磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1　選題的背景與意義</p><p>　　針對(duì)磁流變液有易沉降，穩(wěn)定性差，顆粒易磨損等缺點(diǎn)，人們開發(fā)了新型磁控智能材料—磁流變彈性體(MRE)

2、。它是將微米級(jí)軟磁性顆粒如羰基鐵粉分散在橡膠或硅油中形成特定結(jié)構(gòu)后固化制備而成的。</p><p>　　磁流變彈性體力學(xué)、電學(xué)諸性能將隨所加磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。由于它兼有磁流變材料和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)快，可逆性好，可控能力強(qiáng)等又克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，因而近年來成為磁流變材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。它可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)器人和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其是在減振方面的應(yīng)用等領(lǐng)域，完成一些傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的功能

3、。</p><p>　　2　研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　2.1　磁流變彈性體材料特性及已有減振應(yīng)用方法。</p><p>　　2.2　建立磁流變彈性體減振系統(tǒng)理論模型。</p><p>　　2.3　研究提出剪切工作模式下基于磁流變彈性體的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.4　完成剪切

4、模式下減振結(jié)構(gòu)的零件圖以及裝配圖的任務(wù)，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　研究的方法與技術(shù)路線</p><p><b>　　如圖１所示</b></p><p>　　4　研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　2010.12.05至2010.12.15 閱讀文獻(xiàn)，總結(jié)分析。</p><p&g

5、t;　　2010.12.15至2010.12.25 查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，分析總結(jié)磁流變彈性體減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完成文獻(xiàn)綜述與開題報(bào)告。</p><p>　　2010.12.25至2010.03.15研究剪切工作模式下基于磁流變彈性體的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并完成外文翻譯工作。</p><p>　　2010.03.15至2010.04.15完成減振結(jié)構(gòu)裝配圖及部分零件圖，并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。<

6、;/p><p>　　2010.04.15至2010.05.01撰寫論文準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　圖１</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　Shiga, T., Okada, A., Kurauchi, T. Magnetro-viscoelastic

7、Behavior of Composite Gels. Journal of Applied Polymer Science, 1995, 58:787-792.</p><p>　　Jolly, M.R., Carlson, J.D., Munoz, B.C., et al. The Magnetoviscoelastic Response of Elastomer Composites Consisting

8、of Ferrous Particles Embedded in a PolymeMatrix. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, 7: 613-622.</p><p>　　J.M.Ginder, M.E.Nichols, et al. Magnetorheological Elastomers: Properties a

9、nd Applications. Proceedings of SPIE (1999), 3675. pp.131-138.</p><p>　　L.C.Davis. Model of Magnetorheological Elastomers. Journal of Applied Physics, 85(6), 1999. pp.3348-3351.</p><p>　　Bossis,

10、 G.., Abbo, C. Electroactive and Electrostructured Elastomers. International Journal of Modern Physics B, 2001, 15(6&7):564-573.</p><p>　　Bednarek,S. The Giant Magnetostriction in Ferromagnetic Composite

11、s within an Elastomer. Applied Physics A, 1999, 68:63-67.</p><p>　　S.A.Demchuk, V.A.Kuz’min. Viscoelastic Properties of Magnetorheological Elastomers in</p><p>　　the Regime of Dynamic Deformatio

12、n. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 75(2), 2002. pp.396-400.</p><p>　　Lokander, M., .Stenberg, B. Performance of isotropic magnetorheological rubber materials. Polymer Testing, 2003, (22): 2

13、45-251.</p><p>　　M.Lokander, B.Stenberg. Improving the Magnetorheological Effect in Isotropic Magnetorheoligcal Rubber Materials. Polymer Testing 22, 2003. pp.677-680.</p><p>　　Liliana Borcea ,

14、Oscar Bruno. On the Mgneto-elastic Poperties of Elastomer–ferromagnet Composites. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49, 2001. pp.2877-2919.</p><p>　　Tetsu Mitsumata, Kenta Furukawa, Etienne Jul

15、iac, Kenji Iwakura, and Kiyohito Koyama,</p><p>　　Compressive Modulus of Ferrite Containning Polymer Gels, International Journal of Modern Physics B, Vol. 16, Nos. 17 & 18 (2002)2419-2425</p><

16、p>　　Malcolm J.Wilson, Alan Fuchs, Faramarz Gordannejad Development and Characterization of Magnetorheological Polymer Gels, Journal of Applied Polymer Science, Vol.84,2733-2742 (2002)</p><p>　　李劍鋒，龔興龍，張培強(qiáng)

17、等，硅橡膠基磁流變彈性體的研制[J].功能材料，2006,6(37):1005-1012.</p><p>　　方生，龔興龍，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體力學(xué)性能的測(cè)試與分析[J].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,34(4):456-463.</p><p>　　王樺，周剛毅，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體剪切性能的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2004,19(1):1-5.</p>&l

18、t;p>　　龔興龍，李劍鋒，張先舟等，磁流變彈性體力學(xué)性能測(cè)量系統(tǒng)的建立[J].功能材料，2006,5(37):733-735.</p><p>　　鄧華夏，龔興龍，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體調(diào)頻吸振器的研制[J].功能材料，2006,5(37):790-792.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械

19、設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1　緒論</b></p><p>　　磁流變彈性材料是一種新型的智能材料。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步以及人類生活需求的不斷提高。作為一種新型的智能材料，越來越多的引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。磁流變材料主要有液體（即磁流變液)及固體（即磁流變彈性體)兩種。本

20、文主要研究的是磁流變彈性體在剪切工作模式下的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減振的主要方法分為隔振與吸振兩種。</p><p><b>　　2　磁流變材料 </b></p><p>　　磁流變材料是一類智能材料的總稱。在磁流變家族中，人們關(guān)注最多的主要是它的液態(tài)(磁流變液)和固態(tài)(磁流變彈性體)兩種。磁流變液是由低磁導(dǎo)率的母液(硅油)、高磁導(dǎo)率的軟磁性微粒如鐵粉和一些起穩(wěn)定作用的添加劑

21、組成。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，這類流體與普通的牛頓流體性質(zhì)相似，而一旦加磁場(chǎng)，流體性質(zhì)會(huì)發(fā)生急劇變化，呈現(xiàn)出類固體的特征，具有剪切屈服強(qiáng)度，而且表觀粘度會(huì)增加若干個(gè)數(shù)量級(jí)，去除磁場(chǎng)后材料又會(huì)回復(fù)到原來的狀態(tài)，這種變化可以瞬間完成。然而磁流變液易沉降，穩(wěn)定性差，顆粒易磨損等缺點(diǎn)一直是磁流變液工作者的最大的挑戰(zhàn)。</p><p>　　針對(duì)磁流變液易沉降等難題，人們開發(fā)了新型磁控智能材料—磁流變彈性體。它是將微米級(jí)軟磁性顆粒如羰

