动力传动系统磁流变扭转减振器变刚度变阻尼原理及试验研究

摘要

动力传动系统由于自身制造装配误差和激励的多变性，在传递动力时会出现扭转振动现象，产生噪音，影响机械系统运行的平稳性，危害系统及零部件的安全寿命。为了降低传动系统的扭转振动，学者们研究了多种扭转减振方案，其中较为有效是措施是：在动力传动系统中安装具有低刚度和阻尼环节的扭转减振器。但随着动力传动系统向高功率密度方向发展，对扭转振动控制提出了更高的要求。目前的扭转减振器虽然采用一定的方法实现了刚度和阻尼的变化，但不能根据工况的不同进行自适应调节，因而减振效果有限，不能满足动力传动系统扭转减振需求。磁流变执行器利用磁流变技术研制而成，具有阻尼可调范围大，响应快，功耗低等优势，在振动控制方面具有广阔的应用前景。此外，近年来通过磁流变技术实现刚度变化得到了学者们的关注和深入研究，并取得了一些研究进展。因此，本文针对目前扭转减振器存在的不足，提出了一种基于磁流变技术实现刚度和阻尼自适应调节的扭转减振器，对磁流变变刚度变阻尼原理进行了分析，通过试验测试了新型扭转减振器的变刚度和变阻尼特性，验证了磁流变刚度变阻尼扭转减振器设计方法的有效性。　　本文的工作主要有以下几个方面：　　① 建立并分析了动力传动系统简化扭振模型，研究了刚度和阻尼参数变化对扭振系统固有频率和共振区振幅的影响，揭示了变刚度变阻尼扭转减振原理。　　② 提出了磁流变变刚度变阻尼扭转减振器设计方法。阐述了磁流变变刚度变阻尼扭转减振器工作原理，对磁流变变刚度变阻尼力学模型进行了分析，研究了系统等效刚度和阻尼的影响参数，推导了磁流变单元的力学计算公式，进一步获得了扭转减振器输出力矩计算表达式。　　③ 根据磁流变变刚度变阻尼原理，完成了磁流变变刚度变阻尼扭转减振器总体结构设计，确定了主要参数。对磁流变单元进行了具体结构设计、磁场理论计算和有限元仿真分析，采用遗传算法并结合多目标优化软件，对磁流变单元关键结构参数进行了优化，同时对弹簧进行了选型计算。　　④ 根据优化参数，进行了磁流变变刚度变阻尼扭转减振器样机的加工装配，并在MTS测试台上进行了试验测试。首先测试了选购的弹簧刚度并与理论对比；其次测试了磁流变单元在不同激励频率、不同振幅工况下，输出力学特性随励磁电流的变化特性；最后对磁流变变刚度变阻尼扭转减振器的变刚度和变阻尼特性进行了测试，试验结果变明其刚度和阻尼特性能够通过励磁电流进行控制，验证了磁流变变刚度变阻尼原理和设计方法的有效性。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景与研究目的

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3.1扭转减振器简介

1.3.2扭转减振器研究现状

1.4.1磁流变液材料概述

1.4.2磁流变液工作模式与应用

1.4.3磁流变变阻尼研究现状

1.4.4磁流变变刚度研究现状

1.5本文主要研究内容

1.6本章小结

2 动力传动系统变刚度变阻尼扭振特性分析

2.1引言

2.2.1 N自由度扭振模型

2.2.2无阻尼二自由度模型

2.3.1有阻尼二自由度模型

2.3.2刚度与阻尼对系统扭振特性的影响

2.4本章小结

3 磁流变变刚度变阻尼扭转减振器设计方法

3.1引言

3.2磁流变变刚度变阻尼扭转减振器基本结构

3.3.1变刚度变阻尼力学模型

3.3.2等效刚度与等效阻尼参数分析

3.4变刚度变阻尼磁流变单元力学特性分析

3.4.1磁流变液力学模型

3.4.2变刚度磁流变单元力学特性分析

3.4.3变阻尼磁流变单元力学特性分析

3.5 扭转减振器力矩计算模型

3.6本章小结

4 磁流变变刚度变阻尼扭转减振器磁场分析与参数优化

4.1引言

4.2磁流变变刚度变阻尼扭转减振器结构设计及主要参数

4.3变刚度变阻尼部分磁流变阻尼单元设计

4.3.1结构设计与材料选用

4.3.2磁路理论分析与计算

4.3.3磁场有限元仿真

4.4.1优化变量

4.4.2约束条件与目标函数

4.4.3 优化流程

4.5弹簧选型设计

4.6本章小结

5 磁流变变刚度变阻尼扭转减振器性能测试与分析

5.1引言

5.2磁流变变刚度变阻尼扭转减振器的加工装配

5.3弹簧测试

5.3.1测试系统与方法

5.3.2测试结果与分析

5.4变刚度磁流变单元力学性能测试

5.4.1测试系统与方法

5.4.2测试结果与分析

5.5变阻尼磁流变单元力学性能测试

5.5.1测试系统与方法

5.5.2测试结果与分析

5.6.1测试系统与方法

5.6.2测试结果与分析

5.7本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申报专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

D. 学位论文数据集

致谢