磁流变风扇离合器结构设计与可控性分析

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磁流变离合器文献综述

离心式磁流变离合器的分析与设计1.1引言磁流变液(Magnetorheological fluids，简称MRF)是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。

在磁场的作用下，它能在液态和类固态之间进行快速转化，同时转化的过程是可控、可逆的。

目前其主要应用领域为机械、交通、舰船、航天、车辆、建筑等军用和民用等行业。

但是磁流变液及其磁流变液器件发展到现在还有许多的难点和不足，它的应用有待于进一步开发研究。

已有的动力学模型研究成果存在关系式复杂、物理意义不明确及关键参数较难确定的问题；在磁流变液阻尼器磁路方面的设计研究仍不够成熟，磁路及结构设计有待进一步优化；阻尼器动力学模型需建立更简洁，便于控制应用的模型；阻尼器结构设计存在尺寸与效率优化问题等等。

基于更全面地跟踪和了解磁流变液及其应用研究发展趋势的目的，归纳梳理磁流变液与所面临的亟待解决的问题、当前研究的热点问题以及最新研究进展1.2研究现状1.2.1磁流变液的研究现状1948年Rabinow发现磁流变效应【1】，并最早发明了磁流变液并设计了磁流体离合器。

但是由于为产生磁场所需的线圈体积大，增加重量，磁流变液的应用受到了限制；而电流变液所需的电场则较容易实现。

同时，磁流变流体的总响应时间受上升时间f=L／R(L一～线圈的电感，R一一线圈的电阻)的限制，处于10。

1-10一s范围内，而电流交流体的总响应时间可达ms级。

故在随后的研究中，人们对电流变材料及其应用的研究给予了极大的关注，电流变学得到了飞速的发展，各种不同母液和悬浮微粒的电流变材料相继研究成功，之后人们又研究成功了一些电流变器件。

进入二十世纪八十年代初期，随着智能材料和结构系统的问世，电流变学的研究取得了可喜的成就；涌现出不少有关电流变材料和电流变器件的专利，并对一些应用领域研制了专用的电流变器件。

在这个时期，磁流变技术一直处于停滞不前的状态，很少引起人们对此领域的关注，直到上世纪八十年代末期，学者们相继发现电流变材料的剪切应力小，要求的电源电压较高等等一系列技术问题一直无法解决，因而自1990 年以来磁流变液才重新引起了研究者们的兴趣。

汽车磁流变风扇离合器分析与设计

收稿日期：０８０ —２２０ — ９２基金项目：重庆市自然科学基金资助项目（ＳＣ２０Ｂ４８）ＣＴ，０５Ｂ０２．作者简介：舒红宇（９３）男，１６一，重庆人，士后，博副教授，主要从事车辆工程方面的研究
２
重庆工学院学报浮颗粒在磁场的作用下产生磁化，且沿磁场方并向在主动片与被动件之间形成磁链，种链状的这
ＳＨＵｎ — ｕ，ＨｏｇｙＧＵＯａ－ｅｇＹｕｎｆｎ
（ｏｅｅｏｅｈｎａＥｃｎｅｎ，ｈｎｑｇＵｉｒｔ，Ｃｏｇｉｇ００４ＣｉａＣｌｇｆｃａｉｌｒｉａｇＣｏｇｉｎｖｓｙｈｎｑ０４，ｈｎ）ｌＭｃｅｎｅｉｎ４
Ｖ０．２Ｎｏ．２１２１
汽车磁流变风扇离合器分析与设计
舒红宇，郭元锋
（重庆大学机械工程学院，重庆４０４）００４
ＡｎａｙｉｎＤｅｉｎｏｔｍｏｉｅＭａｎｔｒｏｏｉａｎｕｔｈｌｓｓａｄｓｇｆＡｕｏｂｌｇｅｏｈｅｌｇｃｌＦａＣｌｃ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｗｉｇｅｏ・ｅｌｇｃｌｆｕｄｓｅｒｓｒｓｏｏｒｔａｓｓｉｎｐｒｏｍａｃｎｅｃａａ・ｔｍａｎｔ－ｈｏｏｉａｉｈａｔｅｓｆｒｐｗｅｒｎｍｉｓｏｅｆｒｎｅａｄｔｈｒｃ・ｈｒｌｈｔｒｓｉｓｏｕｏｂｌｔｒｆ，ｔｉａｅｎｌｚｓｔｅｗｏｋｎｒｎｉｌｆａｎｗｕｏｂｌａｌｔｈ，ｅｔｃｆａｔｍｏｉｍｏｏａｈｓｐｐｒａａｙｅｒｉｇｐｃｐｅｏｅａｔｍｏｉｅｆｎｃｕｃｉｅｎｈｉｎｓｓＢｉｇａｍｏｅｏｄｓｒｂｔｃｎｔｉｑａｉｅｖｓｔｎｉｅｒｇｄｓｇｏｍｕａｏａｄｕｅｎｈｍｄｌｔｅｃｉｅｉｏｓｉｔｅｅｕｔｎａｄｄｒｅｅｅｇｎｅｎｅｉｎｆｒｌｆｓｕｔｖｏｎｉｈｉ

