磁流变液制动器研究综述.docx

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磁流变液制动器研究综述

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路国平张振珠

【摘要】磁流变液是一种可快速发生液-固相变的智能材料，有广泛的机械工程应用前景。本文介绍了磁流变液的特性及其在制动系统中的应用现状，阐述了盘式、鼓式、叶轮式这三种磁流变液制动器的工作原理，并分别进行了制动力矩分析。另外，对磁流变液制动器的应用前景以及相关研究所面临的主要问题进行了叙述。

【关键词】磁流变液；制动系统；磁流变液制动器；制动力矩

SummaryofResearchonMagneto-RheologicalFluidBrake

LUGuo-pingZHANGZhen-zhu

（ChongqingVocationalInstituteofEngineering，Chongqing402260，China）

【Abstract】Magneto-rheologicalfluidisakindofintelligentmaterialwhichcanquicklycauseliquid-solidphasechange，hasawiderangeofapplicationprospectinmechanicalengineering.Thispaperintroducesthecharacteristicsofmagneto-rheologicalfluidanditsapplicationstatusinthebrakingsystem，expoundstheworkingprincipleofdisc、drum、impellermagneto-rheologicalfluidbrake，andanalysethebraketorquerespectively.Inaddition，thispaperdescribesapplicationprospectofthemagneto-rheologicalfluidbrakeandthemainproblemsthatarefacedintheprocessofrelatedresearch.

【Keywords】Magneto-rheologicalfluid；Brakesystem；Magneto-rheologicalfluidbrake；Brakingtorque

0引言

目前，汽车上使用的制动器主要为机械摩擦式，制动时摩擦材料的损耗带来的材料浪费、制动效率的损失以及环境污染问题，已越来越受到人们的关注。随着磁流变液（MRF）的深入研究，其在工程应用方面的研究也越来越多，磁流变液特殊的流变特性为汽车传动和制动系统的开发带来了新思路。由于产生的制动力矩较小，磁流变液制动器的应用有较大的局限性，但其快速可调、能耗低、相应迅速等优点使得它在车辆制动系统上的应用有一定的现实可行性。

1磁流变液制动器工作特性及其应用研究现状

1.1磁流变效应

磁流变效应是指磁流变液在外加磁场的作用下，由原来的液相瞬间转变为固相的一种特殊现象。人们普遍认为，磁流变液中磁性微颗

粒在外加磁场作用下的磁极化是产生磁流变效应的重要原因。

图1磁流变液的磁极化过程

磁流变液在磁场中的磁极化过程如图1所示[1]，其磁性颗粒当做刚性圆球：在没有外加磁场时，圆球在载液中无规律分布，如图1（a）所示；在弱磁场作用下，磁颗粒开始磁极化后形成磁偶极子，如图1（b）表示，并且载液中开始出现一些孤立链；随着的磁场强度逐渐增大，磁颗粒开始按列排序，并相接成链，如图1（c）所示，此时载液中存在着支链和通链，且磁流变液的表观粘度增大；当外加磁场强度变得很强时，如图1（d）所示，载液中磁链的数量增加，并形成柱链，磁流变液的屈服应力和表观粘度进一步显著增大，表现出类固体的特性。外加磁场撤除后，载液中磁颗粒迅速重新回到无规律分布状态，磁流变液也重新表现为液态。整个链化过程的响应时间达到毫秒级。

1.2磁流变液在剪切力和驱动力作用下的流动特性

磁流变液是一类应力响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性的特殊材料，其工作模式主要有剪切、驱动和挤压这三种。其中，在受剪切力和受驱动力的作用下，其本构模型为：

1.3磁流变液制动器的应用研究现状

目前，国内外研发的磁流变液制动器大多停留在理论和试验研究阶段，只有极少数商业化的产品应用于制动力矩小的场合。如美国Lord公司将开发出的小型回转式磁流变液制动器应用于自行车式和台阶攀登式健身机上，该产品可实时控制回转力矩，在设定目标值下迫使健身者保持期望速度[2]。

汽车上使用的制动器主要为机械摩擦制动器，分盘式和鼓式两种，