22、基鐵粉分散在橡膠或硅油中形成特定結(jié)構(gòu)后固化制備而成的。由于顆粒固定在基體中，因而不存在顆粒沉降問題，因而與普通磁流變液相比磁流變彈性體不但具有可控性、可逆性以及響應(yīng)迅速等高技術(shù)特征，還具有穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單制備成本低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于磁流變彈性體兼有磁流變液與彈性體兩方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，它的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)諸性能可以由外加磁場(chǎng)來控制，因此作為一種新型的智能材料，磁流變彈性體具有廣泛的工程應(yīng)用前景。</p><p>

23、　　3　磁流變彈性體的研究歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　磁流變彈性體最早出現(xiàn)在 1995 年，T.Shiga 等人[1]嘗試使用硅樹脂和鐵粉混合制備出具有磁控性能的材料，該材料當(dāng)時(shí)被稱為具有磁致粘彈性的凝膠。隨后美國 Lord 公司的研究人員Jolly Carlson等人對(duì)磁流變彈性體的力學(xué)性能進(jìn)行了初步測(cè)試和分析,Jolly使用硅橡膠作為基體制備出的磁流變彈性體外加磁場(chǎng)在0.8T 時(shí)磁流變彈性體的剪切模量比無

24、磁場(chǎng)時(shí)初始值增加約40%[2]。Ford公司研究組成員Ginder、Davis等人對(duì)基體為天然橡膠的磁流變彈性體進(jìn)行了建模并對(duì)其粘彈性行為進(jìn)行了研究[3,4],Davis理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)顆粒的最佳體積比為27%，此時(shí)磁飽和后其剪切模量的相對(duì)改變量為50%。其中Ginder等人基于磁流變彈性體設(shè)計(jì)出了可控剛度的汽車軸襯(bushing)以及可調(diào)節(jié)的吸振器(tuned vibration absorber)并申請(qǐng)了專利[4]。</p>

25、;<p>　　其它的研究包括：法國的Bossis對(duì)電磁流變彈性體的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì)進(jìn)行了初步的觀測(cè)[5]，波蘭的Bednarek也對(duì)磁流變彈性體的磁致伸縮特性進(jìn)行了較系統(tǒng)分析[6],白俄羅斯的Demchuk等人分別以明膠普通硅橡膠以及一種熱敏性硅橡膠作為基體材料制備出磁流變彈性體[7]。瑞典的Lokander等人在制備時(shí),基體分別使用丁苯橡膠丁腈橡膠與丙烯腈的不同組合以及天然橡膠，同時(shí)發(fā)現(xiàn)即使固化時(shí)不加磁場(chǎng)選用形

26、狀不規(guī)則較大的純鐵顆粒的磁流變彈性體的效應(yīng)也很明顯,在外加磁場(chǎng)為0.8T時(shí)剪切模量的相對(duì)增加量可達(dá)20%[8,9]。Rice大學(xué)的Borcea等人應(yīng)用最小能量原理分析了磁場(chǎng)對(duì)各向同性的磁流變彈性體的拉伸壓縮性能的影響[10]。日本的Tetsu Mitsumata使用乙烯基聚乙烯醇戊二醛等一系列化學(xué)物質(zhì)和工藝制備鋇鐵氧合物作為磁凝膠并用超聲波激勵(lì)的波速來測(cè)試其模量[11]。而美國的Malcolm J.Wilson等人用6微米羰基鐵粉顆粒聚

27、亞安酯添加一種烷烴和硅橡膠添加硅油作為基體，給出了不同配比下材料的液體-膠體-固體轉(zhuǎn)換曲線等基體配用準(zhǔn)則[12]。</p><p>　　目前在國內(nèi)外文獻(xiàn)中出現(xiàn)的對(duì)磁流變彈性體的研究主要處于理論和實(shí)驗(yàn)階段，磁流變彈性體的相關(guān)應(yīng)用研究也更處于起步階段。國內(nèi)主要有中國科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)、華南理工大學(xué)、佛山學(xué)院、寧波大學(xué)、湖南工程學(xué)院等院校開始了對(duì)磁流變彈性體的研究。</p><p>

28、;　　國內(nèi)對(duì)磁流變彈性體進(jìn)行了比較深入研究的是中國科技大學(xué)。近年來中國科技大學(xué)的力學(xué)和機(jī)械工程系智能材料和振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室在磁流變彈性體方面展開了大量的研究，在材料的研制，力學(xué)性能表征和應(yīng)用器件等方面取得的主要進(jìn)展包括以下方面：建立了用粘塑性體狀態(tài)和流體狀態(tài)研制磁流變彈性體的系統(tǒng)，分別用硅橡膠和天然橡膠為基體制備出已達(dá)國際領(lǐng)先水平的磁流變彈性體[13]；建立了一套評(píng)估磁流變彈性體力學(xué)和機(jī)械性能的測(cè)試系統(tǒng)。在測(cè)量磁流變彈性體的零場(chǎng)和磁致準(zhǔn)靜

29、態(tài)模量方面，建立并初步完善了具備力磁耦合功能的電子拉力機(jī)，可以測(cè)試磁流變彈性體在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度和應(yīng)變率情況下的準(zhǔn)靜態(tài)模量[14]。對(duì)于磁流變彈性體在零場(chǎng)和不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的動(dòng)態(tài)復(fù)模量的測(cè)量，使用了經(jīng)過改造的，可以實(shí)現(xiàn)力磁耦合的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，能夠全面測(cè)試磁流變彈性體的磁致動(dòng)態(tài)粘彈性性能，如不同頻率加載下的磁致儲(chǔ)能模量和損耗因子等[15]。此外利用傳統(tǒng)的橡膠測(cè)試手段，對(duì)磁流變彈性體的強(qiáng)度、硬度、抗磨耗性、抗疲勞性和回彈性等多項(xiàng)機(jī)械性能都建立了相

30、應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)。這一系列測(cè)試系統(tǒng)的建立，為磁流變彈性體的性能測(cè)試提供了較為全面的評(píng)估體系，為磁流變彈性體的性能突破和實(shí)用化研究打</p><p>　　4　磁流變體今后的研究方向</p><p>　　磁流變體的研究才剛剛開始，但是磁流變彈性體已顯示出它巨大的應(yīng)用潛力。磁流變彈性體在汽車減振、減噪都能夠替代傳統(tǒng)的器件，如懸掛系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)架、軸襯、吸振器等。本課題研究的就是磁流變彈性在剪切模式下的

