基于B ingham模型描述的强磁场作用下磁流变液的流变特性,建立了圆筒式磁流变液制动器制动力矩的计算公式,并分析了制动力矩与磁场强度的关系.对圆筒式磁流变液制动器力矩分析计算结果进行讨论,结果表明,增大磁场强度可以提高磁流变液制动器的制动力矩.

磁流变液是一种可快速发生液-固相变的智能材料,有广泛的机械工程应用前景。本文介绍了磁流变液的特性及其在制动系统中的应用现状,阐述了盘式、鼓式、叶轮式这三种磁流变液制动器的工作原理,并分别进行了制动力矩分析。另外,对磁流变液制动器的应用前景以及相关研究所面临的主要问题进行了叙述。

在车辆制动系统中制动器的优劣直接决定了制动系统的性能优劣.为了配合新型磁流变制动器的研制,研发了专用测量分析磁流变制动器性能的试验台.试验台整体分为测量模块和施加负载模块,其中测量模块是在虚拟软件LabVIEW平台上开发,它包括转速转矩传感器和数据采集卡以及虚拟仪器.最后,通过一系列试验证明该试验台能够完成对磁流变制动器的综合性能测试分析,验证了试验台设计的合理性和可行性.

为了研究转盘结构对盘式磁流变液制动器的性能的影响,对制动器磁流变液流场进行了仿真和试验研究。根据制动器的结构特点和磁流变液宾汉模型理论,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent对不同转盘结构下,制动器内磁流变液流场的速度、压力、黏度及剪切应力分布进行仿真,得到制动力矩随结构和磁场强度的变化规律,并进行了试验验证。仿真及试验结果表明:磁流变液腔室宽度对制动力矩影响较小,表面开辐射状槽时转盘制动力矩最大,开有通孔的情况次之,开环形槽时制动力矩最小。研究结果为磁流变液制动器的结构设计提供了参考依据。

磁流变液制动器制动力矩不足始终是限制磁流变液制动器实际应用的主要原因。本文通过在普通制动盘的表面增加半圆形凹槽和凸脊,增大制动盘的工作面积进而增大磁流变液制动器的制动力矩。建立凸脊与圆槽配合制动的制动力矩的模型,得到影响力矩的参数。通过数学求导法求得凸脊的圆心位置,采用ANSYS中的电磁模块对圆槽式制动盘工作间隙处做磁场分析,确定凸脊的尺寸。综合制动面积和磁感应强度的变化结果,本文设计的圆槽盘式磁流变液制动器制动力矩相比于普通盘式磁流变液制动器的制动力矩提高了33%。

为了加强磁流变液(Magneto Rheological Fluid,MRF)制动器的制动性能,设计一种多盘式MRF制动器,建立多盘式MRF制动器有限元模型,对多盘式MRF制动器的磁路做磁场仿真分析。仿真结果表明,多盘式MRF制动器工作区域的磁通密度值随着励磁电流值的增长而增长;多盘式MRF制动器工作间隙的影响仅在一定范围内有效,所以多盘式MRF制动器的结构设计和磁路设计合理。搭建MRF制动器试验台,试验结果表明,多盘式MRF制动器的实际输出力矩为237.2 Nm,而普通汽车紧急制动所需的最大制动力矩为200 Nm,普通制动所需的制动力矩小于200 Nm,所以多盘式MRF制动器输出力矩完全满足微型汽车制动的需要。

采用Bingham流体模型分析了磁流变液盘式制动器的制动力矩,设计出一种外绕线圈的单盘式制动器结构,利用COMSOL软件对该结构进行建模、电磁场仿真、制动力矩计算与结构参数优化。研究表明,制动力矩基本与旋转盘的角速度无关,制动过程中制动器可获得相对稳定的制动力矩;在一定的磁动势下,当旋转盘半径增加时,盘式制动器的制动力矩会逐渐增加;增加导磁外壳的厚度有利于约束磁力线,进而提高制动力矩。

基于磁流变液的流变特性,设计了一款盘面加工有矩形凸块的盘式磁流变制动器,推导了其制动力矩计算公式,基于Matlab/simulink建立了仿真模型,不断优化矩形凸块的尺寸参数。仿真结果表明,当加工有12个宽度为2 mm、深度为1.5 mm的矩形凸块时,产生的制动力矩达到626 N·m,比未加工凸块时的制动力矩提高了31.5%,表明设计的磁流变制动器可以有效地提高制动力矩。

针对传统盘式制动器制动“热衰退”和液压制动响应慢等问题,运用“发明问题解决理论”—TRIZ理论,综合汽车摩擦制动与电涡流制动的工作原理,实现电磁—摩擦一体化制动器的创新设计。基于电磁感应定律,推导了电磁制动部分制动力矩公式,为磁场分析提供了理论基础。应用Ansoft Maxwell对电磁制动部分磁感应强度分布情况及制动力矩响应曲线进行了分析,仿真结果表明,集成制动器各电磁制动情况均能获得一定的制动力矩,可以有效的分担部分摩擦制动的负担,降低“热衰退”。

传统液力缓速器价格昂贵,结构复杂且质量大。文章正向设计了一种新型液力缓速器,基于ICEMCFD、Fluent软件进行了网格划分和流体流道分块,并进行了台架搭建与试验,初步达到了预期的缓速制动结果。新型液力缓速器体积小、机械机构简单,便于安装加工制造,利用液力元器件进行相似放大设计可以拓展应用场合。