电流变 磁流变
悬架及磁流变减振器概述
悬架及磁流变减振器概述newmaker1 悬架的构造悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总成，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支撑力），纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。
现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都有弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。
弹性元件：使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间做弹性联系，但弹性系统受到冲击后，将产生振动。
持续的振动容易是乘员感到不舒服和疲劳，故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减，为此，在许多结构型式的汽车悬架中都设有专门的减振器。
车轮和车架和车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则，汽车的某些性能（特别是操纵稳定型）有不利的影响。
因此，悬架中某些传力机构同时还承担着使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因此这些传力机构还起导向作用，故称导向机构。
由此看这三者分别起着：缓冲，减振和导向的作用。
在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件-----横向稳定器。
1．弹性元件；2.纵向推力杆；3.减振器；4.横向稳定器；5.横向推力杆图1汽车悬架结构示意图并非所有的悬架都设置上述这些单独的装置不可。
例如：常见的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用而外，当它在汽车上纵向安置，并且一端与车架作固定铰接连接时，既可负担起传递所有各向力和力矩，以及决定车轮运动轨迹的任务，因而就没有必要在另行设置导向机构。
此外，一般钢板弹簧是多片叠成的，它本身即具有一定的减振能力，因而在对减振的要求不高时，在采用钢板弹簧作为弹性元件的悬架中，也可以不装减振器。
由悬架的刚度和悬架弹簧支撑的质量（弹簧质量）所决定的车身自然振动频率（或称振动系统的固有频率）是影响汽车的行驶平顺性的悬架重要性能指标之一，人体所习惯的频率是步行身体上下运动的频率，约为1～6Hz。
电磁流变
完成。利用此一系列性能，在充分考虑磁场、温 度、颗粒尺寸、壁面效应和体积浓度等诸因素对 应用器件影响的基础上，可以设计开发各种磁流 变阻尼器件
(1)阻尼元件 此类装置是磁流变液的最典型应用，由于
（3）研磨和密封 在光学镜头的加工中，加工精是
制约镜头质量的关键因素和技术，因此提高加工精度 对镜头的最后形成和微表面粗糙度有着非常重要的意 义。如图9所示，采用磁流变液进行精加工，试件被 固定在移动壁的某一位置，在工作表面和移动面之间 的间隙内盛放磁流变液，线圈置于移动壁下方。在间 隙处产生可控磁场，磁流变液随外加磁场的增强而固 化，并随移动壁获得速度，此间隙处被称为抛光点， 其过程由计算机精确控制，可完成复杂表面形状抛光 和高表面光洁度。
(4)应具有高度磁化和稳定的性能，这就要求磁流变液
中的强磁性粒子的分布必须均匀，而且分布率保持不 变； (5)应具备极高的“击穿磁场”，以防止磁流变液被磨 损并改变性能； (6)应在相当宽的温度范围内具有极高的稳定性，以保 证磁流变液的流变性能不会在正常工作温度范围内发 生改变； (7)构成磁流变液的原材料应是价廉的而不是稀有的。
磁流变液的母液油（分散剂）一般是非导磁且性能良
好的油，如矿物油、硅油、合成油等,它们须具有较低 的零场粘度、较大范围的温度稳定性、不污染环境等 特性 。
稳定剂用来减缓或防止磁性颗粒沉降的产生。因为磁
性颗粒的比重较大，容易沉淀或离心分离，加入少量 的稳定剂是必须的。
磁流变液的稳定性主要受两种因素的影响：一是粒子
图a：当H < Hc1时，磁流变液完全处于流体状态，铁
磁流变传动的研究现状、发展趋势及关键技术
磁流变传动的研究现状、发展趋势及关键技术曾亿山;王道明;高文智【摘要】磁流变传动具有反应迅速可逆、控制简单且能耗低、抗外界干扰能力强等特点,在机电设备软启动、软制动、无级调速和过载保护等方面具有广泛的应用前景.在阐述磁流变液基本概念的基础上,首先介绍了磁流变传动基本形式和工作原理;其次,综述了磁流变传动技术的国内外研究进展和现状,指出了当前研究在大功率应用场合尚存在的局限性与不足;最后,从磁流变液材料的可靠性、磁流变传动装置的温度特性以及散热问题三个方面,着重分析了磁流变传动技术的发展新趋势和关键技术.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】9页(P1-9)【关键词】磁流变传动;可靠性;温度特性;散热问题【作者】曾亿山;王道明;高文智【作者单位】合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥230009;中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116;合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TH137;TH139传统机械传动包括齿轮传动、链传动、带传动和蜗杆传动等，它们能够传递较大扭矩且传动比较精确，通常适用于定比传动，但其振动和噪声较大；液压传动利用液体介质来传递动力，通过改变工作压力实现输出转速的无级调节，可有效减小接合和分离过程中的冲击和振动，但调速过程中损失功率较大、效率较低；液体黏性传动是一种新型流体传动形式，利用摩擦副间油膜的剪切作用来传递动力，通过改变油膜厚度实现无级调速，具有调速性能好、工作稳定和效率高等优点[1]，但其启动电流大、发热严重、摩擦片寿命短、系统复杂且制造和维护成本高[1]。