31、減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是利用磁流變體的獨(dú)特性質(zhì)來達(dá)到隔振或吸振的作用。</p><p>　　傳統(tǒng)的動(dòng)力吸振一般由振子、彈性元件和阻尼元件組成。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單，能有效抑制頻率范圍變化較小的結(jié)構(gòu)與設(shè)備的振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，因此在工程實(shí)踐中得以廣泛的應(yīng)用。實(shí)際的振源往往復(fù)雜而頻率變化較大，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)振動(dòng)環(huán)境及結(jié)構(gòu)設(shè)備的振動(dòng)特性提出越來越高的要求，但傳統(tǒng)的被動(dòng)式吸力吸振器的有效吸振帶寬較窄，一般只針對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)

32、的一個(gè)頻率，這就大大限制了動(dòng)力吸振器的應(yīng)用范圍。因此，研究新型吸振技術(shù)非常重要。</p><p>　　近年來主動(dòng)式動(dòng)力吸振技術(shù)發(fā)展迅速，主動(dòng)式吸振技術(shù)又分為全主動(dòng)式和半主動(dòng)式。全主動(dòng)式是在傳統(tǒng)被動(dòng)吸振器上引入主動(dòng)元件提供主動(dòng)力，直接作用于減振對(duì)象，能進(jìn)行頻率跟蹤控制，減振頻帶寬，減振效果好，但需要的附加能量多。半主動(dòng)式吸振器一般通過改變吸振器的剛度等參數(shù)，使其有效吸振頻率跟蹤減振對(duì)象的外干擾力頻率，吸振效果接近全

33、主動(dòng)式的吸振效果，而且需要控制能量小，易于實(shí)現(xiàn)，引起了大家的關(guān)注，這也將是磁流變彈性體的研究方向。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　Shiga, T., Okada, A., Kurauchi, T. Magnetro-viscoelastic Behavior of Composite Gels. Journal of Applie

34、d Polymer Science, 1995, 58:787-792.</p><p>　　Jolly, M.R., Carlson, J.D., Munoz, B.C., et al. The Magnetoviscoelastic Response of Elastomer Composites Consisting of Ferrous Particles Embedded in a PolymeMatr

35、ix. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, 7: 613-622.</p><p>　　J.M.Ginder, M.E.Nichols, et al. Magnetorheological Elastomers: Properties and Applications. Proceedings of SPIE (1999),

36、3675. pp.131-138.</p><p>　　L.C.Davis. Model of Magnetorheological Elastomers. Journal of Applied Physics, 85(6), 1999. pp.3348-3351.</p><p>　　Bossis, G.., Abbo, C. Electroactive and Electrostruc

37、tured Elastomers. International Journal of Modern Physics B, 2001, 15(6&7):564-573.</p><p>　　Bednarek,S. The Giant Magnetostriction in Ferromagnetic Composites within an Elastomer. Applied Physics A, 199

38、9, 68:63-67.</p><p>　　S.A.Demchuk, V.A.Kuz’min. Viscoelastic Properties of Magnetorheological Elastomers in</p><p>　　the Regime of Dynamic Deformation. Journal of Engineering Physics and Thermop

39、hysics, 75(2), 2002. pp.396-400.</p><p>　　Lokander, M., .Stenberg, B. Performance of isotropic magnetorheological rubber materials. Polymer Testing, 2003, (22): 245-251.</p><p>　　M.Lokander, B.S

40、tenberg. Improving the Magnetorheological Effect in Isotropic Magnetorheoligcal Rubber Materials. Polymer Testing 22, 2003. pp.677-680.</p><p>　　Liliana Borcea , Oscar Bruno. On the Mgneto-elastic Poperties

41、of Elastomer–ferromagnet Composites. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 49, 2001. pp.2877-2919.</p><p>　　Tetsu Mitsumata, Kenta Furukawa, Etienne Juliac, Kenji Iwakura, and Kiyohito Koyama,</

42、p><p>　　Compressive Modulus of Ferrite Containning Polymer Gels, International Journal of Modern Physics B, Vol. 16, Nos. 17 & 18 (2002)2419-2425</p><p>　　Malcolm J.Wilson, Alan Fuchs, Faramarz

43、 Gordannejad Development and Characterization of Magnetorheological Polymer Gels, Journal of Applied Polymer Science, Vol.84,2733-2742 (2002)</p><p>　　李劍鋒，龔興龍，張培強(qiáng)等，硅橡膠基磁流變彈性體的研制[J].功能材料，2006,6(37):1005-1012.

44、</p><p>　　方生，龔興龍，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體力學(xué)性能的測(cè)試與分析[J].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,34(4):456-463.</p><p>　　王樺，周剛毅，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體剪切性能的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2004,19(1):1-5.</p><p>　　龔興龍，李劍鋒，張先舟等，磁流變彈性體力學(xué)性能測(cè)量系統(tǒng)的建立[J].功能

45、材料，2006,5(37):733-735.</p><p>　　鄧華夏，龔興龍，張培強(qiáng)等，磁流變彈性體調(diào)頻吸振器的研制[J].功能材料，2006,5(37):790-792.</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　

46、磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要: 磁流變彈性材料是一種新型的智能材料。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步以及人類生活需求的不斷提高，其作為一種新型的智能材料，越來越多的引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。本文主要研究的是磁流變彈性體在剪切工作模式下的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于這點(diǎn)，本文首先介紹了磁流變彈性體的性能及其制備，接下來再考

47、察磁流變彈性體減振的基本原理。在磁流變減振原理的基礎(chǔ)上，提出了磁流變彈性體剪切模式的減振結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，繪制出結(jié)構(gòu)簡圖，分析結(jié)構(gòu)的可行性、連接件的選擇、尺寸的制定等。確定整體方案后畫出磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)的裝配圖以及一些重要零件圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 磁流變彈性體；剪切模式；減振；概念設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b>&

48、lt;/p><p>　　Abstract：Magnetic elastic material is a new type of smart materials. With the advances in materials science and the increasing demand for human life,a new material, attracts increasing attention of

49、scholars. This thesis is the study of magnetorheological elastomer in shear mode of vibration under the structural design. Based on this, this thesis introduces the performance of a magnetorheological elastomer first and

50、 then investigate the basic principles of damping structure. Base on the basic pri</p><p>　　Key words：Magnetorheological elastomers；shear mode；damping；conceptual design</p><p><b>　　目　錄<

51、/b></p><p><b>　　摘　要10</b></p><p>　　Abstract11</p><p><b>　　目　錄13</b></p><p><b>　　1引言15</b></p><p>　　2磁流變彈性體的發(fā)展歷

52、史與研究現(xiàn)狀16</p><p>　　2.1國外研究歷史及現(xiàn)狀16</p><p>　　2.2國內(nèi)研究歷史及現(xiàn)狀16</p><p>　　2.3磁流變彈性體得發(fā)展趨勢(shì)17</p><p>　　3磁流變彈性體18</p><p>　　3.1磁流變彈性體的研制18</p><p&g

