1. 本课题研究的目的及意义

已有的磁流变减振器磁流变液用量较大，阻尼小，尤其在低频时阻尼力小。设计一种新型的磁流变减振器，从结构和磁场等方面进行设计，并进行相关校核，使减振器具有磁流变液用量小、阻尼大、低频时阻尼大的性能，不仅能改善车辆的平顺性，也能控制车辆的操纵稳定性。这种磁流变减振器重点滚珠丝杠是重要的零件，受力大且复杂，通过简单的计算校核难以达到精确分析的目的，因此建立其有限元模型并进行分析十分必要。通过分析找出滚珠丝杠和阻尼力大小的关系，通过合理改变滚珠丝杠的结构来改善减振器的性能。

1. 国外研究概况

在Winslow（1947 年）发明电流变液（Electorheological Fluid，简称ERF）的基础上，1948 年，美国的 Jacob Rabinow发现磁流变效应并开始研究磁流变液及其应用装置^[1]。但在随后的几十年里，对磁流变液的研究一直处于停滞状态，主要的原因是密封技术的限制，防止凝聚和颗粒沉淀的困难。磁流变液的发展经过一个沉寂的阶段，其工程应用直到 1996 年左右才开始发展。美国Lord公司和TRW研究所的工作最领先，马里兰大学航空系也在这一领域研究颇深。另外白俄罗斯、德国、日本、法国、韩国等国家都对磁流变减振器进行了很多有建设性的研究。 美国 Lord 公司在磁流变液应用方面起步较早，经过长期发展，成为世界上最著名的磁流变液和磁流变设备生产商，在磁流变液及其器件的研究方面取得了丰硕成果，申请了关于磁流变液及其器件的多项专利，设计并制造了多种型号的磁流变减振器，满足机械、土木、医疗等多个领域的要求。它的磁流变液和磁流变减振器是众多机构实验、测试和应用的标准。它具有自己的磁流变液研究小组，Carlson^[2]等人重点对其汽车减振器、离合器和制动器上的应用作出研究，设计并制造了多款磁流变减振器和制动器，性能表现十分优秀。Carlson 和 Dyke^[3]，首先设计制造了用于车辆座椅的磁流变减振器，使货车座椅的振幅降低 20%～50%，大大降低了振动对驾驶员脊柱的伤害。随即将磁流变液减振器应用于汽车的悬挂系统，理论研究及实验均表明，磁流变液减振系统可以大幅度提高汽车的平顺性和操纵稳定性。

美国德尔福（Delphi）公司近年来在磁流变减振器的普及方面成绩显著，它开发的磁流变减振器一直在提高其可靠性和精细化。德尔福公司和 LORD 公司合作开发了汽车用磁流变半主动悬架系统 Magneride^[4]，一举获得 1999 年度世界一百大科技成果奖。近两年，德尔福开发的磁流变减振器又在响应速度方面取得突破。法拉利 599、保时捷 911 等高级竞速轿车已经标配德尔福生产的磁流变减振器，以满足其高速行驶时苛刻的操纵稳定性要求。凯迪拉克公司则宣布，其 CTS 轿车上装备的德尔福磁流变减振器每 70ms 就能对路况做出一次反应。

韩国学者 Seung-Bok Choi 开发了客车用磁流变减振器，由于要求输出阻尼力范围大，该减振器采用了双筒设计，阻尼通道位于工作缸两端，采用外置式充气补偿装置。这种磁流变减振器的最大优势是输出阻尼力大，调节范围宽，满足一些对安装环境不高的重型车辆。

德国研究人员设计了长行程的磁流变减振器，并在减振器试验台架上进行了测试^[5]。研究表明：在长行程减振器中，剪切率达到一定的数值以后，磁流变液在阀中的压力损失与剪切率基本无关，活塞速度太大将影响磁流变效应。

1. 国内研究概况

我国在磁流变减振器的研究方面起步并不算晚，从 20 纪 90 年代中期开始，多所高校和研究院所相继开始了磁流变液的研究。复旦大学潘胜^[7]等研制了托板式磁流变仪，比较了几种磁流变液在零场作用下的沉淀性，在外加磁场、屈服应力、温度、永磁材料、表面处理剂、添加剂和磁流变效应的关系，在此基础上，复旦大学与上海汇众汽车公司和上海大众汽车公司联合研发了汽车用磁流变减振器及对应的半主动悬架系统。南京航空航天大学胡海岩教授对模型研究和实际应用深入研究，完善了模型并对实际应用条件进行了数学处理，对磁流变半主动悬架的控制策略进行了改进。哈尔滨建筑大学的欧进萍、关新春^[8-12]等建立了磁流变耗能器的恢复力简化模型，并设计制造了适用于建筑物的磁流变减振器，实验表面该减振器能有效降低建筑物振动。重庆大学黄尚廉院士对磁流变液的研究起步较早，其领导的团队在磁流变液应用方面也卓有成效，廖昌荣^[13-17]等对磁流变减振器的设计和控制算法进行了研究，他们设计了适用于长安微型车的磁流变减

振器，并进行了实车试验，取得不错的效果。李以农教授和郑玲教授在半主动悬架的控制方面取得了丰硕成果，在磁流变减振器的设计和制造方面也积累了一定的经验^[18-20]。上海交通大学的振动冲击噪声国家重点实验室也对磁流变减振器的动力模型进行了深入研究。西安交通大学研制了一种磁场外置旁路式磁流变减振器，并申请了国家专利。南京理工大学的研究人员还研究过适用于火炮制动的磁流变减振器，并对其进行了控制理论方面的研究。总体而言，我国的高校和科研院所对磁流变的应用研究开展较早，发展健康，取得了丰富的成果。但是，目前我国的磁流变设备多处于实验室阶段，和世界先进水平的磁流变减振器商品化还有差距。

参考文献