为弥补上述传动形式存在的不足，采用表观黏度变化范围大且响应迅速、过程可逆及易于控制的新型传动介质磁流变液来实现动力传递具有十分重要的现实意义。
本研究首先介绍了磁流变传动基本形式和工作原理；其次，综述了磁流变传动技术的国内外研究现状，指出了当前研究在大功率传动领域尚存在的问题与不足；最后，着重分析了磁流变传动技术的发展新趋势和关键技术。
磁流变的工作原理及主要的应用课件
国内磁流变的发展现状
单位
研究者
研究方向
哈尔滨工 业大学
南京航空 航天大学
重庆大学
上海交通 大学
哈尔滨建 筑大学
欧进萍等
采用最优控制实现JZ20-2MUQ海洋平台的磁流 变智能阻尼隔振控制
夏品奇教授 实现磁流变阻尼器用于直升飞机“地面共振 ”的自适应控制
黄尚廉院士 采用仿人智能控、模糊控制对汽车磁流变半 王代华教授 主动悬架经行控制
汽车磁流变的工作原理图
汽车减振装置
磁流变吸振器和其它产品的对 比
缺点
控制频带很窄 且不可调
减振失效甚至 恶化
缺点
耗能多 容易失效
被动式吸振器
主动式吸振器
优点
响应速度为毫秒级 可逆性好 可靠性高、性能稳 定 能耗少 在不改变自重的前 提下大大拓宽了减 振带宽
半主动式吸振器 磁流变材料
磁流变减振器的优点
磁流变开关的原理图
美国Lord公司 汽车减振器、离合器和制动装置
美国军方
俄亥俄级导弹攻击核潜艇的抗攻击研究
美国福特研究 可在500HZ到600HZ内移频的磁流变弹性体吸振器原理样
中心
机
佐治亚理工大 压缩式磁流变弹性体吸振器的移频特性及其控制方法 学
宾西法尼亚州 直升机水平旋冀叶片的振动控制 立大学
汪建晓、孟 对磁流变减振系统在建筑、机械方面的应用
光
研究
关新春
国内发展现状
中国科学技术大学 香港中文大学 西安交通大学 复旦大学 南京理工大学 武汉理工大学 大连理工大学
项目部实习ITE 高燕南
由于磁流体能够产生强大的阻尼力，而且磁流体 阻尼器可以根据外部的振动环境不同调节磁场强 度，很容易改变减振系统的阻尼和刚度，可达到 主动减振的目的，因而阻尼器件是磁流体的最大 应用领域。磁流体可用于许多新型汽车零部件， 较典型的有可控阻尼的悬架减振器，可提高汽车 的安全性和舒适性。在土木工程中可利用磁流体 阻尼器来减轻地震响应或结构振动。磁流体阻尼 器用于直升飞机旋冀系统稳定性控制的研究是近 年来磁流体在航空工业中的一个新应用。
磁流变阻尼器 (2)
磁流变阻尼器简介磁流变阻尼器（Magneto-Rheological Damper，简称MR阻尼器）是一种利用电磁效应来调节阻尼力的装置。
它由磁流变液、激磁线圈、控制系统等组成。
MR阻尼器在汽车、建筑物、桥梁等工程领域中广泛应用，可以实现对结构物或装置的精确控制和调节。
原理MR阻尼器的工作原理基于磁流变液的特殊性质。
磁流变液是一种具有磁致变色性的特殊材料，在无磁场作用下呈流动性，而在磁场作用下则呈现出高阻尼特性。
利用这一特性，MR阻尼器可以通过控制磁场的强弱来调节阻尼力。
在MR阻尼器中，激磁线圈产生磁场，使得磁流变液发生磁致变色。
当有外力作用于结构物或装置时，磁流变液的微粒间会发生相互碰撞和摩擦，产生阻尼力，从而减缓结构物或装置的振动或运动。
通过调节激磁线圈的电流，可以控制磁场的强度，进而达到调节阻尼力的目的。
优势快速响应由于磁流变液具有快速响应的特性，MR阻尼器的响应速度非常快。
它可以在毫秒级别内调节阻尼力，以适应不同的振动频率和振幅变化。
调节范围广MR阻尼器的阻尼力可以进行广泛的调节，可以实现从低阻尼到高阻尼的连续变化。
这使得它在不同应用场景下都有良好的适应性。
精确控制通过电流的控制，可以精确地操控MR阻尼器的阻尼力。
这种精确控制性能使得MR阻尼器在需要精确控制和调节的场景中具有优势。
高可靠性MR阻尼器由于不使用机械可动部件，因此没有摩擦、磨损问题，具有较高的可靠性和耐久性。
同时，它的结构简单，易于维护。
应用领域汽车工业在汽车悬挂系统中，MR阻尼器可以调节车辆的悬挂刚度和减震效果，提升行驶的舒适性和稳定性。
它可以根据路况的变化来实时调节悬挂系统，提供更好的悬挂效果。
建筑工程在高层建筑或桥梁结构中，MR阻尼器可以减少结构物的振动幅度，提高结构的抗风、抗地震能力。
它可以根据外部风力或地震波的变化来调节阻尼力，实现对结构物的精确控制。
航空航天在航空航天领域，MR阻尼器可以用于飞机的减振系统，减少机身的振动，提高乘客的舒适感。
磁流变减振器的原理
磁流变减振器的原理
磁流变减振器是一种运用磁流变材料的特殊技术，用于产生和调节磁场力的减振装置。
它一般由永磁体、蜗杆、磁流变油缸、控制电路和传感器组成。
其工作原理是通过将磁流变液体置于磁场中，可使其流变性能发生改变，从而实现减振或控制系统振动的效果。
在磁场的作用下，磁流变液体的流变性能将发生由液体本身的粉状矿物受到磁场作用而使其状态在磁场中旋转的改变，即磁流变体的粒子朝向发生了变化。
