圆筒式磁流变离合器设计.doc

圆筒式磁流变离合器设计.doc

《圆筒式磁流变离合器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆筒式磁流变离合器设计.doc（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

XX大学

毕业论文说明书

题目：

智能材料在汽车冷却系统中的应用与设计

——圆筒式磁流变离合器的设计

专业：

机械设计制造及其自动化

学号：

2008963301

姓名：

XXX

指导教师：

XXX

完成日期：

2012年5月25日

目录

一、绪论 1

1.1发动机冷却系统 1

1.1.1发动机冷却系统的组成部分 1

1.1.2发动机冷却系统的作用 2

1.1.3冷却系统调节的工作原理 3

1.2目前风扇离合器及存在的问题 4

1.3磁流变液离合器 4

1.4本课题的主要工作 5

二、磁流变液 6

2.1磁流变液的组成 6

2.1.1磁性颗粒 6

2.1.2载液 7

2.1.3添加剂 7

2.2磁流变液的性能 8

2.2.1磁流变液应满足的指标 8

2.2.2磁流变液必须具有的性能 8

2.2.3磁流变液的流变机理 9

2.3磁流变效应 10

2.3.1磁流变效应的特征 10

2.3.2磁流变液的磁畴理论 10

2.3.3磁流变液的链化模型 11

2.3.4影响磁流变效应的因素 13

2.4磁流变液应用于离合器 17

三、圆筒式磁流变离合器 17

3.1圆筒式磁流变离合器工作原理 17

3.2圆筒式磁流变离合器理论分析 18

3.2.1数学模型 18

3.2.2流动分析 20

四、磁流变离合器设计 23

4.1磁流变离合器的失效形式和设计准则 24

4.1.1最大有效转矩 24

4.1.2粘塑性滑动和打滑 24

4.1.3失效形式 25

4.1.4设计准则 25

4.1.5圆筒式磁流变离合器的关键尺寸 25

4.2圆筒式磁流变离合器的设计方法 27

4.2.1原始数据及设计内容 27

4.2.2设计方法 27

4.3圆筒式磁流变离合器设计 28

4.3.1圆筒式磁流变离合器结构 28

4.3.2圆筒式磁流变离合器设计计算 30

结束语 38

参考文献 38

智能材料在汽车冷却系统中的应用与设计

——圆筒式磁流变离合器的设计

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发动机冷却系统的组成部分

在整个冷却系统中，冷却介质是冷却液，主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感应器、蓄液罐、采暖装置（类似散热器）。

1）冷却液

　　冷却液又称防冻液，是由防冻添加剂及防止金属产生锈蚀的添加剂和水组成的液体。

它需要具有防冻性，防蚀性，热传导性和不变质的性能。

现在经常使用乙二醇为主要成分，加有防腐蚀添加及水的防冻液。

2）节温器

　　从介绍冷却循环时，可以看出节温器是决定走“冷车循环”，还是“正常循环”的。

节温器在80℃后开启，95℃时开度最大。

节温器不能关闭，会使循环从开始就进入“正常循环”，这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。

节温器不能开启或开启不灵活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高，或时高时正常。

如果因节温器不能开启而引起过热时，散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。

3）水泵

　　水泵的作用是对冷却液加压，保证其在冷却系中循环流动。

水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承毛病使转动不正常或出声。

在出现发动机过热现象时，最先应该注意的是水泵皮带，检查皮带是否断裂或松动。

4）散热器

　　发动机工作时，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，热的冷却液由于向空气散热而变冷。

散热器上还有一个重要的小零件，就是散热器盖，这小零件很容易被忽略。

随着温度变化，冷却液会“热胀冷缩”，散热器器因冷却液的膨胀而内压增大，内压到一定时，散热器盖开启，冷却液流到蓄液罐；当温度降低，冷却液回流入散热器。

如果蓄液罐中的冷却液不见减少，散热器液面却有降低，那么，散热器盖就没有工作！

5）散热风扇

　　正常行驶中，高速气流已足以散热，风扇一般不会在这时候工作；但在慢速和原地运行时，风扇就可能转动来助散热器散热。

风扇的起动由水温感应器控制。

6）水温感应器

　　水温感应器其实是一个温度开关，当发动机进水温度超出90℃以上，水温感应器将接通风扇电路。

如果循环正常，而温度升高时，风扇不转，水温感应器和风扇本身就需要检查。

7）蓄液罐

　　蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热胀冷缩”的变化，所以不要加液过满。

如果蓄液罐完全用空，就不能仅仅在罐中加液，需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液，不然蓄液罐就失去功用。

8）采暖装置

　　采暖装置在车内，一般不太出问题。

从循环介绍可以看出，此循环不受节温器控制，所以冷车时打开暖气，这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响，但影响实在不大，不用为了让发动机升温而使人冻着。

也正因为这循环的特点，在发动机出现过热的紧急情况下，打开车窗，暖气开大最大，对发动机的降温会有一定的帮助。

1.1.2发动机冷却系统的作用

发动机冷却系统的作用是利用重汽配件的冷却介质冷却