SMA驱动的MRF风扇离合器的设计方法

在低温马氏体相和在高温奥氏体相的轴向载荷： △ ６为偏动式ＳＭＡ感温控制开关的最大工作行程：Ｇ（）为ＳＭＡ弹簧在温度时刻的剪切弹性模量，是温度的函数：
ＧＭＭｆ且Ｔ＜Ａ
Ｇ（）＝｛ＧＭ＋
ＧＡ
项目与课息
Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆技Ｔｅｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界Ｖｉｓｉｏｎ
科技
・
探索・争鸣
ＳＭＡ驱动的ＭＲＦ风扇离合器的设计方法
高攀，魏书华２王萍２（１．重庆耐德新明和工业有限公司，中国重庆４０００５４；２．重庆理工大学机械工程学院，中国重庆４０００５４）
【１＋ｓｉｎ（Ｔ－Ｖ，ｎ）１
≤ ≤ ，
￡４ｒ且Ｍ
ｓ
式中，Ｇ为奥氏体相弹性模量： —Ａ分别为马氏体和奥氏体相
１工作原理
变开始温度，、４分别为马氏体和奥氏体相变截止温度；在加热过程中，即进行奥氏体相变时，＝（Ａ＋４）／２，＝７ｒ／（Ａ－Ａ。）；在冷却过程中，即进行马氏体相变时，＝（＋Ｍ）／２，妒＝／（Ｍ— ）。当线圈不加电流．磁流变液处在零磁场转状态下．磁流变液表现出类似牛顿流体行为。当发动机温度升高，汽车风扇需要开始工作时．系统自动给电磁线圈通电．产生一定磁场强度．此时在磁场下的磁流变液表现出ＢｉｎｇｈａＩｌｌ塑性体的行为．其本构方程可以描述为目