当电流通过磁流变油缸时，它将产生一个磁场，使得液体中的磁粉朝向发生改变，从而使磁流变油缸内的磁流变液体的流变性能发生改变。
磁流变油缸内的磁流变液体通过管道与机械结构相连，机械结构位于磁流变油缸的两端，它是通过蜗杆传动运动的。
当实际工作中受到外部振动时，机械结构的振动将被传递到磁流变油缸，磁流变液体中的磁粉将因磁场的影响而排列成一定的结构，使油缸内磁力线的分布发生变化。
在变化过程中，液体阻尼则随之发生变化，阻尼损失的能量被磁粉吸收、散射，这样就达到了减振的目的。
磁流变减振器具有自适应、实时性强、对控制电路的要求相对较低、响应速度快等优点。
同时，它也具有功率密度大、重量小等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、铁路交通、建筑、桥梁、振动台、大型机械等工业领域。
总之，磁流变减振器是一种创新的减振装置，它利用磁流变材料的特殊性质实现振动控制。
在实际工作中，磁流变减振器能够实时响应振动，并通过控制电路对磁场进行调节，从而使得磁流变液体的流变性能发生变化，实现了减振或控制系统振动的效果。
_现代传感技术_复习要点--2016
4.1 应变效应和应变式传感器何为电阻应变效应？电阻丝阻值公式，由哪些参数决定？电阻丝灵敏度系数由哪两部分构成？与电阻丝材质的关系？温度如何影响应力传感器的输出电阻？应力传感器的温度补偿方法有哪些？电阻应变式传感器在设计过程中，应该考虑哪些问题？常用应变式传感器的工作原理。
4.2 电容、电感式传感器电容式传感器的工作原理。
电容的公式，由哪些参数决定？常见电容式传感器的类型及其工作原理。
差动结构的优点有哪些？描述常见电感式传感器工作原理（自感式、差动变压器式、电涡流、压磁式传感器）。
4.3 压电效应及压电式传感器什么是压电效应？石英晶体内部存在哪三种压电效应，有何特点？4.4 电磁效应及磁电式传感器磁电式传感器的线圈感应电动势取决于哪些参数？磁电式传感器的典型结构及工作原理？4.5 热电效应和热电式传感器热电偶如何工作（热电势和温度有何关系）？在热电偶回路中引入各种测量仪表、连接导线，会对热电势有何影响，为什么？热电偶的冷端温度处理方法有哪些？4.6 光电效应及光电式传感器内光电效应和外光电效应有何区别？MOS光敏元如何存储电荷？CCD全称是什么？三相CCD中，信号电荷在不同MOS光敏元间如何转移？CCD电荷的注入方式有哪些？面阵CCD传感器的类型及对比？可以通过哪些参数评价CCD的性能？PSD相对于象限探测器，有何优点？结合示意图，描述PSD的工作原理。
4.7 磁光效应及磁光式传感器结合原理图，说明什么是法拉第效应？克尔效应和法拉第效应的区别？结合示意图，说明法拉第效应测导线电流的工作机理？克尔效应可分为哪几类，电场和磁场方向的对应关系？塞曼效应主要应用？磁致双折射效应的两种类型是什么，分别对应那种铁磁介质？4.8 湿敏传感器什么是绝对湿度，相对湿度，各自单位是什么？湿度的表示方法有哪些？典型湿度测量方法的工作过程？（伸缩式湿度计，干湿球湿度计和露点计）湿敏传感器的主要特性参量有哪些？常见湿敏传感器的工作机理。
电流与磁流变液技术在机电设备中应用的前景与存在的问题
四 电流 与磁 流变液技 术在机 电设备中的
应用前景 首 先 ，制 作 铁
其中洞庭湖上的钢索斜拉桥在６７ 级风 力的 作用下 ，会产牛剧烈 的抖 动，造成拉索根部产
剂 等组成 可流动的液体。液体在磁场 作用下 ， 磁场中已经离散的金属微粒子会在０ １１ 内作 ． ｍｓ
出反应，住 Ｎ极Ｓ 极之 间形成抗剪能力极强的粒
镍 合金 制成 的 磁流 变 液 生裂纹。如不及时抢救 ，则会产生 不堪设想的
具体方法如下 ：
后果。南京某研究所将这一 磁流变液技术应用
取重量为９ ．５ 的铁镍合金粉 ， ４ ２ｇ 其中Ｆ 的 在这座大桥上 ，使大桥钢索非 常稳 固。通过测 ｅ 重量 占９ ％， ６重量 占８ ，根据硬脂酸或硅 试 验 证 ，再 大 的 风 也 无法 撼 动 大桥 的 钢索 ，大 ２ Ｎｉ≈ ％ 油的重量变化 ，使粒子成分的重量 占２％。将载 桥 也 就 安 然 无恙 了 。 ５ 液与铁镍粒 子的混 合粉 ， 通过 高速分敞使磁流变 磁流 变液也应用在 ＿ 车制造业 上。它代 ｒ 汽 液均 质，这种 磁流变液被储仔在聚 乙烯容 器中 替 了汽车 各种离合器和制动 器，正在发挥 着 以备使用。 （ 此为美国Ｌ ｒ 公司曾公开（６ ｏｄ ｔ 种台 应 有 的 作 用 。 ９ 金磁流变液的配方之 一 。） 然后 ，将被连接的两轴的连接处制成 凸、 凹惜 ，并且将 凸［ 川槽配合起来 ，凸、凹槽之 不需要从动轴转动 时 ，则不需要给胶体施加 电 到 目前为¨ ，磁流变液技术已经渗透到研 － 磨 、健身器械、机器人的传感 器、采矿 、印刷
种机械设备上 ，用以 实现机械 的制动。传统的 最大临界值。 机械制动器有 多种 ，常 见的有外抱式、 涨式 和带式几种 。 丁制动是利 用摩 擦 力求降低物 体的运动速度或使其 停止转 动的。所以 ， 外
一种磁流变阻尼器的可控电流驱动器及其应用
磁流变
H=40 kA/m
Company Name
磁流变机理
连续相（基体）和分散相（磁性颗粒）之间的磁导率差异是造 成磁流变效应的主要原因。
颗粒磁化模型（磁偶极子模型）
低磁场、线性磁化区
强磁场、饱和磁化区
磁流变机理
当处于流动状态时，磁流变液的材料函数仅取决于磁性颗粒的 体积分数������，磁偶极耦合参数������以及Masson数。
Company Name
磁流变液的应用
磁流变液的三种工作模式 a.阀模式
磁场
固定平板 驱动压力 流动
b.剪切模式
磁场
c.挤压模式
