磁流变制动器性能仿真与实验研究

摘要

磁流变液是一种新型智能材料，其流变特性可以通过施加磁场而迅速改变，这种快速的流变响应性使其在近年来得到进一步重视和研究，并被广泛应用在工业领域。与此同时，传统的液压制动CHB(Conventional Hydraulic Brakes)系统由于其自身结构特性等因素，具有一定的先天缺陷，比如响应延迟、刹车片磨损、需配备一定附属结构（比如液压泵、输油管和储液罐等）等，这些都会增加制动系统的成本和质量。而由于磁流变液自身良好的流变特性，使得磁流变制动器恰好解决了传统液压制动器的应用痛点，因此对磁流变液制动器的开发和研究就具有十分重要的现实意义和经济价值。本文主要针对磁流变制动器进行仿真实验研究，包括基于不同磁流变液本构方程的制动力矩数学模型建立、磁流变制动器电磁场仿真、温度场仿真及磁流变制动器制动盘摩擦磨损实验研究等。本文主要围绕磁流变制动器展开深入研究，论文的主要研究内容包括: (1)根据相关资料文献，对磁流变液发展现状及磁流变制动器的国内外研究进展进行系统阐述，同时对磁流变液的磁流变效应及影响磁流变性能的因素进行分析总结。 (2)基于国外学者提出的磁流变液的Herschel-Bulkey和Bingham流变本构方程，分别建立盘式和筒式磁流变制动器的输出力矩模型，同时对制动器动力学进行分析。 (3)设计一种工作间隙可调的盘式磁流变制动器，基于该型制动器对于工作间隙尺寸及电流强度对工作间隙内磁流变液磁场强度影响进行仿真研究。同时，采用现有的试验台进行实验验证。 (4)基于间隙可调式磁流变制动器，进行温度场有限元仿真。旨在计算出不同工况下磁流变制动器的温度场分布状态，随后在试验台上基于K型热偶和Arduino Mega2560单片机建立多路温度采集系统并进行实验验证，为未来磁流变制动器结构优化提供一定的参考依据。 (5)基于间隙可调式磁流变制动器，对磁流变液对于磁流变液制动盘摩擦磨损进行实验研究，通过天平进行磨损量称量，同时采用扫描电镜(SEM)技术对摩擦磨损机理进行深入研究和分析。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究意义

1．1．1课题背景

1．1．2课题研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1磁流变制动器研究现状

1．2．2磁流变液摩擦磨损研究现状

1．2．3研究中出现的问题

1．3本文主要研究内容

1．4本章小结

第2章磁流变效应与磁流变性能分析

2．1磁流变液的主要成分

2．1．1磁性颗粒

2．1．2基载液

2．1．3添加剂

2．2磁流变液的性能评价指标

2．2．1粘度及稳定性

2．2．2响应时间

2．2．3密度

2．2．4工作温度

2．2．5导热性

2．2．6工作寿命

2．3磁流变效应

2．3．1磁流变效应宏观现象试验

2．4磁流变液的三种工作模式

2．5本章小结

第3章磁流变制动器力矩模型及动力学分析

3．1磁流变液宏观本构模型分析

3．2磁流变制动器输出制动力矩数学模型分析

3．2．1盘式磁流变制动器输出制动力矩模型

3．2．2筒式磁流变制动器输出制动力矩模型

3．3磁流变制动器动力学分析

3．4本章小结

第4章工作间隙对磁流变制动器制动性能影响分析

4．1工作间隙可调式磁流变制动器设计

4．1．1磁流变制动器设计

4．1．2磁流变制动器工作原理

4．2电磁场有限元仿真

4．2．1磁场计算基本原理

4．2．2有限元模型建立及边界条件

4．2．3电磁场有限元仿真结果分析

4．3实验结果及分析

4．4本章小结

第5章磁流变制动器温度场仿真实验分析

5．1磁流变制动器温度场理论分析

5．1．1基本传热方程

5．1．2磁流变制动器热源分析

5．2磁流变制动器温度场有限元仿真

5．2．1模型建立及网格划分

5．2．1稳态温度场分析

5．2．2瞬态温度场分析

5．3实验设计及结果分析

5．2．1实验设计

5．2．2实验结果分析

5．4本章小结

第6章磁流变制动器制动盘摩擦磨损特性研究

6．1摩擦磨损试验方案

6．1．1实验材料及设备

6．1．2摩擦磨损试验设计

6．2实验结果分析

6．2．1磨损量及粗糙度轮廓分析

6．2．2磨损机理分析

6．3本章小结

7．1全文总结

7．2展望

参考文献

致谢

附录