53、t;　　3.1.1顆粒的研制19</p><p>　　3.1.2顆粒在不同基體的分布19</p><p>　　3.1.3添加劑對(duì)磁流變效應(yīng)的影響20</p><p>　　3.2磁流變彈性體的研制21</p><p>　　3.2.1磁流變彈性體的磁流變效應(yīng)21</p><p>　　3.2.2磁流變彈

54、性體力學(xué)性能的理論表征22</p><p>　　3.2.3磁流變彈性體的工作模式24</p><p>　　4磁流變彈性體剪切模式減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1動(dòng)力吸振器25</p><p>　　4.1.1機(jī)械式頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器25</p><p>　　4.1.2磁流變彈性體自調(diào)諧式吸

55、振器及其優(yōu)化控制26</p><p>　　4.2磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)自主設(shè)計(jì)27</p><p>　　5磁流變彈性體剪切模式減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析29</p><p>　　5.1尺寸選擇29</p><p>　　5.1.1底座和墊板的尺寸29</p><p>　　5.1.2磁流變彈性體的尺寸

56、29</p><p>　　5.1.3導(dǎo)磁骨架的尺寸30</p><p>　　5.1.4減振對(duì)象的尺寸30</p><p>　　5.2連接件選擇31</p><p>　　5.2.1墊板與支撐桿的連接31</p><p>　　5.2.2墊板與導(dǎo)磁骨架的連接31</p><p>　

57、　5.3彈簧的選擇32</p><p>　　6結(jié)論與展望35</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　引言</b></p>

58、<p>　　磁流變材料是智能材料的一種，在磁流變家族中，受到關(guān)注最多的主要分為它的液態(tài)（磁流變液）與固態(tài)（磁流變彈性體）兩種。磁流變液是一種由低磁導(dǎo)率的母液、軟磁性微粒以及添加劑組成的一種混合物。在不外加磁場(chǎng)的狀態(tài)下，它呈現(xiàn)與牛頓流體相近的性質(zhì)。但是附加上磁場(chǎng)以后，流體會(huì)呈現(xiàn)完全不同的性質(zhì)。簡單來說它會(huì)呈現(xiàn)固體屬性，具有剪切屈服強(qiáng)度，表現(xiàn)粘度會(huì)大大增加，可高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)我們卸掉磁場(chǎng)之后，材料的性能也將隨之復(fù)原，它的反應(yīng)時(shí)

59、間相當(dāng)之短，可以在瞬間完成。然而磁流變液具有很大的局限性，比如說穩(wěn)定性差、容易沉降、顆粒容易磨損等。</p><p>　　對(duì)于上述所描述的缺點(diǎn)，經(jīng)過共同的研究開發(fā)，出現(xiàn)了一種新型磁控智能材料，也就是我們課題研究的磁流變彈性體。它是將微米級(jí)軟磁性顆粒分散于橡膠或硅油等介質(zhì)中，形成一定的固體結(jié)構(gòu)后得到。</p><p>　　磁流變彈性體的各種性能如電學(xué)以及力學(xué)性能會(huì)隨著磁場(chǎng)的變化而改變。它不僅

60、擁有磁流變彈性體的優(yōu)點(diǎn)，而且又克服了磁流變液的缺點(diǎn)，所以在最近的幾年成為研究的熱點(diǎn)，發(fā)展進(jìn)度也很快。我們主要研究的是運(yùn)用于機(jī)械傳動(dòng)方面的，尤其是減振方面。所以本文將對(duì)磁流變彈性體的制備和減振方面的應(yīng)用等做一個(gè)大概論述，然后設(shè)計(jì)磁流變彈性體剪切工作模式下的減振結(jié)構(gòu)，并完成裝配圖以及部分重要零件圖。</p><p>　　磁流變彈性體的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀</p><p><b>　　國

61、外研究歷史及現(xiàn)狀</b></p><p>　　日本的T Shiga等[1]在1995年第一次提出了磁流變彈性體的概念，研究用鐵粉和硅樹脂來制備材料以及其磁致粘彈性問題。接下來美國Lord公司的Jolly等[2]制作了3 種鐵粉體積比分別為10%、20%和30%的磁流變彈性體，然后經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)彈性模量發(fā)生的最大改變量約為0.6，顆粒體積比為30%。</p><p>　　福特汽車

62、公司的Ginder等[3-4]人根據(jù)天然橡膠磁流變彈性體的粘彈特性和應(yīng)用研究，開發(fā)明出可調(diào)可控的減振器和可控剛度汽車軸襯。Davis[5] 等研究了磁流變彈性的剪切模量隨磁場(chǎng)的變化規(guī)律。法國的Bossis[6]對(duì)電磁流變彈性體的電磁學(xué)特性進(jìn)行了研究。波蘭的Bednarek[7]研究了磁流變彈性體的磁致伸縮特性。瑞典Lokande等[8]研究了不同基體對(duì)磁流變彈性體特性的影響。加拿大的Y. Shen等[9]分別研究了天然橡膠和聚氨酯基體的

63、磁流變彈性體。此外，澳大利亞、奧地利、俄羅斯等[10-11]研究人員也開展了磁流變彈性體的研究。</p><p><b>　　國內(nèi)研究歷史及現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國在磁流變材料方面的研究起步較晚，但近年來發(fā)表的論文頗多。目前國內(nèi)很多高校比如中國科技大學(xué)、重慶大學(xué)、寧波大學(xué)等開始了對(duì)磁流變彈性體的研究。尤其以中國科技大學(xué)的研究最為突出。在磁流變彈性體的性能

64、研究方面，王樺、周剛毅等[12]對(duì)磁流變彈性體剪切性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，主要利用實(shí)驗(yàn)儀器自制勵(lì)磁機(jī)構(gòu)、HP35665A頻譜分析儀、PCB錘和SHT-Ⅲ數(shù)字特斯拉計(jì)，測(cè)出MRE受到剪切激勵(lì)之后的自由衰減特性，再通過磁流變彈性體變形后恢復(fù)原態(tài)的過程建立理論模型。最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間接得到MRE的剪切模量以及材料損耗因子。得出：MRE的剪切模量G隨著磁場(chǎng)的增加而增加；當(dāng)顆粒進(jìn)入磁飽和時(shí)，G受磁場(chǎng)影響甚微；其最大變化比例為0.6且發(fā)生在磁飽和階段