磁场 驱动力
运动平板 流动 速度 流动
驱动力
运动平板
磁流变液
固定平板 固定平板 固定平板
驱动力
磁流变液的应用
汽车减振装置
Company Name
磁流变液的应用
土木工程：地震防护、斜拉桥（洞庭湖大桥）
磁流变液的应用
军事：枪炮后坐力控制、防弹背心
磁流变液的应用
生物医学：假肢
磁流变液的应用
高精度光学镜面抛光
磁流变机理
屈服应力作为磁流变液最重要的流变参数，可以通过改变磁 性颗粒浓度和外加磁场的强度来调节。 在低颗粒浓度下，屈服应力随浓度增加而线性增大，当颗粒 浓度增大到一定程度继续增大时，屈服应力呈非线性增大。
磁流变液的表征
磁流变液在有磁场条件下的流动行为可以用 Bingham塑性本构方程来描述：
磁流变简介
磁流变液的组成
铁磁性颗粒（20%~40%V/V）
羰基铁粉
非磁性载液
硅油、水、矿物油、 合成烃油（如聚-α烯烃） 添加剂 黏土、肥皂、气相白炭黑、 表面活性剂等
磁场对电流的作用
磁场对电流的作用磁场对电流具有重要的作用，常常表现为磁场对电流的产生、改变电流方向、控制电流强度等方面。
首先，磁场能够引起电流的产生。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场的变化通过闭合回路时，会在回路中感应出电流。
这一现象被广泛应用于电力发电、变压器和电磁感应传感器等领域。
例如，发电机利用旋转的磁场通过电线圈感应出交流电流，从而产生电能。
其次，磁场可以改变电流的方向。
根据洛仑兹力定律，当电流通过磁场时，会受到一个与速度和磁场方向相垂直的力。
这个力会使电流发生弯曲或者偏转，从而改变了电流的方向。
这个现象被广泛用于电磁铁、电子束控制、磁流变阻尼器等领域。
例如，电子束在磁场中受到力的作用，可以控制电子束的轨道，从而实现电子束聚焦和偏转。
另外，磁场还可以控制电流的强度。
根据洛仑兹力定律，电流与磁场的叉乘会产生力矩，使得电流导体发生旋转。
通过调节磁场的强度，可以改变力矩的大小，从而控制电流的强度。
这个现象被广泛应用于电机、电磁阀、磁控溅射等领域。
例如，可变磁阻传感器通过改变磁场的强度，调节电流的大小，从而实现精准测量。
除了上述作用之外，磁场还对电流具有其他的影响，如磁场对电流的传输速度的限制、磁场对电流的能量耗散的影响等。
这些影响可能会导致电流在导体中的损耗和能量消耗，需要在电路设计和应用中予以考虑。
总而言之，磁场对电流具有重要的作用，它能够引起电流的产生，改变电流的方向和控制电流的强度。
这些作用为电力发电、电动机、传感器等电气设备的工作提供了基础，并广泛应用于现代科技和工程领域。
同时，磁场对电流的影响也需要在电路设计和应用中予以合理考虑，以提高设备的性能和效率。
电流变 磁流变
磁流变体工作原理 当施加磁场时，悬浮粒子（通常为0.1〜10μm范围内）沿磁通 方向分布，这种沿磁通分布的方式会阻碍垂直于磁通方向的流动。 因此，在设计的磁流变的移动设备中，关键是要确保磁通线垂直 方向的运动受到限制。
有外加磁场的状态
磁流变体工作原理
磁流变效应示意图
磁流变体在磁场作用下的实际效果
但是在过去的几十多年里，许多研究机构和企业几乎都没有 对磁流变体进行深入研究，而是将注意力主要集中在电流变体的 研究上。直到最近十几年研究人员才发现，磁流变体具有许多电 流变体所不具备的优点：
（1）相对低成本、低能耗； （2）磁流变体具有高出一个数量级的屈服应力； （3）适应温度范围很宽（-400 ℃~ 500℃）； （4）流变特性不受制造及使用过程中杂质的影响。
电流变体的应用
由于电流变体具有非常优良的性能，应用电流变体技术设计 的器件具有响应快、连续可调、电控性能好、功耗低、灵敏度高、 重量轻、结构简单等突出优点，因而被广泛应用于汽车工程、液 压工程、航空航海、生产自动化、机器人工程、医疗器件、体育 用品、国防等领域。
特别是在汽车工程中，利用电流变技术可以设计出新颖的汽 车转向系统、汽车的减震装置、制动装置等。与传统的机械产品 相比，具有设计简化、应用简便、灵敏度高、噪声小、寿命长、 成本低、易于实现电脑控制的特点。电流变技术在汽车传动系统 的重大创新将引发一场汽车技术革命。
电流变体的应用
典型的电流变体器件框图
电流变体的限制
虽然电流变体具有很多优越的性能，但是目前电流变体的动 态剪切应力普遍在15kPa以下，这一数值与传统的机械传动或驱动 系统相比还差的很远。因此电流变体技术想要进一步取代传统机 械传动或驱动系统，就必须进一步提高这个参数。
电流变 磁流变
磁流变体的材料成分
加入表面活性剂可以改善磁流变体的性能。因为弥散质颗粒 的密度比基液密度大很多，因此很容易沉降；为了保证颗粒的悬 浮稳定性以及提高磁流变体的流变性能，一般情况，需要加入活 性剂，比如使用稳定剂(像硅氧化物、硅胶)或各种各样的表面改性 的试剂等，以防止出现颗粒沉淀和不可逆转的团聚现象。表面活 性剂一般是由亲油基、亲水基两种不同特性的物质组成的低聚物。
挤压流动模式的示意图
磁流变体的研究现状 目前对磁流变体的研究体现在两大方面。 一、从材料和力学的角度出发，研究磁流变体的组成成分及 物理特性；（材料本身） 二、从机械学、振动学、电子学、控制学等角度出发，并结 合具体应用目标开展多学科交叉研究。（材料应用） 前者的研究主要致力于磁流变体材料的研制、性能提升、以 及低成本化生产等；后者的研究则致力于磁流变体材料的多领域 多学科应用、控制等。
