4、磁流变阻尼器与气动肌肉执行器的设计、制造与测试

磁流变阻尼器与气动肌肉执行器的设计、制造与测试

1. 磁流变阻尼器相关内容

1.1 电枢绕组匝数计算

选用规格为直径 0.25mm、最大电流额定值 5A 的 TWG 额定电线。根据设计电枢的几何形状，每层绕组的匝数可通过电枢芯长度除以绕组线厚度得出。每层匝数为 43mm÷0.25mm = 172 匝。绕组层数可通过绕组可用半径除以绕组线厚度得到，即 10mm÷0.25mm = 40 层。因此，电枢芯上可能的匝数为 172×40 = 6880 匝，约为在 5A 电流下获得 1T 所需匝数的 54%，这意味着设计的电枢芯在 5A 电流下大约能产生 0.54T 的磁场。

1.2 设计电枢的磁分析

对磁流变（MR）阻尼器进行二维轴对称分析。使用特定电流值，计算电枢芯、活塞和 MR 流体处的磁通量密度。假设模型的磁通量泄漏可忽略不计，材料不饱和，这简化了模型分析。对于静态（直流）电流，ANSYS 要求以电流密度（电流除以线圈面积）的形式输入电流。后处理时，使用麦克斯韦应力张量和虚功计算总结发动机、MR 流体和发动机外壳的力，并显示磁通量密度。最终的后处理操作计算包括线圈电感在内的终端参数。

1.3 MR 阻尼器的制造

MR 阻尼器由多个部件组成，如外减震管、内减震管、活塞杯和盖、活塞杆、电枢芯、底阀、内气缸盖以及上下端盖等。这些部件组装后填充合成的硅基 MR 流体。MR 流体在阻尼器内的工作模式称为阀模式，阀孔中的流体流动被视为两平行静止板间的流动，通过改变安装在活塞上的线圈绕组中的电流来调整磁场，从而控制液体通过阀孔的流动阻力。

1.4 阻尼器测试台

设计并制造了一种新型测