65、。方生、龔興龍等[13]基于單自由度基礎(chǔ)激勵(lì)，建立了磁流變彈性體磁致粘彈性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)果顯示在磁感應(yīng)強(qiáng)度為225時(shí)，磁場(chǎng)引起的附加剪切模量為0.3，而損耗因子變化很小。</p><p>　　磁流變彈性體得發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　磁流變體的研究還處在起步階段，但是它已經(jīng)呈現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。磁流變彈性體在機(jī)械零部件的應(yīng)用非常廣泛，可以在汽車減振及減噪方面替代傳統(tǒng)的材料，從而達(dá)到

66、更好的效果。本課題研究的內(nèi)容就是磁流變彈性在剪切模式下的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是利用磁流變體的獨(dú)特性質(zhì)來達(dá)到吸振或隔振的作用。</p><p>　　傳統(tǒng)的吸振器一般結(jié)構(gòu)比較簡單，由彈性元件、阻尼元件以及振子這三大部分組成。雖然它結(jié)構(gòu)簡單易于制造，但減振效果一般，局限性較大，只能抑制小范圍頻率的振動(dòng)[14] 。在實(shí)際實(shí)踐中振源的頻率可能變化較大，而且隨著對(duì)于減振要求的不斷提高，傳統(tǒng)的動(dòng)力減振系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了人們的要求。

67、所以針對(duì)這一情況，我們要研制出可以應(yīng)用于頻率范圍波動(dòng)較大場(chǎng)合下的吸振器，擴(kuò)大吸振器的應(yīng)用范圍，這對(duì)于今后的發(fā)展是很有意義的。</p><p>　　今年來對(duì)于吸振器的研究很多，發(fā)展也很迅速，尤其是主動(dòng)吸振器。主動(dòng)吸振器又可以分為全主動(dòng)式和半主動(dòng)式[15]。全主動(dòng)式使在傳統(tǒng)吸振器的基礎(chǔ)上，加入主動(dòng)元件提供所需要的力，作用于減振對(duì)象，實(shí)現(xiàn)頻率的控制，減振效果非常好，缺點(diǎn)就是所需要的能量較多，能耗較大。半主動(dòng)吸振器通常是

68、通過改變吸振器的參數(shù)，使吸振器頻率跟蹤外力頻率，解除干擾從而達(dá)到吸振效果。它的減振效果雖然沒完全達(dá)到全主動(dòng)吸振，但也比較接近，而且所需要的外加控制能量較小，能耗小，控制較為簡單，從而得到了廣泛的關(guān)注，是今后的研究方向[16]。下圖1所示為半主動(dòng)吸振技術(shù)的原理圖。</p><p>　　圖1 半主動(dòng)吸振技術(shù)原理圖</p><p>　　1吸振器，2減振對(duì)象，3A與3B加速度傳感器，4電荷放大器

69、，5控制系統(tǒng)，6功率放大器。</p><p><b>　　磁流變彈性體</b></p><p><b>　　磁流變彈性體的研制</b></p><p>　　用不同的彈性體材料和工藝制備，以及生產(chǎn)方法的不同，磁流變彈性體的表現(xiàn)千差萬別。獲得了性能優(yōu)良的磁流變彈性體可有效地減少應(yīng)用研究過程中不必要的干擾；結(jié)構(gòu)優(yōu)良的磁流變彈性是

70、后續(xù)研究的一個(gè)重要先決條件。</p><p><b>　　顆粒的研制</b></p><p>　　顆粒的研制包括有制備顆粒、控制顆粒的形貌以及對(duì)顆粒進(jìn)行改性。制備顆粒的主要有兩種方法，物理法制備和化學(xué)法制備。其中物理法制備主要是研磨、球磨等；化學(xué)制備法主要就是濕化學(xué)法和煅燒法等。</p><p>　　對(duì)于控制顆粒形貌，主要方法是有加入表面改性劑

71、，通過接枝填料的表面以及對(duì)其表面進(jìn)行包裹等，從而對(duì)粒子表面狀態(tài)、粒子孔隙等進(jìn)行改變。</p><p>　　顆粒在不同基體的分布</p><p>　　按照顆粒在基體中的分布可以將磁流變彈性體分成兩種:預(yù)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化磁流變彈性體。</p><p>　?。?）預(yù)結(jié)構(gòu)化制備磁流變彈性體：目前大部分學(xué)者研究所采用的磁流變彈性體都是用這種方法所研制的。它是在外部強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下

72、，將彈性體基體與軟磁性顆?；旌虾蠓胖迷谄渲?，這樣一來里面的基體顆粒會(huì)形成一定的鏈狀結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)⑦@種特定形狀保留在固化后的基體中。一般稱這樣的材料為各向異性的磁流變彈性體材料。（圖a）</p><p>　　（2）非預(yù)結(jié)構(gòu)化制備磁流變彈性體：這種方法制備磁流變彈性體最大的特點(diǎn)是在磁流變彈性體的固化過程中不施加磁場(chǎng)，因此用這種方法制備得到的彈性體中軟磁性顆粒在基體中沒有形成有序結(jié)構(gòu)的，這種模式下制取的磁流變彈性體的磁

73、流變效應(yīng)一般只有預(yù)結(jié)構(gòu)化的磁流變彈性體的一半左右。（圖b）</p><p>　　但是無論是非預(yù)結(jié)構(gòu)化還是預(yù)結(jié)構(gòu)化制備的磁流變彈性體，在施加外磁場(chǎng)后都會(huì)使得材料本身的性質(zhì)發(fā)生改變，并且隨著磁場(chǎng)大小的不同這種改變發(fā)生的強(qiáng)度也各不相同，因此它們的力學(xué)、電學(xué)諸多性能可以由外加磁場(chǎng)來控制。</p><p>　　a. 有場(chǎng)下制備的磁流變彈性體　 b. 無場(chǎng)下制備的磁流變彈性體　</p>

74、;<p>　　圖2流變彈性體的截面電鏡照片</p><p>　　添加劑對(duì)磁流變效應(yīng)的影響</p><p>　　磁流變彈性體的成分添加劑在磁流變彈性體的制備中起著相當(dāng)重要的影響，不同的添加劑可以形成不同的磁流變彈性體，磁流變彈性體的性質(zhì)也大大不同。根據(jù)添加劑的作用我們可以分為以下幾類：表面改性劑即改變表面性質(zhì)的添加劑，防老化劑即防止磁流變彈性體老化的添加劑，增塑劑即增加磁流變彈

75、性體的塑性的添加劑等。</p><p>　　表面改性劑也有很多種，常用的高級(jí)脂肪酸、不飽和有機(jī)酸、偶聯(lián)劑等。表面改性劑的表面活性分子一部分極性也就是親水部分，一部分非極性也就是親油部分[17]。它們分處在分子的兩端，形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)充分接觸金屬時(shí)，極性親水部分會(huì)與金屬表面通過鍵作用聯(lián)合起來，形成弱化學(xué)作用，從而將金屬顆粒包裹起來。</p><p>　　表面改性劑最為常用之一就是偶聯(lián)劑，它