磁流变体研究的困难 （1）除少数商业化的磁流变体外，大多数磁流变体的零场粘度比 较高、稳定性不够理想。 （ 2 ）商业化的磁流变体及它的应用装置价格比较昂贵。如 Lord 公司生产的磁流变体每升约为600美元，小型直动式阻尼器控振系 统每套大约 300 美元。这使得磁流变体装置的广泛应用或在代替 某些传统装置方面受到限制。磁流变体装置的成本主要来自零件 的精密加工，密封件的成本，电磁铁的制造等。 （3）磁流变体的应用目前还没有广泛地深入，有些研究应用离工 程应用还有一定距离，磁流变体装置的数学模型以及控制技术还 有待深入研究和完善。
磁流变体技术及应用领域
阻尼技术
抛光技术 传动技术 磁流变体技术 密封技术 生物医药技术 其它技术 应用领域
机械工程
控制工程 汽车工程 生物医药 精密加工 航空航天
国外磁流变体的研究与应用 单位 应用实例
第6章-流变仪的基本原理及应用
0
熔体指数仪 1~100
转动性流变仪 10-6~103
旋转流变仪 10-3~1
门尼黏度计
压缩性、振荡型
混炼型
≥10-2
挤出式毛细管 10-2~105
黏度/Pa.s 10-3~103 ~104 10-2~1011
10-1~107
6.1 毛细管流变仪
毛细管流变仪是目前发展最成熟、应用最广的 流变测量仪 优点：操作简单、测量范围宽(10-2~105剪切速率) 具体应用： （1）测定高分子熔体在毛细管中的剪切应力和 剪切速率的关系； （2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下 通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和 熔体破裂等不稳定流动现象；
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
物料从直径直大的料筒经挤压通过有一定入口角的人 口区进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生 巨大变化。人口区附近物料有明显的流线收敛现象。 物料在进入毛细管一段距 离之后才能得到充分发展， 成为稳定的直动。而在出 口区附近。由于约束消失， 熔体出现挤出胀大现象， 流线也发生变化。因此， 物料在毛细管中的流动 动可分为三个区域：入口区、 完全发展的流动区和出口区
d)流道收缩比(DR/D)的影响
6.1.5 出口区的流动行为
影响挤出胀大的因素： e)分子量的影响
分子量越大，松弛时间增加，挤出胀大越大。
f)在平均分子量相等下，分子量分布 的影响（主要是高分子量影响）
分子量分布越宽，挤出胀大越大。
g)增塑剂的影响
增塑剂的加入，减弱分子间的相互作用，缩短松弛时间， 挤出胀大减少。
R
R 2
L'
P e0R
或 R
R 2
P-Pent L'
汽车减震器的现状及其发展趋势
现阶段国外的液压减震器的发展还相对较为先 进，正处于充气式减振器、可调减振器、自适应减振器 的发展阶段。以载荷感应式和位置依存式的充气式减 震器以及可调节减振器为主，电流变减震器和电磁流 变减震器这些自适应减震器也有较好的应用。国外的 研 究 者 们 更 加突出节 能、降 耗、提 速等 特 征。而传 统 的减震器也有一定的市场和空间，双筒液压减震器由 于发 展 时间相 对 较 长，技 术 相 对成 熟，因而 市场的占 有率相对较高。部分新型的可调减震器也处在积极的 研发和市场应用阶段，日本、德国以及韩国等国家的车 企都在进行积极开发。例如：丰田、本田、日产、福特、 通 用、沃 尔 沃、戴 姆 勒 等 汽 车生 产企 业已经在 其 商品 车辆上进行应用。这些著名的车企都组建了规模较为 庞大的汽车结构研究技术队伍，并且重点针对相应的 保障工作进行实践探究[4]。完善的研发体系、成熟的推 广应 用 体系，以及 及 时的反馈 体系，都 是国 外在 进 行 汽车减 震 器 研发 过 程中所 形成的宝贵 经验，需要为国 内的相关企业所借鉴同时并加以运用。 2.2 国内汽车减震器发展现状
通过阻尼运动衰减振动产生的能量来缓解汽车在行进过程中产生的震动，进而提高安全性。同时汽车减震器还
可以提供较高的舒适性。驾驶者对于车辆的舒适性、稳定性、操纵性的要求越来越高，这就意味着汽车减震器
需要不断进行更新和发展，进而提高其技术水平。
关键词：汽车减震器 现状 发展趋势 有效策略
中图分类号：U463.335.1
汽 车 减 震 器发 展 趋 势之一 便 是自适 应可调 减 震 器，该 可调 减 震 器主 要由传感 器、控制 器以及 执 行机 关 这 3 个 部 分 组 成。该 减 震 器所产生的阻 尼可以实现 更加高效的分级调节活动，同时还能够进行 连续调 节。自适 应可调 减 震 器所产生的阻 尼可以进 行更 加高 效的利用。减震器的可调节特征可以通过来调节阻尼 特 性，由电控 执 行 器 实 现，或 者是 通 过电控 执 行 器 调 节改变节流阀流通面积来实现。最关键要素是根据汽 车震动的实际情况来对阻尼进行实时调节，从而达到 最佳的减 震 效 果，提高减 震 效率。该 型 减 震 器虽然已 经 进 行了市场的应 用，但 是 技 术 积 累 还在 进 行之中， 技术不够完善，针对此项技术的研究工作仍然在持续 进 行中。因此，在 汽 车 减 震 器发 展的 过 程中将 会 针对 该型减震器进行更多的技术攻关和实践研究工作，从 而提高研发的效率，为市场提供种类更加丰富的新型
电流变抛光
