磁流变阻尼器的研究及应用现状.docx

磁流变阻尼器的研究及应用现状Present 磁流变阻尼器的研究及应用现状 Present Status of Research and Application of Magneto-rheological Damper 张登友 1，2 鲁 嘉 1，2 刘 奇 1，2 唐 龙 1，2 1 重庆仪表材料研究所（重庆 400700）2 国家仪表功能材料工程技术研究中心（重庆 400700） 1 前言 20 世纪 40 年代 Rabinow 首次发现了磁流变现象 并发明了磁流变液，而后来的研究则进一步揭示了磁 流变液的表观粘度随外加磁场增加时，其流动特性发 生显著变化，甚至变为固体，使其作为力传递的介质； 当外加磁场撤去时，磁流变液又恢复到原来的液体状 态，其响应时间仅为几 ms。磁流变液的流变特性可随 外加磁场强度的变化而变化，能实现磁流变体的表观 粘度无级可调，磁流变液的这种可控特性使得人们能 够制造“智能”机械元件。 从 20 世纪 80 年代中后期开始，由于流变后的电 流变液流体剪切屈服强度过低的瓶颈始终无法突破， 磁流变液技术的研究真正得到广泛开展。其制成的阻 尼器具有体积小、能耗低、结构简单、阻尼力大、动 态范围广、频响高、适应面大等特点，特别是它能根 据系统的振动特性产生最佳阻尼力，因而在智能结构 领域具有广阔的应用前景，成为目前国际上研究的热 门课题之一，在国内也逐步受到重视。 2 磁流变液及性能 磁流变液是由在磁场中可极化的悬浮微粒、载体 液和稳定剂 3 部分组成。可极化微粒是一种铁磁性和 顺磁性的球形微粒，球径 1~10 m；载体液要求有良好 的温度稳定性、良好的阻燃性并不易产生污染，一般 用硅油、煤油和合成油；稳定剂的作用是确保磁流变 体有良好的沉降稳定性和凝聚稳定性。 磁流变液是分散相直径为微米级的粗分散体系， 在重力和离心力的作用下容易产生沉降现象，且可极 化微粒由于化学物理作用易发生凝聚。在无外加磁场 时，磁流变液的剪切屈服应力为 2~3 kPa，加上磁场 （0.3~0.5 T）后，其屈服应力为 50~100kPa；在 25℃ 时磁流变液的粘度为 0.20~0.30Pa × s 1，磁流变液的 工作温度一般在 45~+150℃。 目前，磁流变效应产生的机理还没完全明确和完 全被人接受的物理解释。但从显微镜可以观察到，在 零磁场下，磁流变液的颗粒分布是杂乱的，而在磁场 作用下却是有规则的，且磁场方向成链束状排列。其 中国仪器仪表 29 2007 年第 10 期 摘 要：简要介绍磁流变效应的机理及磁流变液的特性，阐述磁流变器件的工作原理，归纳目前磁流变技术在 国内外的研究状况及工程中的应用，提出磁流变阻尼技术发展道路上亟待解决的问题。 关键词：磁流变液 磁流变阻尼器 Abstract: The property and rheological mechanism of MRF(Magneto-rheological fluid) was briefly introduced in this paper, and the mechanism of MR damper was expounded, the applications and research conditions of MR techniques were concluded. In the end, some problems were raised. Key words: Magneto-rheological fluid Magneto-rheological damper （a）不加磁场时 （b）加磁场时 图 1 磁流变效应原理示意图图 （a）不加磁场时 （b）加磁场时 图 1 磁流变效应原理示意图 图 2 磁流变阻尼器的 3 种基本工作模式 图 3 基于混合模式的磁流变阻尼器工作原理 综述 SUMMARY 原理示意图如图 1 所示。 所示，磁流变液在压力作用下通过固定的磁极，磁流 变液流动的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线 圈的电流控制磁流变阻尼器的阻尼力。该系统可用于 伺服控制阀、阻尼器和减振器等。 （2）剪切模式（Direct shear mode）：如图 2（b） 所示，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场， 磁极移动方向与磁场方向相互垂直，这种系统可用于 离合器、制动器、锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。 （3）挤压模式（Compressive squeeze film mode）： 如图 2（c）所示，磁极移动方向与磁场方向相同，磁 流变体在磁极压力的作用下向四周流动，磁场方向与 磁流变体流动方向垂直。磁极移动位移较小，磁流变 体产生的阻尼力较大，可应用于小位移大阻尼的磁流 变阻尼器等。挤压模式磁场方向与运动方向平行，它