智能材料在汽车冷却系统中的应用与设计讲解Word格式.doc

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2.1.3添加剂 6

2.2磁流变液的性能 7

2.2.1磁流变液的性能要求 7

2.2.2磁流变液的物理性能 7

2.2.3磁流变液的化学性能 8

2.2.4磁流变液的力学性能 8

2.2.5磁流变液的质量因数 10

2.2.6几种磁流变液的性能 11

2.3磁流变效应 15

2.3.1磁流变效应的特征 15

2.3.2磁流变效应的机理 15

2.3.3磁流变液的磁畴理论 16

2.3.4磁流变液的链化模型 17

2.3.5影响磁流变效应的因素 18

2.4磁流变液应用于离合器 22

三、圆筒式磁流变离合器 23

3.1圆筒式磁流变离合器工作原理 23

3.2圆筒式磁流变离合器理论分析 23

3.2.1数学模型 23

3.2.2流动分析 25

四、磁流变离合器设计 29

4.1磁流变离合器的失效形式和设计准则 29

4.1.1最大有效转矩 29

4.1.2粘塑性滑动和打滑 29

4.1.3失效形式 30

4.1.4设计准则 30

4.1.5圆筒式磁流变离合器的关键尺寸 30

4.2圆筒式磁流变离合器的设计方法 32

4.2.1原始数据及设计内容 32

4.2.2设计方法 32

4.3圆筒式磁流变离合器设计 33

4.3.1圆筒式磁流变离合器结构 33

4.3.2圆筒式磁流变离合器设计计算 35

结束语 45

致谢 46

参考文献 47

附录英文文献翻译 48

47

智能材料在汽车冷却系统中的应用与设计

摘要

由于冷却水温与发动机的许多工作性能有着直接或间接的关系，如果冷却水温保持最佳的温度范围内，不仅可以提高发动机的动力性、减少废气的产生、还可以减少燃料消耗量、增强发动机工作平稳性。

磁流变液（MRF）是一种在外加磁场作用下流变特性发生急剧变化的材料，它在无外加磁场作用时呈现牛顿流体的流动特性，然而在强磁场作用下，其表观粘度可在毫秒级的短时间内增加几个数量级以上，并呈现类似固体的力学性质，而且粘度的变化是连续、可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体。

圆筒式磁流变离合器是一种利用磁流变液剪切应力来进行离合的一种装置，它传递的力矩随外加磁场的变化迅速变化。

在没有磁场作用的情况下，磁流变液处于液体状态，离合器的离合力矩仅为粘性阻力。

当有一个外加磁场作用时，磁流变液中的极性粒子马上被极化并沿着磁力线方程成链状分布。

这种链状结构就使磁流变液的剪切应力增大，表现出塑性体的特性，因此离合器就可以传递一定的力矩。

力矩的大小可以通过调节磁场强度的大小来控制。

磁流变离合器具有传动平稳、均衡、结构简单、紧凑、操作简便、能耗低、寿命长等优良性能。

本文首先对磁流变液的材料及流变特性进行了介绍，对磁流变液本构模型进行了分析。

对磁流变液的传力方式进行了讨论，并根据剪切模式建立了磁流变液的传力模型，完成了圆筒式磁流变离合器的设计，得出了基本设计公式。

关键词：

冷却系统；

磁流变液；

离合器；

传力模型；

几何设计方法

TheIntelligentMaterialIsUsedForCarCoolingSystem

OfApplicationAndDesign

ABSTRACT

It'

swellknownthatcoolingwatertemperatureisveryimportanttodieselengine.Ifcoolingwatertemperaturecankeepintheoptimalangeofcoolingwatertemperature,dieselengine'

spowercanbeimproved,andlessexhaustgasproduced,reducefuelwastageandengineworkmorecalmly.

Magnetorheological（MR）fluidsconsistofstablesuspensionsofparticlesinacarryingfluidsuchassiliconeoils,respondingtoanappliedmagneticfieldintheirrheologicalbehavior.Intheabsenceofappliedmagneticfield,MRfluidsexhibitNewtonian-likebehavior.Uponapplicationofamagneticfield,thesuspendedparticlesintheMRfluidsbecomepolarizedandalignedinthedirectionofthemagneticfield.Thefluidsbehaveasasemi-solidhavingacontrollableyieldstress.

AnMRfluidclutchdeviceachievesbrakingbyshearforceoftheMRfluid.AnMRfluidclutchhasthepropertythatitstorquechangesquicklyinresponsetoanextenralmagneticfield.Intheabsenceofanappliedmagneticfield,thetorqueistheviscousforceofMRfluidsinliquidstate.Whentheexternalmagneticfieldisapplied,thesuspendedparticlesintheMRfluidsbecomepolarizedandgatheredtoformchain-likestructure.Thesechain-likestructuresrestrictthemovementoftheMRfluids,therebyincreasingtheyieldstressofthefluids.TheclutchcanbeachievedbyutilizingtheshearstressoftheMRfluids.Thetorquecanbeadjustedcontinuouslybychangingthemagneticfieldstrength.