2014年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:现代光学加工技术学生所在院（系）:xx学生所在学科:x x学生姓名:x x x学号:13S x x学生类别:考核结果阅卷人第 1 页（共页）电流变抛光简介电流变抛光简介 (1)一、基本原理 (2)1.1、抛光 (2)1.2 电流变 (3)1.3 电流变抛光 (3)二、基本特性与对比 (4)2.1 特性 (4)2.2 各种抛光方法对比 (5)三、发展现状和关键技术 (6)3.1 抛光对象 (6)3.2 抛光工艺 (7)3.3抛光设备 (8)3.4 抛光工具 (9)四、存在的问题 (11)五、参考文献 (12)一、基本原理1.1、抛光抛光是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工，以得到光亮而无磨痕的镜面为目的一种手段。
抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的，有时也用以消除光泽（消光）。
通常以抛光轮作为抛光工具。
抛光轮一般用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成，两侧用金属圆板夹紧，其轮缘涂敷由微粉磨料和油脂等均匀混合而成的抛光剂。
常见抛光有机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光、磁研磨抛光等。
镜面加工中所说的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同，。
它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。
表面抛光一般只要求获得光亮的表面即可。
镜面加工的标准分为四级：AO=Ra0.008μm，A1=Ra0.016μm，A3=Ra0.032μm，A4=Ra0.063μm。
由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度，而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求，所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主。
1.2 电流变电流变液(Electro rheological fluids，ERF)是一种悬浮液,其流变特性在外加电场的作用下会发生明显变化,粘度、剪切强度等随外加电场强度的提高而增大,响应迅速,在毫秒级。
减震器设计论文
减震器设计论文目录摘要 (3)第一章序言 (4)1.1减振器的分类 (4)1.2筒式液阻减振器简介 (5)第二章减振器设计方案的确定 (5)2.1减振器设计参数依据 (5)2.2汽车振动系统对减振器特性的要求 (5)2.3方案的确定 (6)第三章设计计算 (7)3.1载荷的确定 (7)3.2减振器阻力与各腔压力的关系 (7)3.3主要性能参数的确定 (8)减振器的性能 (8)相对阻尼系数Ψ (8)减振器阻尼系数δ的确定 (9)最大卸荷力F s的确定 (9)筒式减振器工作缸直径D的确定 (9)第四章阀体选用 (10)第五章减振器的数学模型 (10)5.1拉伸（复原行程）工况下的数学模型 (10)开阀前 (10)开阀后 (12)5.2压缩（压缩行程）工况下的数学模型 (12)5.3 减振器的外特性模拟计算 (15)第六章减振器的行程与布置 (16)6.1减振器的行程选取 (16)6.2减振器行程匹配 (17)6.3减振器的行程校核 (18)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)摘要本文旨在以一实例阐述筒式液阻减振器设计流程。
先在筒式液阻减振器选取两种制造工艺相对成熟结构方案――单筒充气式液力减振器与双筒式液力减振器，进行对比。
发现单筒充气式液力减振器相比之下有许多有点，但唯一不足之处在于安装尺寸不合要求，所以采用双筒式液力减振器。
减振器设计计算的主要目的在于确定工作缸直径，其他尺寸的确定依赖于一些经验值。
本文各项参数的选取和算法主要参照汽车设计手册，进行对减振器设计计算。
然后根据前人的减振器数学建模成果，用MATLAB进行外特行计算，并绘制出F-V曲线。
再根据曲线修改阀体尺寸及性能参数，再绘制曲线，直到满足设计要求为止。
最后进行行程布置和校核计算，由于此项计算对悬架参数的选取依赖性很大，而本人没有找到合适的悬架参数，因此计算的结果意义不大，但这为以后的工作提供了一些资料。
关键词：减振器；数学模型；外特行计算AbstractThe aim of this thesis is to explain the progress of design of the shock absorber. First, chose tow types of shock absorber which technics of product of is more mature——one solid bowl charged absorber and tow solid bowls absorber. Then compare one with the other one. Though the former have much advantage, it’s size of assemblage is longer than the request of the design. So I chose the latter. According to the theory of automotive design, I chose the frameof the shock absorber and it’s part, then calculate the most important parameter which was used to design. I make the F-V curves of the absorber with the mathematics model. At last I complete the calculation of the stroke by which the shock absorber works.Key words: shock absorber; mathematics model; outer performance calculation第一章序言1.1减振器的分类减振器的作用是缓和汽车的振动，提高汽车的行驶平顺性，保护货物，降低车身各部分的动应力，延长车身等部件的寿命。