76、可以分為有機(jī)鉻、鈦酸酯等類型。偶聯(lián)劑的改性作用方法主要有兩種，預(yù)處理法及整體摻和法。預(yù)處理是先處理后聚合，即先對(duì)粒子進(jìn)行改性，然后加入聚合物中；整體摻和法是將加工工藝與改性工藝在同時(shí)進(jìn)行，在通常情況下預(yù)處理法效果好一些[17]。</p><p>　　增塑劑是一種低分子量的有機(jī)化合物，揮發(fā)性較差。它可以改變加工性能，均勻填充劑以及補(bǔ)強(qiáng)劑等，讓工藝流程更順暢容易的操作。增塑劑有很多功能，比如軟化基體，提升磁致模量，也

77、就是說增塑劑可以提升磁流變效應(yīng)。增塑劑進(jìn)入橡膠之后，加大分子間距，分子運(yùn)動(dòng)流暢，內(nèi)部應(yīng)力得到了中和，所以橡膠的強(qiáng)度變化并不大。同時(shí)，增塑劑將基體內(nèi)部填充起來，增大了磁流變材料的流動(dòng)性，其機(jī)械性能也不會(huì)出現(xiàn)大幅度改變[17]。增塑劑降低了顆粒分子間的作用力，使顆粒得到充分運(yùn)動(dòng)，大大提升了磁流變彈性體的性能。</p><p><b>　　磁流變彈性體的研制</b></p><

78、p>　　磁流變彈性體的力學(xué)、電學(xué)等各種性能會(huì)隨著所加的磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化而變化。對(duì)于不同的磁流變彈性體，即使是在相同磁場(chǎng)下也會(huì)呈現(xiàn)不同的變化。因此，我們就同一磁流變彈性體的性能進(jìn)行分析，包括磁流變彈性體工作模式、力學(xué)性能等。</p><p>　　磁流變彈性體的磁流變效應(yīng)</p><p>　　磁流變效應(yīng)指的是在外加磁場(chǎng)作用下磁流體的流變性能會(huì)發(fā)生顯著變化，但外加磁場(chǎng)消失時(shí)，這種變化的流變性

79、能會(huì)改變。通過施加磁場(chǎng)，極化粒子的表面形成磁偶極子產(chǎn)生的磁偶極矩。磁偶極子將形成沿磁場(chǎng)鏈結(jié)構(gòu)，以克服熱運(yùn)動(dòng)及分子間力的作用。隨著外部磁場(chǎng)增強(qiáng)強(qiáng)度，一個(gè)相鄰顆粒鏈中的兩極分化也將增加引力，隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，這種鏈狀結(jié)構(gòu)會(huì)繼續(xù)聚集，形成緊密的集群結(jié)構(gòu)(如圖3) [17]。這種微觀結(jié)構(gòu)上的變化導(dǎo)致磁流變彈性體力學(xué)性能的變化。</p><p>　　H=0時(shí)，粒子無序分布</p><p>　　外

80、加H，t=0，產(chǎn)生偶極子</p><p>　　t=0.1s，粒子成鏈</p><p>　　增加H，t=1s，磁鏈增加</p><p>　　去除外磁場(chǎng)，材料復(fù)原</p><p>　　圖3 磁流變彈性體的成鏈過程</p><p>　　磁流變彈性體的磁流變效應(yīng)使其之具備以下特征：:</p><p>　

81、?。?）磁流變彈性體的表觀粘度在磁場(chǎng)的作用下可隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，在某一磁場(chǎng)強(qiáng)度下達(dá)到停止流動(dòng)或固化，但當(dāng)磁場(chǎng)撤離后，磁流變彈性體又可恢復(fù)到原始的表現(xiàn)粘度；</p><p>　?。?）磁流變體表觀粘度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的過程是連續(xù)和無級(jí)的，磁場(chǎng)作用的響應(yīng)十分敏感，一般其響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，并且能耗低；</p><p>　?。?）在磁場(chǎng)作用下磁流變彈性體的力學(xué)性能是可控的，就是通過一個(gè)強(qiáng)度可變

82、的磁場(chǎng)來控制。</p><p>　　磁流變彈性體力學(xué)性能的理論表征</p><p>　　磁流變彈性體的最重要的力學(xué)參數(shù)之一為其磁致模量，可以說是其力學(xué)特性的標(biāo)志。所以，我們合理地利用模型來描述磁流變彈性體的力學(xué)特性。在先前的研究中，我們通常認(rèn)為，磁致模量的改變是由于顆粒間的相互作用，并且磁流變彈性體在固化以后，顆粒根據(jù)外加磁場(chǎng)方向的不同呈鏈狀或者柱狀結(jié)構(gòu)。</p><p

83、>　　偶極子模型就是預(yù)結(jié)構(gòu)化磁流變彈性體的一種很重要的物理模型。這種模型把磁化的每一個(gè)顆粒都當(dāng)成磁偶極子來處理，磁偶極子模型的名字就是由來于此。通過計(jì)算顆粒間的相互作用能以及其能量密度，接下來對(duì)剪切應(yīng)變求導(dǎo)，這樣就可以得到磁流變彈性體的磁致模量[15]。經(jīng)過進(jìn)一步完善，在偶極子基礎(chǔ)上發(fā)展得到了多鏈模型。同時(shí)，如果考慮局部場(chǎng)效應(yīng)，我們可以修正為局部模型。偶極子的多鏈模型將在下面著重介紹</p><p>　　我

84、們知道鐵磁顆粒在磁場(chǎng)的作用下顆粒會(huì)被磁化，磁致剪切模量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。以傳統(tǒng)的單鏈結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)多鏈模型進(jìn)行分析，對(duì)平行等間距鏈，在考慮周圍鏈的影響下進(jìn)行建模。</p><p>　　假設(shè)鏈與磁場(chǎng)方向保持一致，取鐵磁顆粒，并且顆粒大小相同，間距相等。兩個(gè)磁偶極矩假設(shè)為m1和m2，并且相距為r，它們之間作用能為</p><p><b>　?。?）</b></p&

85、gt;<p>　　磁流變彈性體剪切變形，鏈偏角為θ。磁流變彈性體顆粒分布均勻，鏈之間呈平行狀態(tài)，顆粒等間距排列。假設(shè)鏈與磁場(chǎng)方向一致，相鄰鏈間隙為D0，鏈內(nèi)顆粒間隙為d0，鐵磁顆粒半徑R、鏈與鏈之間的間距為D0，鏈內(nèi)相鄰鐵磁顆粒之間的間距為d0，鐵磁顆粒半徑大小為R。任意取一鐵磁顆粒，建立三維直角坐標(biāo)系，如下圖4所示。記空間任意位置處顆粒坐標(biāo)為（x，y，z）。</p><p>　　圖4 顆粒空

