出有效合理的结构参数 。因 庶极式线 圈绕组在工作缸磁极铁芯上产生成对磁极 ， 根据庶 过程要不断协调这些结构参数 ，
所以在 极式线圈绕组磁路结构 的对称性和磁极的对称性 ， 每个闭合磁 回 为电磁线规格决定了线圈绕组所能加载的最大励磁电流 ，
按电流设计要求选择电磁线 ， Ａ 为所选规格 设 路可看作单个载流线圈边产生， 其磁力线闭合 回路 ， 图 ２ ａ所 结构设计过程 中， 如 （）
３ ０
杨超君等 ： 向绕组磁路结 构磁 流 变液 阻尼 器设 计 轴
第３ 期
运动敏捷性 ， 并且能在阻尼间隙通道形成有利于磁流变效应 的平 示 （ 结构两边对称 ）磁力线经活塞轴径 向区域 Ｉ， ： 穿过工作缸体
行平板均匀磁场。
与活塞轴之间的圆柱环形阻尼问隙通道 Ⅱ， 然后经工作缸体磁极
如图 １ 所示 ， 阻尼器结构参数有 ： 活塞杆直径 ｄ 活塞轴直径 ， ，、 Ｊ半径 ｒ阻尼间隙通道长度 ， 阻尼 间隙高度 ｅ磁极高度 ｈ 工 ， Ｊ ， ， ，
作缸壁厚 。 ，磁极沿工作缸圆柱壁面弧长极距 ｕ ，磁极弧长宽度
２３结构设计判定条件 ．
磁流变液的饱和磁致屈服强度是用来表征液体的极限状态 ，
路在阻尼间隙通道 中产生磁场 ，忽略阻尼间隙通道两端的磁漏， 磁 路磁通处处相同， 由磁路欧姆定律和磁路第二定律有 故 场沿整个阻尼间隙通道轴 向也即磁流变液流动方向均匀分布。 Ｎ ＝ （ ＋ Ｒ ＾ ＩＢ ２２ ２ ＋ ） Ｒ
（） ６
２阻尼器设计
２１ ． 活塞结构设计
（） ５
（） ２ 因为磁轭铁芯材料存在饱和磁感强度 ， 圈槽形状按 相 线 邻两槽槽壁相互平行来设计 ， 这样既可尽量增大磁轭铁芯磁通面
积， 又有利于约束电磁线。
面 ｈ
工作缸壁部分Ⅳ的磁阻为 ：
Ｒ－Ｉ ｒｅｈ ａ ） ｅ ｒ ＋ ＋ ＋／ ／ （ ２ｐ
，
ｎ￡ Ｇ
（） ３在每个线圈槽 口正对 的阻尼间隙通道处 ， 按槽 口宽度 和 式 中： 一空气磁导率 ； 一活塞轴材料磁导率 ；。 一工作缸材料 间隙高度以及间隙通道长度设置一块隔片 ， 防止磁流变液从这些 磁导率 ； 一磁流变液磁导率 ；一磁极对数； ＝ （ Ｄ２ ｐ Ｅ Ｃ＂ ／ ｏ ｒ ｐ ｒ
组磁路结构 （ ｐ为磁极对数 ） 。
根据磁 阻计算公式 ＝
一， 磁路各部分磁阻
ｒ ，－ ｑｕ ｐｏ ｚ
磁路活塞轴部分 Ｉ 的磁阻为 ：
Ｒ＝ ７
ｒ ＃ｚ ｔ ￣
～
（） ２
磁 路 中阻 尼 间隙 通道 Ⅱ的磁 阻为 ：
面
磁极铁芯部分 Ⅲ的磁阻为：
（） ３ （） ４
位置流过，也将圆柱环形阻尼间隙通道分隔成 ２ ｐ个尺寸相同的
磁场区域 。
由于磁流变液阻尼间隙通道高度很小 ， 相比磁路总长度几乎
可以忽略， 以当导磁体磁通密度未达到饱和时 ， 所 忽略阻尼间隙 （） ４如图 １ 所示 ， 当线圈绕组通以直流励磁电流时， 每个线圈绕 通道的磁漏 ， 而认为整个磁路的磁通处处相同。如果阻尼间隙通 组产生两个磁极 ， 并通过活塞轴 、 工作缸和间隙形成闭合磁回路， 磁 道 Ⅱ中的磁感应 强度为 日 间隙通道 的磁通面积为 肛 ／， ， ２ 因为磁
尼器阻尼力计算公式目假设活塞速度为零 ， ， 阻尼器的最大阻尼力
导Hale Waihona Puke Baidu出阻尼器结构设计公式
Ｆｖ ： Ｓ ３ ， Ｄ － ｓ￣ Ｔ ｍ Ｌｒ ２ｄ） ｎ ｎ ｒ （
一
完全 由库仑阻尼力 提供以满足工作需求 ，而此时磁流变 液体达到了其饱和磁致屈服强度 ＂ ，也即库仑阻尼力达到最大 ／ ＇ ｓ ｏ
…
一
～７ 一
ＤＣＬＢ
｜ Ｊ
那么 Ｆｖ ‰ ， ｓ ￣＝ 由此可 以推导得 出阻尼器最大阻尼力与活
其中， ｍ Ｒ＝
＋
＋
２ ｅ
２ ｈ
塞结构参数的关系 ， 即活塞结构设计公式
一
＝
ｗ ｒｅｈ ａ２／ （＋＋ ＋／） ￣
Ｇ 如
２２磁 路设计 ＿
式 （） ７ 中各项结构参数之间相互联系 ， 因此阻尼器结构设计
Ｒ ｈ
Ｒ ｅ
图 １轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器结构简图
由活塞 １隔片 ２ 工作缸 ３ 内灌注磁流变液 ）励磁线 圈 ４ 、 、 （ 、
（Ｊ ａ （） ｂ
组成 ， 活塞和工作缸形成阻尼问隙通道（ 磁流变液流通通道 ） 。磁
图２单个线圈边的闭合磁 回路
路结构具体特点如下 ： （） １在阻尼器的工作缸壁上沿轴 向开设若 干个线圈槽 ， 电磁 线按链式绕制成分组的励磁线圈 ，线圈首尾或尾首正串连接 ， 按 节距 １ 个槽嵌放在缸壁上 的线圈槽 内， 构成轴向庶极式 线圈绕 组。绕组与活塞轴 、 工作缸以及阻尼间隙通道组成阻尼器的轴 向 绕组磁路结构 ，根据磁极对数又可称作 ２ 极轴向庶极式线圈绕 ｐ