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流模式的示意图
磁流变体操作模式 Shear mode（剪切模式） 其中一块固定板保持不动，另一块固定板沿垂直磁通方向移 动，对磁流变体进行剪切。剪切模式在离合器和制动器中特别有 用——必须控制旋转运动的地方。
剪切模式的示意图
磁流变体操作模式 Squeeze-flow mode（挤压流动模式） 其中一块固定板保持不动，另一块固定板沿磁通方向移动， 对磁流变体进行挤压。挤压流动模式很适合控制微小的、毫米级 的运动。
国内磁流变体的研究与应用 单位 研究者 研究方向
哈尔滨工 业大学
南京航空 航天大学 重庆大学 上海交通 大学
不同基液中的添加剂
磁流变体的类型
纳米磁性颗粒 非磁性基液型
采用纳米磁性粒子作为主分散颗粒，它的基液与经 典磁流变体是一致的，都是非磁性的。
磁流 变体 种类
微米磁性颗粒 非磁性基液型
采用微米级的顺磁或软磁材料的颗粒和低磁导率的 基液，是目前主流工艺，具有较强的磁流变效应， 屈服应力能够达200~100kPa。
电流变体与磁流变体技术
智能材料——可控流体 可控流体（Controllable Fluids）是一类新兴智能材料，在自动 化及结构控制领域具有广阔的应用前景。其中最具代表性的是电 流 变 体 (Electrorheological Fluids) 和 磁 流 变 体 (Magnetorheological Fluids)这两种。 之所以称为可控流体，是因为它们的某些特性可以随外界环 境如磁场、电场的改变而改变。这种特性具有连续、可逆和易于 控制的特点。
磁流变体的材料成分
加入表面活性剂可以改善磁流变体的性能。因为弥散质颗粒 的密度比基液密度大很多，因此很容易沉降；为了保证颗粒的悬 浮稳定性以及提高磁流变体的流变性能，一般情况，需要加入活 性剂，比如使用稳定剂(像硅氧化物、硅胶)或各种各样的表面改性 的试剂等，以防止出现颗粒沉淀和不可逆转的团聚现象。表面活 性剂一般是由亲油基、亲水基两种不同特性的物质组成的低聚物。
磁流变体基液的种类
磁流变体的材料成分
弥散质颗粒，包括磁性颗粒和非磁性颗粒两种，尺寸大小主 要是微米和纳米级的。磁性颗粒主要含有 Fe3O4、Fe3N、Co、Fe、 Ni 等微粒，其中磁饱和度最大的微粒是铁钴合金，其磁饱和度能 达到 2.4T，但价格昂贵，所以实际应用最多的微粒是羰基铁粉和 纯铁粉，它们的磁饱和度大约为 2.1T。非磁性颗粒主要分为聚合 物颗粒和无机非金属颗粒，如聚苯乙烯和硅石颗粒。
由于磁流变体在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、这种 转换是在毫秒（ms）量级的时间内完成，而且其流变后的剪切屈 服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，同时通过调节磁场大小 可以控制材料的力学性能连续变化，因此磁流变体是一种用途广 泛、性能优良的智能材料。
磁流变体工作原理
悬浮载液内的磁性粒子，通常为微米或纳米级的球形或椭球， 随机分布在悬浮液中。在正常情况（无外加磁场）下，如下：
磁流变体研究的困难 （1）除少数商业化的磁流变体外，大多数磁流变体的零场粘度比 较高、稳定性不够理想。 （ 2 ）商业化的磁流变体及它的应用装置价格比较昂贵。如 Lord 公司生产的磁流变体每升约为600美元，小型直动式阻尼器控振系 统每套大约 300 美元。这使得磁流变体装置的广泛应用或在代替 某些传统装置方面受到限制。磁流变体装置的成本主要来自零件 的精密加工，密封件的成本，电磁铁的制造等。 （3）磁流变体的应用目前还没有广泛地深入，有些研究应用离工 程应用还有一定距离，磁流变体装置的数学模型以及控制技术还 有待深入研究和完善。
没有外加磁场的状态
磁流变体工作原理
当施加磁场时，悬浮粒子（通常为0.1〜10μm范围内）沿磁通 方向分布，这种沿磁通分布的方式会阻碍垂直于磁通方向的流动。 因此，在设计的磁流变的移动设备中，关键是要确保磁通线垂直 方向的运动受到限制。
有外加磁场的状态
磁流变效应的产生机理 磁流变体的特性主要是指它的磁特性、流变性和稳定性。迄 今为止，产生磁流变效应的机理，一直没得到确切物理解释。其 中有代表性的，而且为大众所接受的是偶极矩理论和相变理论。 偶极矩理论 这个理论认为，在外加磁场的作用下，每一个磁性颗粒都会 被极化成为磁偶极子，而此时各个偶极子之间可以相互吸引，并 形成链，磁流变效应的强度和偶极子之间形成的链的力大小，有 着一定关系，这个理论的基础是静磁相互作用理论。