SAE-C2009C103智能汽车风扇离合器的分析与设计

图 1 智能汽车风扇离合器工作原理
2 材料性能
2. 1 形状记忆合金弹簧力学模型
在工作时形状记忆合金弹簧承受剪切力, 其本构模型为 τ - τ0 = G ( γ - γ0 ) + 式中, 下标 0 表示初始状态; τ 为形状记忆合金弹簧丝的剪 ζ 为马氏体含量 (0≤ ζ ≤1) ; G 为弹性模量; Θ 为热弹性模 Ω Θ ( T - T0 ) + ( ζ - ζ0 ) 3 3 (1)
统弹簧的设计方法设计 SMA 弹簧㊂受轴向载荷 F 螺旋角为 (5)
虽然 SMA 的剪切弹性模量不是常数, 仍然可以利用传
式中, R 为弹簧半径; d 为丝材直径㊂设剪切弹性模量为 G, 则切应力 τ 与切应变 γ 的关系为 τ = Gγ㊂载荷 F 所引起的弹簧伸缩量为 δ= 64 FR3 n 8 FD3 n = 4 d4 G d G (6)
离合器的设计计算模型; 建立了磁流变液传递的转矩方程, 得到了智能汽车风扇离合器中有效工作间隙和磁流变液的有效体积的计算式, 为离合器的关键几何尺寸的设计提供了理
磁线圈的电流减小 , 离合器传递转矩减小㊂为了保持磁流内 , 离合器脱开㊂
变液材料的稳定性 , 当来自散热器的空气温度低于某一温
黄金 (1 ) 贺建民 (1 ) 麻建坐 (2 ) 周忆 (2 )
Huang Jin1 , He Jianmin1 , Ma Jianzuo2 , Zhou Yi2 1. Chongqing institute of automobile, Chongqing University Technology 2. College of Mechanical Engineering, Chongqing University

汽车风扇磁流变液离合器系统的模糊控制技术

摘
要：介绍了智能材料磁流变液在磁场作用下的流变学性能，阐述了以单片机为模糊控制系统的冷却智能
系统的工作原理，出了大偏差饱和分段及小偏差模糊的组合控制策略，提并给出了模糊控制系统设计的具体内容，
如模糊化、模糊推理、解模糊等。
关键词：磁流变液；离合器；模糊控制中图分类号：Ｔ２１Ｐ７文献标识码：Ａ文章编号：１７－２１２１）３０７－３６４３６（０１．１５００
随着现代工业日益大型化、复杂化，并且具有
缸的可燃混合气因温度过低而使点燃困难或延迟，
高度的离散性、强耦合性和大时滞性等特点，采用
常规控制无法得到满意的控制效果。基于上述原
造成发动机功率下降油耗上升；并且高速旋转的风
Ｋｅｒｓｍａｎｔｅｌｇｃｕｄｃｕｃｙｔｍ；ｕｚｏｔｏｙｗｏｄ：ｇｅｏｒｏｏｉａｆｉ；ｌｔｈｓｓｅｆｚｙｃｎｒｌｈｌｌＡｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｈｏｏｉｅａｉｕｆｍａｎｔｈｏｏｉａｌｉｓｉｔｌｇｎｅｍａｅｉｃｏｓｅｒｅｌｇｃｂｈｖｏｒｏｇｅｏｒｅｌｇｃｌｆｄａｎｅｌｅｃｔｒａａｒｓｕｉｌｒｓｅｓｇｅｉｆｌｓｓａｅｈｒｉｇｐｉｃｐｅｆｔｉｇｅｃｉｃｏｏｔｌｓｔｎｖｒｅｍａｎｔｅｄｗａｔｔｄａｄｔｅｗｏｋｎｒｎｉｌｓｏｅｓｎｌ — ｈｐｍｉｒｃｎｏｌｒａａｃｉｎｈｒｅ

圆盘式磁流变调速风扇离合器的理论研究

ｔｅｅｐｅｓｎｏｅｄｓｎｏｌｔｈｗｒｅｉｅ．ａｅｎｔｅｅｅｕｔｎ，ｅｃｃｌｔｎｅｒｄｕｆｅｄｓ，ｈｘｒｓｉｓｆｒｔｅｉｆｕｃｅｅｄｒｄＢｓｄｏｈｓｑａｉｓｔａｕａｉｓｏｔａｉｓｏｉｏｈｇｃｒｏｈｌｏｆｈｈｔｃ
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智能汽车风扇离合器的分析与设计..