Inthispaper,therheologicalbehaviorofMRfluidsareintroducedandtheconstitutiveequationisanalyzed,then,thedesignmethodoftheMRfluidsclutchisinvestigatedtheoretically.TheequationofthetorquetransmittedbytheMRfluidsintheclutchisderivedtoprovidethetheoreticalfoundationinthedesignoftheclutch.

Keywords:

CoolingSystem;

Magnetorheologicalfluids（MRF）;

clutch;

mechanicalmode;

geometricdesignmethod

一、绪论

1.1发动机冷却系统

1.1.1发动机冷却系统的功能

发动机冷却系统对发动机整体性能及可靠性、耐久性有很大影响。

发动机运转时，与高温燃气相接触的零部件（如气缸盖、气缸套、活塞、气门等）受到强烈的加热，它的强度下降，而且热应力很大。

如果发动机得不到充分冷却，即过热，会产生很多不良后果。

如:

机械强度降低，甚至可能出现热变形，破坏零件之间的配合间隙，引起零件强烈磨损，严重时，还可能发生零件断裂事故.高温也会引起气缸壁机油变质，使之失去润滑性能，甚至结焦。

高温还会引起发动机充气系数下降，使其功率降低。

另外，气缸套和活塞的最大热负荷受润滑条件的限制，温度超过240'

C，就会因机油碳化，使活塞环胶结失去弹性并刮伤缸壁，磨损加剧;

轻金属活塞的热应力是受温度制约的，随着温度的增加，铝合金的强度将很快降低，温度达到380-500℃以上，就不可能保证可靠运转。

反之,冷却系统的冷却能力过强，也是非常有害的。

发动机过冷，散热损失的热量多，发动机工作的热效率低，功率下降而耗油增加:

零件过冷，膨胀量不足，相互之间的配合间隙大，零件在运动过程中相互碰撞，运转噪音增大且加快磨损速度:

冷却温度低，会恶化混合气的形成和燃烧，使发动机工作粗暴，增加机油粘度和摩擦功率[1]。

因此，冷却系统的重要作用是使发动机尽快升温，并使其保持恒温：

将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

冷却系统既要防止发动机过热,也要防止冬季发动机过冷。

在发动机冷起动之后,冷却系统还要保证发动机迅速升温,尽快达到正常的工作温度

1.1.2冷却系统调节的工作原理

目前汽车发动机多采用强制循环水冷系统。

发动机气缸盖和气缸体中都有水套。

水泵将冷却水从机外吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量。

冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器（水箱）内。

由于汽车前进和风扇的抽吸，外界冷空气通过散热器，带走散热器内冷却水的热量并送入大气。

当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，再次进入水套.如此循环不断地冷却了发动机的高温部件。

图1.1冷却系统的图解：

管道系统是如何连接的

1.1.3冷却系统调节的主要途径

现代汽车一般都采用改变通过散热器的空气量或改变冷却水的流量来控制冷却的效果。

一是调节冷却风量。

冷却风扇的转速与风量成正比;

而风量与风速成正比例关系。

在发动机稳定运行状态，风速与单位时间散热量成正比;

而散热量与冷却液的温度变化值（即温度差）成正比.因此，通过控制冷却风扇的转速可以控制冷却液的温度。

在发动机稳定运行的状态下，风扇转速升高，单位时间内的散热量增多，会降低冷却液温度;

风扇转速降低，单位时间内的散热量减少，会提高冷却液温度。

二是调节冷却水流量。

目前调节水温流量主要通过节温器来实现。

节温器通常安装在发动机冷却水出口与散热器之间的管段上，其作用是根据冷却水的温度，改变冷却水在水系中的循环路线，控制通过散热器冷却水的流量，调节冷却强度，以确保发动机在最佳温度范围内工作。

另外，通过改变水泵的转速可以改变冷却水的流速，即改变冷却水的流量；

而冷却水的流量与散热能力成比例关系.因此，可以通过改变水泵的转速来调节冷却能力。

风速是决定散热器散热能力的主要因素.散热器前风速主要取决于风扇的转速，亦即取决于发动机转速。

当发动机大负荷工作时，风扇转速下降，散热器冷却能力降低[2]。

1.2目前风扇离合器及存在的问题

气动风扇离合器[3]与汽车压缩气体供给系统相连，利用压缩气体做动力