磁流变体的操作模式 磁流变体中使用三种主要的操作模式：流模式，剪切模式和 挤压流动模式。 这些模式的可以用一个物理模型来形象说明，即在处于一定 磁场强度下，两个固定板之间充满着磁流变体，分别改变固定板 与磁流变体之间的相对运动方式，可以得出三种操作模式，它们 各自都有不同的应用领域。
物理模型
磁流变体操作模式 Flow mode（流模式） 固定板保持不动，磁流变体沿垂直磁通方向流动。通过对外 部磁场的控制，可以有效的控制磁流变体的粘滞度，限制其流动。 流模式可用于高性能阻尼器和减震器的设计制造中。
未施加磁场、电场 施加磁场、电场 磁场、电场强度 达到某一强度
普通牛顿流体
磁场 电场 撤销
流变态
强度 降低
固体
电流变体的发现 电流变体（Electrorheological Fluid, 简称ERF），是上世纪出现 的一种智能材料，由美国学者W.M.Winslow首次发现并获得专利。 它是由高介电常数的固体微粒分散于低介电常数的液态基液后所 构成的悬浮体系，其流变性能可以由外加电场控制。 电流变效应 当未加电场时，固体颗粒随机地分布在液态基液中，此时电 流变体与普通的牛顿流体相似； 而当施加电场时，颗粒会被瞬间(ms量级)极化成电偶极子， 粒子间的相互作用会使固体颗粒形成链并进而形成柱状结构，从 而产生屈服应力。其表观粘度可以增加几个数量级，而且这种变 化是可逆的。 撤除电场后，电流变体又会瞬间恢复到原来的状态。
磁性颗粒 磁性基液型
采用微米级的磁性颗粒分散溶于磁性基液(如铁磁流 体)中制成的悬浮液。磁性基液加强了磁性颗粒间的 相互作用力，从而增强了磁流变效应。
非磁性颗粒 磁性基液型
利用微米级的非磁性颗粒(如 40~50μm 的聚苯乙烯或 硅石颗粒)分散溶于磁性基液(如铁磁流体)中制成的 悬浮液。但是，这种悬浮液的磁流变效应比较低， 屈服应力也较低，目前研究的还比较少。
磁流变体的这些优点一出现就引起了减振设备与技术领域内 专家的极大兴趣。
磁流变体的指标
磁流变体应满足的指标 （1）零磁场粘度低，以便使其在磁场作用下，具有同等剪切屈服 强度增长时，具有更大的可调范围。 （2）强磁场下剪切屈服强度高，至少应达到20～30Kpa，这是衡 量磁流变液特性的主要指标之一。 （3）杂质干扰小，以增加其使用范围。 （4）温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。 （5）响应速度快，最好能达到毫秒级，以使磁流变液减振器作为 主动和半主动控制器时，基本不存在时迟问题。 （6）抗沉降性好，长时间存放应基本不分层。 （7）能耗低，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度。 （8）无毒、不挥发、无异味，这是由其应用领域所决定的。
磁流变效应的产生机理 相变理论 该理论认为在零磁场作用下，悬浮颗粒是自由相，它随机分 布于母液中，热波动会对它的转动和迁移造成很大影响。磁场强 度升至某一临界值时，颗粒会被磁化，受到热波动和磁场强度双 重作用，某些颗粒就进行有序化排列，成为有序相。随后随着磁 场强度变大，有序相就会连成长链，且以长链作为核心，吸收周 围短链，使链变粗，形成固态相。
挤压流动模式的示意图
磁流变体的研究现状 目前对磁流变体的研究体现在两大方面。 一、从材料和力学的角度出发，研究磁流变体的组成成分及 物理特性；（材料本身） 二、从机械学、振动学、电子学、控制学等角度出发，并结 合具体应用目标开展多学科交叉研究。（材料应用） 前者的研究主要致力于磁流变体材料的研制、性能提升、以 及低成本化生产等；后者的研究则致力于磁流变体材料的多领域 多学科应用、控制等。
磁流变体技术及应用领域
阻尼技术
抛光技术 传动技术 磁流变体技术 密封技术 生物医药技术 其它技术 应用领域
机械工程
控制工程 汽车工程 生物医药 精密加工 航空航天
国外磁流变体的研究与应用 单位 应用实例
美国Lord公司
美国军方
汽车减振器、离合器和制动装置
俄亥俄级导弹攻击核潜艇的抗攻击研究
美国福特研究 可在500HZ到600HZ内移频的磁流变弹性体吸振 中心 器原理样机 佐治亚理工大 压缩式磁流变弹性体吸振器的移频特性及其控 学 制方法 宾西法尼亚州 立大学 直升机水平旋冀叶片的振动控制
电流变体的应用
由于电流变体具有非常优良的性能，应用电流变体技术设计 的器件具有响应快、连续可调、电控性能好、功耗低、灵敏度高、 重量轻、结构简单等突出优点，因而被广泛应用于汽车工程、液 压工程、航空航海、生产自动化、机器人工程、医疗器件、体育 用品、国防等领域。 特别是在汽车工程中，利用电流变技术可以设计出新颖的汽 车转向系统、汽车的减震装置、制动装置等。与传统的机械产品 相比，具有设计简化、应用简便、灵敏度高、噪声小、寿命长、 成本低、易于实现电脑控制的特点。电流变技术在汽车传动系统 的重大创新将引发一场汽车技术革命。
磁流变体的工作原理 磁流变体（Magnetorheological Fluid , 简称MRF）一类具有磁 流变效应（Magnetorheological Effect，简称MRE）的材料。
磁流变体在零磁场条件下，呈现出低粘度的牛顿流体特性； 而在强磁场条件下，则呈现出高粘度、低流动性的Binghan体特性， 流体的屈服应力和表观粘度有2～3个数量级的变化。特别的，在 某一特定磁场强度下，停止流动直至固体状态，且有固体的某些 特性，具有很强的抗剪切能力。
国外磁流变体的应用 美国Lord（洛德）公司
磁流变（MR）流体技术 线控转向和触觉控制 先进的可控悬浮液 车辆，驾驶室和/或座椅悬浮液 主动悬架系统 智能材料与结构 自适应运动控制 乘员约束系统和安全系统 磁性器件和设计 风扇离合器 抗震设防 人类假肢 技术对比