自适应变阻尼磁流变体减振器

　　磁流变体是伴随着高科技发展而诞生的一种新型功能材料,它是一种由强磁性固体超微粒子均匀分散到载液中的固液相混的胶状液体。这种液体不同于普通的液体,它既具有液体的流动性又具有固体铁磁物质的磁性,因此它有一些其它材料所不具备的独特性质。例如:可由磁场控制,将它保持在任意位置;可在外磁场的控制下改变它的粘度等等。由于它是一种将磁性与液体的流动性两者统一在一起的具有特殊性能的新材料,从而孕育了新的应用,尤其是在航天领域的应用。

　　减振问题是航天技术中的一个关键问题。近些年国内外已经开展了磁流变体阻尼可调减振器的研究,但以往的研究采用的控制方式均为主动控制。这种形式的控制系统除控制器外还需要能源及作动机构,另外还要有传感系统。主动控制无疑需要一套有源的控制系统,这将使结构变得复杂,而本文提出的“自适应变阻尼磁流变体减振器”的方案是依靠增加阻尼来增大阻尼力,从而达到抑制振动系统响应的目的。根据这个思想我们设计了一种节流缝隙可调的减振器。该减振器无需能源装置,可使控制方式简单、可靠,并且结构紧凑、轻巧。

　　1　基本原理

　　自适应变阻尼磁流变体减振器所采用的变阻尼方案是以磁流变体做减振器的工作液,在减振器上设置永久磁铁,利用永久磁铁产生的磁场作用于磁流变体,通过精心设计的磁路,使得减振器工作时磁场强度变化,从而改变磁流变体的粘度,实现阻尼可变的目的。在这里自适应方式是通过磁路间隙的变化而体现的,所设计的磁路满足:当系统振动时,间隙随振幅的变化而变化。振幅越大,间隙越小,因此磁场强度越大,阻尼就越大;反之,振幅越小,间隙越大,磁场强度就越小,阻尼也就越小。

　　自适应变阻尼磁流变体减振器是通过改变最小节流缝隙D达到改变粘性摩擦力F而改变阻尼的目的。在图1的示意图中,标有A的方框代表活塞,它可以上下移动,标有B的方框代表减振器的筒壁,它相对于活塞是固定的,磁流变体充填于活塞与筒壁之间。当A、B之间的间隙如图1(a)所示设计得较大时,磁流变体上下流动很容易,活塞上下移动所受到的粘性摩擦阻力就很小,这时的阻尼作用不大,减振效果差;当间隙如图1(b)所示设计得很小时,磁流变体上下串流受到阻碍,活塞上下移动所受到的粘性摩擦阻力增大,这时减振器的阻尼将起很大作用,但此时因最小间隙δ是不变的,故阻尼系数是一定的;如果将间隙设计成可变的如图1(c)所示,磁流变体上下流动受最小间隙δ的限制,活塞上下移动所受到的阻力是随间隙的变化而变化的,这时减振器的阻尼也随间隙的变化而变化。当位移小时,间隙大,阻尼小;当位移大时,间隙小,阻尼大。