第一章绪论1.1 引言磁流变液(Magnetorheological fluids，MR fluids)和形状记忆合金(Shape Memory Alloys，SMAs)是新型智能材料。

本文从分析磁流变液和形状记忆合金力学特性出发，发展一种温度控制的智能汽车风扇离合器的设计理论和方法。

磁流变液应用于传动元件是磁流变液发展的一个新方向。

智能汽车风扇离合器是依靠磁流变液的剪切应力提供传递力矩的器件，而磁流变液剪切应力的大小是可以通过外加磁场强度来控制的。

磁流变液剪切应力随外加磁场强度的增加而增加，外加磁场强度一般由通电线圈产生，改变线圈中的电流大小就能改变外加磁场强度的大小。

基于形状记忆合金的温度记忆效应，把形状记忆合金丝设计成形状记忆合金弹簧，应用于智能汽车风扇离合器线圈电流大小的控制装置，从而实现汽车发动机冷却系统的智能化散热。

当来自散热器的空气温度达到一定值(如65 ℃)，形状记忆合金弹簧开始伸长，励磁线圈中的电流增大，离合器中的主、从动盘接合，温度越高，形状记忆合金弹簧伸长越长，励磁线圈中的电流越大，传递转矩越大，风扇转得越快；当温度低于65 ℃时，形状记忆合金弹簧恢复到原来的形状，无外加磁场作用，磁流变液表现为牛顿流体，其所能提供的传递力矩很小，离合器主从动盘分离，风扇停止转动。

