车辆悬置MRE隔振器结构设计与分析

摘要

机械振动在我们的生产、生活中是一种不可避免的现象。不可否认它对我们有利的一面，例如一些按摩健身器材，它可以通过振动来缓解我们的身心疲劳，但是在大多数情况下机械振动是我们不愿意看到的现象:它会降低汽车的乘坐舒适性，降低一些高精密仪器的使用寿命，甚至地震中的房屋也是因为受到剧烈振动而倒塌的。为了最大限度的减少机械振动的有害影响，目前主流的做法就是利用隔振装置降低有害振动的传递。常见的减振器有弹簧减振器、橡胶减振器。由于这些隔振器是一种被动隔振器，并且一种刚度固定的橡胶隔振器通常只能在一个较窄的频率范围内使用才具有良好的减振效果，如果外界的激振频率范围发生改变时，橡胶隔振器的隔振性能就会大大降低，甚至发生“共振”现象。一种新型智能材料—磁流变弹性体（MRE），它的刚度和阻尼可以随外界磁场的变化而变化，而且它继承了磁流变液的可控、可逆、响应速度快等优良性能，同时具有稳定性好、不易磨损和不易沉降等特点，可以被广泛用于高新技术隔振领域。
　　本文结合国内外专家学者对磁流变弹性体制备的研究成果，选用力学性能良好的天然橡胶为主基体，以顺丁橡胶作为辅基体，铁磁颗粒选用国产羰基铁粉，添加相应的添加剂制备成具有良好力学性能，磁致效应明显的磁流变弹性体。
　　利用磁流变弹性体的刚度阻尼可控的特性，采用挤压工作模式，设计了一种新型的MRE隔振器。主要从MRE隔振器的工作原理、结构设计及其工作模式的基础上建立磁流变弹性体的刚度模型;按设计要求计算磁流变弹性体施加磁场的线圈匝数;利用catia三维绘图软件对MRE隔振器的结构进行了设计，经过工厂加工制作，装配出新型的MRE隔振器。
　　设计试验方案测试MRE隔振器结构的刚度与电流变化的关系。基于刚度测试仪和相应的试验设备搭建测试平台对MRE隔振器刚度性能测试。经过计算机处理，得到悬置件在不同电流激励下的力与位移曲线，从而得到不同电流下的刚度，为后期悬置控制器的设计提供参考依据。
　　设计试验方案测试MRE隔振器系统的固有频率与电流变化的关系。基于振动台和相应的试验设备搭建测试平台对MRE隔振器进行性能测试。并通过一定的数据处理，得到MRE隔振器的固有频率随外加电流的变化关系，以便对隔振性能进行评价，同时为主动悬置控制器设计提供依据。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的及意义

1．2 磁流变技术的发展历程及现状

1．2．1 磁流变液(magnetorheological fluid，MRF)

1．2．2 磁流变泡沫(magnetorheological foams，MR-foams)

1．2．3 磁流变胶(magnetorheological gel，MRG)

1．2．4 磁流变弹性体(magnetorheological elastomers，MRE)

1．3 MRE在车辆等工程领域上应用

1．4 本课题的主要研究内容

第二章 MRE材料的制备

2．1 制备材料的选择

2．2 MRE材料的制备

2．3 预结构化装量的设计制造

2．4 MRE材料的微观特征

2．5 MRE材料的磁流变效应测试

2．6 本章小结

第三章 MRE材料静态力学性能测试

3．1 MRE材料试片抗拉强度试验

3．1．1 抗拉强度与扯断伸长率

3．1．2 试验设备和材料准备

3．1．3 试验结果与分析

3．2 MRE静刚度试验

3．2．1 静刚度

3．2．2 试验设备介绍

3．3．3 试验结果分析

3．3 本章小结

第四章 MRE隔振器的结构设计

4．1 MRE隔振器工作原理

4．1．1 MRE的磁致效应

4．1．2 振动控制与隔振的基本原理

4．2 MRE隔振器设计

4．2．1 MRE隔振器的设计原理

4．2．2 隔振效果的评价、提高隔振效率的原则

4．2．3 MRE的工作模式

4．2．4 导磁材料的选择

4．2．5 励磁线圈匝数的确定

4．2．5 磁流变弹性体厚度的确定

4．3 MRE隔振器零件制作与装配

4．3．1 MRE隔振器整体结构设计

4．3．2 MRE隔振器零件制作与装配

4．4 本章小结

第五章 MRE隔振器动态性能测试

5．1 动刚度测试原理

5．1．1 直接法

5．1．2 间接法

5．1．3 点驱动法

5．2 动刚度测试平台搭建

5．3 MRE隔振系统固有频率平移现象

5．4 系统固有频率随电流的变化规律研究

5．5 阻尼性能及测试

5．4．1 悬臂梁法阻尼比测试原理

5．5．2 悬臂梁法阻尼比测试的试样

5．5．3 悬臂梁法阻尼比测试中的注意事项

5．5．4 MRE材料杨氏模量与阻尼比的计算

5．5．5 MRE隔振器阻尼比的计算

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要工作

6．2 本文主要创新点

6．3 今后工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况