86、間坐標(biāo)示意圖</p><p>　　在磁場(chǎng)作用下，坐標(biāo)原點(diǎn)顆粒與空間隨意顆粒之間都有作用力，對(duì)上面的公式進(jìn)行求和可以坐標(biāo)原點(diǎn)在周圍鐵磁顆粒的作用下所產(chǎn)生的能量和</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　假設(shè)磁流變彈性體所占有的體積總和為V，顆粒的體積比濃度為φ。x=kD0，y=mD0，z=nd0，因?yàn)殒溑c鏈之間是平行的，且

87、間距相等，所以k，m，n都是整數(shù)。令λ= D0/ d0, 即λ是相鄰鏈距離與顆粒之間距離的比值，對(duì)相互作用能進(jìn)行計(jì)算求導(dǎo)可得磁致模量為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　運(yùn)用上述模型可以計(jì)算磁流變彈性體的磁流變效應(yīng)。通過計(jì)算研究可以知道，單鏈模型在計(jì)算磁流變彈性體磁致剪切模量時(shí)結(jié)果是偏大的。我們?nèi)绻胩岣叽帕髯儚椥泽w磁致剪切模量，可以從

88、磁相互作用能方面進(jìn)行考慮。顆粒體積比濃度大與小時(shí)分別選擇鏈狀與柱狀結(jié)構(gòu)。</p><p>　　磁流變彈性體的工作模式</p><p>　　我們按照磁流變彈性體的受力方向，外加磁場(chǎng)方向的不同，可以將磁流變彈性體分為不同的工作模式，如圖5所示為磁流變彈性體目前主要的兩種方式，這兩種工作模式的磁流變效應(yīng)最為明顯。</p><p>　　a.擠壓工作模式

89、b. 剪切工作模式</p><p>　　圖 5 磁流變彈性體工作模式</p><p>　　圖5（a）為擠壓工作模式，磁場(chǎng)方向與成鏈方向一致，外加載荷也與成鏈方向一致，顆粒受到擠壓的作用，所以我們稱之為擠壓式。圖5（b）為剪切工作模式，這種工作模式磁場(chǎng)方向也與成鏈方向一致，但外加載荷與成鏈方向垂直，顆粒受到剪切的作用，所以我們稱之為剪切式。目前對(duì)磁流變彈性體的應(yīng)用主要是使用剪切模式，這

90、是因?yàn)榇帕髯儚椥泽w在剪切模式下可控變化范圍更大，剪切模量的相對(duì)變化率已高達(dá)188％ 。因此本文設(shè)計(jì)的減振器將采用磁流變彈性體的剪切工作模式。</p><p>　　磁流變彈性體剪切模式減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　動(dòng)力吸振器</b></p><p>　　吸振器運(yùn)用的場(chǎng)合越來越廣，傳統(tǒng)的動(dòng)力吸振器已經(jīng)不能滿足不了人們的需求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的吸

91、振器擁有固定的參數(shù)，傳統(tǒng)吸振器減振效果會(huì)隨著振源振動(dòng)頻率的偏移而性能大大降低。所以，人們開始關(guān)注頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器，這種吸振器可以改變吸振器的參數(shù)，也就是可以改變吸振器的固有頻率，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤控制。頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器在變頻場(chǎng)合能起到更好的作用，并且擁有能耗少、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。目前有很多種類的頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器，應(yīng)用較多的有機(jī)械式和電磁式等。</p><p>　　機(jī)械式頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器</p>&l

92、t;p>　　機(jī)械式頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器是最為常用的一種可調(diào)動(dòng)力吸振器，它在吸振方面有很大的優(yōu)勢(shì)，如材料價(jià)格較低、控制成熟并且穩(wěn)定等，所以得到非常廣泛的研究和應(yīng)用。為了達(dá)到良好的減振效果，通常減震器動(dòng)靜比都取很大，阻尼取很小[15]。根據(jù)這個(gè)原則，設(shè)計(jì)出下圖所示的機(jī)械式頻率可調(diào)動(dòng)力吸振器，該吸振器結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖6(a)是吸振器的三維結(jié)構(gòu)，圖6(b)是吸振器的實(shí)物照片。</p><p>　　圖6 吸振器的

93、示意圖</p><p>　　圖6(a)中，動(dòng)質(zhì)量即透明部分采用的結(jié)構(gòu)為封閉式，這樣能更加合理利用裝置的空間。動(dòng)質(zhì)量用的是合金材料，重3-5kg，它上面裝有直線滑桿，桿上又布置有直線滑塊，它們可以隨著滑桿橫向運(yùn)動(dòng)[16]。</p><p>　　吸振器彈簧的設(shè)置分為兩種，一種為變剛度彈簧，另一種為螺旋彈簧。其中變剛度彈簧的組成為四片瓦片彈簧，每片都有兩端組成[16]。其中一端連接滑動(dòng)螺母，另一

94、端連接直線滑桿。當(dāng)螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母垂向運(yùn)動(dòng)，因此彈簧開口的長度也發(fā)生了改變，彈簧的等效剛度也就發(fā)生了改變。</p><p>　　與吸振器動(dòng)質(zhì)量相連的變剛度彈簧在吸振變頻起著很重要的作用。它不承受裝置的整個(gè)質(zhì)量，包括動(dòng)質(zhì)量與靜質(zhì)量。靜質(zhì)量作用于地板上的四根螺旋彈簧。這樣設(shè)計(jì)是為了在變剛度時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)的質(zhì)量就會(huì)大大減小，負(fù)載減小，減小了能耗，提高了其穩(wěn)定性。直線導(dǎo)桿的放置是限制吸振器運(yùn)動(dòng)方向，使其振動(dòng)方向只可以是

95、垂直的。</p><p>　　這樣設(shè)計(jì)的吸振器尺寸較為合理，性能良好。吸振器的靜質(zhì)量可以控制在1kg左右，因此動(dòng)靜比很大，質(zhì)量利用率很高。通過力學(xué)測(cè)試，我們還可以得到吸振器移頻范圍帶很寬，移頻曲線線性度很好。</p><p>　　我們對(duì)吸振器特性進(jìn)行了評(píng)估，得到的結(jié)論較好。在優(yōu)化安裝位置可調(diào)動(dòng)力吸振器在較寬的頻率段內(nèi)取得了很好的減振效果。</p><p>　　磁流變