基于Bingham模型，对磁流变液的传力方式进行分析。

在合理假设的基础上，根据剪切模式建立智能风扇离合器的设计计算模型。

分析形状记忆合金驱动器的驱动力大小及其输出行程与温度的关系。

给出几何尺寸的设计计算公式并对其结构进行设计，进一步通过仿真实验验证。

为智能风扇离合器的设计提供理论依据，为智能风扇离合器的进一步研究打下基础。

1.2 智能材料与结构概述1.2.1 智能材料智能材料又称为敏感材料，机敏材料。

智能材料的构想来源于仿生，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的―活‖的材料。

因此，智能材料为能感知外部刺激(传感功能)、能判断并适当处理(处理功能)且本身可执行(执行功能)的材料[1]。

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Ｈｏｇｓｅｇ，Ｎｉｇ，ＵｉｎＪＡＧＸｅｚｅｇ，ＨＮｉｉＵＨｎ—ｈｎＷＡＧＪｎＣＩａｇ，ＩＮｕ — ｎＺＡＧＬ－ｅｏＬｈｊ
（．ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｒｇＮＳＮｎｉｇ２０９，Ｃｉａ１Ｓｈｏｏｈｎｃｇｎｅｎ，ＵＴ，ａｊ１０４ｈｎ；ＭｅａＥｉｎ２ＳｈｏｏｃａｉｌｎｌｔｃｌｎｉｅｒｇＪｘｎｎｖｒｔ，ｉｉｇ１０１Ｃｉａ．ｃｏｌｆＭｅｈｎｃｄＥｅｒａＥｇｅｉ，ｉｉｇＵｉｓｙＪｘ４０，ｈｎ）ａａｃｉｎｎａｅｉａｎ３ＡｓａｔＡｃｒｉｇｔｔｒｂｅｆｅｇｎｂｅｏｒａｚａ－ｍｏｓｃｔｅａｊｓｅｔｆａｂｔｃ：ｃｏｄｎｅｐｏｌｏｉａｌｔｅｌｅｅｌｉｅｃｎｅｕｉｄｕｔｎｎｒｏｈｍｂｎｕｉｒｔｖｍｏｆ
分析了模型中各参数对输出转矩的影响。依据磁路设计理论，出了磁流变离合器磁路的两种提
设计方法。采用ＡＳＳ软件进行了磁流变离合器磁路的数值分析，证了理论计算结果的正ＮＹ验
确性。优化设计并加工了磁流变离合器的系列试验样品。利用构建的磁流变离合器性能测试
平台进行了样品的机械静态特性、出特性、输调速特性试验研究。结果显示：该磁流变离合器在
２Ａ输入电流控制下，出静态转矩达到ｌｍ；输３Ｎ・转矩随转速差加大增加的幅度较小，持在保０４～．ｍ之间；．０８Ｎ・负载特性试验证实了磁流变离合器输出转速的可控性。
ｌｓａｄｅｃｓｖｏｌｇａｎｗｆｌｔｓｇｍｇｅｒｅｌｉｌＭｏｎｘｅｓｅｃｏｎ，ｅｎｃｃｕｉａｎｔｈｏｏｃ（Ｒ）ｆｉａｅｔｎｍｉｉｓｉｉａｕｈｎｏｇａｌｄｓｈａｓｓｏｕｔｒｓｎ
Ｖｏ．４１３Ｎｏ３．
Ｊｎ００ｕ．２１
磁流变风扇离合器结构设计与可控性分析
胡红生，王炅崔亮蒋学争张丽洁，，，
（．１南京理工大学机械工程学院，江苏南京２０９；．１０４２嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴３４０）１０１
ｒｔｒｐｅｒｔｄｔｎｌｒｉｇｍｏｅｆｎｉｅｃｕｃ，ｗｉｈｒｓｌｎｕｎｃｓａｙｅｇｎｏｒｏａｙｓｅｄｆｒｉｏａｉｎｄｓｏｇｎｌｔｈｈｃｅｕｔｉｎｅｅｓｒｎｉｅｐｗｅｏａｉｄｖｅｓ
关键词：流变；磁风扇；离合器；转矩；路；磁可控性
中图分类号：Ｈ１３４Ｔ３．
文章编号：０５— ８０２１）３— ３２— ５１０９３（００００４０
ＳｒｃｕｅＤｅｉｎａｄＣｏｔｏｌｂｌｙＡｎｌｓｓｏａｎｔｒｅｌｇｃｌｔｕｔｒｓｇｎｎｒｌａｉｔａｙｉｆＭｇｅｏｈｏｏｉａｉＦａｕｃｎＣｌｔｈ
第３４卷第３期
２１００年６月
南京理工大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆａｊｇＵｉｒｔｏｃｎｅａｄＴｃｎｌｙ（ａｕａＳｉｃ）ｏｒａｏｎｎｎｖｓｙｆｉｃｎｅｈｏｏＮｉｅｉＳｅｇＮｔｒｃｎｅｌｅ
摘
要：针对发动机离合器的传统驱动方式无法实现风扇转速实时连续调整，易造成发动机功
率无谓损耗、冷却过度等问题，设计了一种以磁流变液为传动介质的风扇离合器。基于磁流变液Ｂｎｈｍ模型和不可压缩粘性流体Ｎｖｒｔｅｉｇａａｉ — ｏｓ方程，立了磁流变离合器转矩传递模型，ｅＳｋ建
ｍｅｉｍｓｄｓｇｅｄｕｉｅｉｎｄ．ＢａｅｎｔｅＢｉｇａｍｏｅｆＭＲｕｄａｄＮａｉｒＳｏｅｑａｉｎｏｎｃｍ— ｓｄｏｈｎｈｍｄｌｏｌｆｉｎｖｅ－ｔｋｓｅｕｔｏｆｕｏｐｅｓｂｅｖｓｏｓｆｕｄ，ａｔｒｕｒｎｆｒｍｏｅｆａＭＲｕｄｃｕｃｓｅｔｂｉｈｄ，ａｄｐｒｍｅｅｓｒｓｉｌｉｃｕｉｌｏｑｅｔａｓｅｄｌｏｌｆｉｌｔｈｉｓａｌｓｅｎａａｔｒ ’ ｅｆｃｓｏｈｕｐｔｔｒｕｎｔｅｅｔｂｉｈｄｍｏｅｅａａｙｅｆｅｔｎｔｅｏｔｕｏｑｅｉｈｓａｌｓｅｄｌａｎｌｚｄ．Ａｃｏｄｎｏｔｅｍａｎｔｉｃｉｒｃｒｉｇｔｈｇｅｉｃｒｕｔｃ