96、彈性體自調(diào)諧式吸振器及其優(yōu)化控制</p><p>　　隨著研究的深入，主動(dòng)吸振器的吸振效果得到了大大的提高，尤其是在寬頻吸振方面，也加大了吸振器的應(yīng)用范圍。接下來我們介紹自調(diào)式吸振器[17]，這是一種將遺傳算法應(yīng)用于吸振器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)減振性能優(yōu)化控制的減振器。</p><p>　　圖7是磁流變彈性體自調(diào)吸振器結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是實(shí)物圖。圖7中安裝基上安裝有由線圈以及鐵芯等形成閉合磁路，這樣就

97、形成了吸振器的吸子[14]。吸振器的導(dǎo)桿安裝在基座上，確定了工作模式，即剪切工作模式。彈簧套在導(dǎo)桿外，支撐裝置整個(gè)動(dòng)質(zhì)量，分析得</p><p><b>　　（4）</b></p><p>　　上式中f為吸振器的固有頻率；G是磁流變彈性體的剪切模量；A是磁流變彈性體發(fā)生剪切的有效面積；h是磁流變彈性體的厚度；m是振子的質(zhì)量[13]。</p><p&

98、gt;　　應(yīng)用磁流變彈性體中的磁偶極子模型可知，鐵磁顆粒磁化，磁致模量相互作用力會(huì)發(fā)生改變，磁致模量也會(huì)相應(yīng)地增加。由(4)式可得，磁流變彈性體剪切模量還會(huì)隨著外加磁場(chǎng)的不同而發(fā)生改變，然后剪切剛度的改變還會(huì)引起吸振器固有頻率的改變。</p><p>　　圖7 吸振器結(jié)構(gòu)示意圖 圖8 吸振器實(shí)物圖</p><p>　　1基座，2導(dǎo)桿組，3支撐彈簧，4線性軸承，5銅

99、制安裝基，6上軸線圈，7蓋板，8上軸鐵芯，9導(dǎo)磁側(cè)板，10側(cè)軸線圈，11側(cè)軸鐵芯，12剪切片，13磁流變彈性體</p><p>　　磁流變彈性體剪切工作模式減振結(jié)構(gòu)自主設(shè)計(jì)</p><p>　　參考上述等方案，自主設(shè)計(jì)磁流變彈性體剪切工作模式減振機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的示意圖如圖9所示。1表示底座，2表示彈簧，3表示墊板，4表示螺栓，5表示線圈，6表示導(dǎo)磁骨架，7表示彈性體墊板，8表示磁流變彈性體，9

100、表示減振對(duì)象，10表示墊圈，11表示限位桿，12表示墊圈，13表示六角螺母，14表示軸套，15表示鉚釘。當(dāng)振動(dòng)作用于減振對(duì)象9時(shí)，兩邊的磁流變彈性體8受到剪切力的作用。在磁場(chǎng)閉合回路里發(fā)揮磁流變彈性體的減振效果。限位桿11限制減振對(duì)象的極限位置，防止振動(dòng)過于劇烈。彈簧2作用于兩板之間，起到緩沖的作用，在減振對(duì)象質(zhì)量很大時(shí)，選用勁度系數(shù)k較大的彈簧，防止變形過大損壞彈簧。底座被打通，當(dāng)減振對(duì)象作用時(shí)，鉚釘從底座孔中穿出，這樣可以使增大整個(gè)

101、裝置承受能力，可以用于質(zhì)量較大的減振對(duì)象。</p><p>　　圖9 磁流變彈性體剪切模式減振結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1底座，2彈簧，3墊板，4螺栓，5線圈，6導(dǎo)磁骨架，7彈性體墊板，8示磁流變彈性體，9減振對(duì)象，10墊圈，11限位桿，12墊圈，13六角螺母，14軸套，15鉚釘</p><p>　　磁流變彈性體剪切模式減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析</p>

102、<p><b>　　尺寸選擇</b></p><p><b>　　底座和墊板的尺寸</b></p><p>　　底座1和墊板3根據(jù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室實(shí)際減振對(duì)象選用略大于減振對(duì)象尺寸，選用長寬各200mm。</p><p>　　圖10 底座和墊板尺寸</p><p><b>　　

103、磁流變彈性體的尺寸</b></p><p>　　經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)室制作磁流變彈性體的裝置進(jìn)行測(cè)量，磁流變彈性體的長寬均取70mm，厚度為6mm.</p><p>　　圖11 磁流變彈性體尺寸</p><p><b>　　導(dǎo)磁骨架的尺寸</b></p><p>　　在保證能夠容納線圈、磁流變彈性體墊板、磁流變彈

104、性體等裝置的情況下，導(dǎo)磁骨架要盡量緊湊，減少漏磁。尺寸如下：</p><p>　　圖12 導(dǎo)磁骨架尺寸</p><p><b>　　減振對(duì)象的尺寸</b></p><p>　　上凸臺(tái)盡量大些使得能夠放置更大尺寸震源，凸臺(tái)長取90mm，寬取30mm;中間打一適合尺寸通孔用于放置限位桿，限位桿的尺寸取6mm，墊圈的厚度取1mm。尺寸如下：&

105、lt;/p><p>　　圖13 減振對(duì)象尺寸</p><p><b>　　連接件選擇</b></p><p>　　墊板與底板之間的連接</p><p>　　由于墊板的厚度較小，只有6mm，且當(dāng)震源質(zhì)量較大時(shí)，墊板承受的壓力較大，所以考慮使用彈簧和鉚釘鏈接。</p><p>　　圖14 墊板

106、底板與彈簧之間的連接</p><p>　　墊板與導(dǎo)磁骨架的連接</p><p>　　導(dǎo)磁骨架在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量緊湊，減少漏磁，因此在連接墊板與導(dǎo)磁骨架時(shí)也要盡量減小連接件的大小，我們這里用螺栓連接。</p><p>　　圖15 墊板與導(dǎo)磁骨架的連接</p><p><b>　　彈簧的選擇</b></p>

107、<p>　　1. 本彈簧用于載荷較高條件下工作，可考慮使用Ⅱ類彈簧。選用碳素彈簧鋼絲D級(jí)。</p><p>　　2. 選取旋繞比C=7，曲度系數(shù)K對(duì)于圓截面彈簧絲，K≈</p><p><b>　　=1.213</b></p><p>　　3. 根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑D=14mm，估算彈簧絲直徑d==2mm，許用應(yīng)力[τ]==

108、0.4×1910=764N</p><p>　　4. 最大載荷=200N,試算彈簧絲直接d＇，由d＇≥=2.39mm</p><p>　　改取d=2.5mm，=1760N, [τ]= =0.4×1760N=704N.取D=10mm,C=14/2.5=5.6，計(jì)算得K=1.273，于是</p><p>　　d＇≥=2.28mm</p>